Plantes et venins animaux au service de la médecine. Quelles innovations techniques ? par Loïc Quinton | LIEGE CREATIVE, 17.11.15

Loïc Quinton, ULg - Sciences / Chimie Michel Frederich, ULg - Médecine / Pharmacie, Pharmacognosie

Mardi 17 novembre

Plantes et venins animaux au service de la médecine. Quelles innovations techniques ?

Liege Creative, en partenariat avec :

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Liège Créative - 17 Novembre 2015 Loïc Quinton

Plantes et venins animaux au service de la médecine. Quelles innovations techniques ?

Loïc QuintonMass Spectrometry Laboratory ( Prof. De Pauw)

University of Liège, BELGIUM

~Les Venins Animaux ~

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~Présentation du LSM~

• Académiques • Edwin De Pauw, Directeur, PO, Chimie Physique et Spectrométrie de Masse

• Gauthier Eppe, CC, Chimie Analytique Inorganique

• Jean-François Focant, Prof, Chimie Analytique Organique et Bio-organique

• Loïc Quinton, CC, Chimie Biologique

• Autres membres: 5 permanents, > 11 post-doctorants, > 11 doctorants et 7 techniciens

Domaines de recherche (entre autres)

• Analyse métabolomique

• Analyse protéomique (qualitatif et quantitatif)

• Analyse de dioxines et de composés organiques volatils (applications « forensiques »)

• Développements: Mobilité ionique, HDX, CE-MS native, cross-linking…

• Membre de GIGA-Recherche et du CART

• Imagerie MALDI

• Et… Séquençage et étude de toxines animales

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• Observation de la technique de chasse d’un cône marin

• Les venins: compositions et intérêts

• Des toxines comme outils pharmacologiques

• Des toxines déjà présentes dans nos pharmacies

• Le Bio-guidage pour la découverte de nouvelles toxines bioactives

• Le projet européen VENOMICS (FP7): une nouvelle stratégie performante

• Conclusions et remerciements

• Une technique qui démontre (toujours) son efficacité…

• … mais qui présente certaines limitations

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• Observation de la chasse d’un cône marin

~Introduction~

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• ~300-5,000 composés/venin (principalement peptides-protéines)

• Intérêts• Les toxines de venins sont capables d’activer, d’inactiver ou de moduler les fonctions de

nombreux récepteurs cellulaires (canaux ioniques, GPCRs…)• Bonnes affinités et sélectivités

• Substances toxiques sécrétées par les animaux et injectées (morsures, piqures, griffures…)

• Les Venins, compositions et intérêt

~Introduction~

• Peptides très structurés et modifiés, affinés par des millionsd’années d’évolution pour neutraliser et tuer des proies

µ-conotoxin KIIIA (C. kinoshita)

Cardiotoxin VI (Naja Atra)

M~2,1 kDa- 3 SS M~6,8 kDa- 4 SS

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Liège Créative - 17 Novembre 2015 Loïc Quinton Fry B. et al., 2009, Genomics and Human Genetics.

•Antihypertenseur

•Anti arythmie

•Anti convulsivant

•Douleur

•…

Potential drugs

~Introduction~

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• Exemple de toxines animales employées comme outils pharmacologiques

• Les toxines comme marqueurs de la jonction neuromusculaire

Barbier al., 2004, J.Biol.Chem.

• Bloqueurs sélectifs de récepteurs - ex: Apamine Canaux K+ sensibles au Ca2+

• Peptides de pénétration cellulaire - Maurocalcine (+ couplage avec des drogues)• Etc…

• Mais aussi…

~Introduction~

a-bungarotoxine(nAChR musculaires)

Bungarus multicinctus

d-EVIA

Conus ermineus

(Canaux Na+ neuronaux)

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NOM ESPECE PATHOLOGIE FDA ENTREPRISE APPROX. BENEFICE

Capoten® Bothrops jararaca Hypertension 1981Bristol-Myers

Squibb>10.000 M$

Integrilin® Sistrurus miliarius barbouri Syndrome coronarien aigu 1998 Merck / GSK 71 M$ (2007)

Aggrastat® Echis carinatus Syndrome coronarien aigu 1999Iroko cardio et

Merck (USA only)337 M$ (2007)

Prialt® Conus magusDouleurs chroniques intenses

et neuropathiques2004 Azur Pharma 25 M$ (2010)

Byetta® Gila monsterDiabète de type-2 et troubles

métaboliques liés2005

Bristol-MyersSquibb

>1.000 M$ (probable)

Adapted from King G.F, 2011, Expert Opin Biol Ther, 11(11), 1469-84.

• Un dizaine de toxines est actuellement en tests clinique ou préclinique (douleur, marqueur de tumeur pour la chirurgie, contrôle du saignement opératoire etc…)

Bonne alternative à la découverte de nouveaux médicaments

• Des toxines déjà présentes dans les pharmacies!

~Introduction~

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n cycles

Fraction active purifiée

Snake « milking »

Séquençage par spectrométrie de masse

Synthèse chimique /confirmation de l’activité

Exploitation

~Technique historique d’analyse des venins~

• Bio-guidage

16h0 8h

UV

220nm

SCX

0

200

400

600

800

1000

BT

NS

Lia

ison (cpm

)

Fractions DA1

E

0

200

400

600

800

1000

BT

NS

Lia

ison (cpm

)

E

A B C D E F G H I J K L M

« Radiobinding »

RP-HPLC

Da1EOA

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Dendroaspis angusticeps

~Technique historique d’analyse des venins~

• Une technique qui démontre (toujours) son efficacité- Cas de la Mambaquarétine (2010-…)

Ab

s 2

80

nm

A

B

AC

N, %

0

100

25 45Time, min

25%

Da2FDA

Mambaquaretine: 57 aa, 3 ponts SS

Criblage de cibles thérapeutiques V2R Polykystoses rénales

0,9% NaCl, Rein gauche Rein gauche

Contrôle MQ

V2 Ki= 0.83nMV1a Ki> 10µMV1b Ki> 10µMOT Ki>10µM

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~Problématique~

• …mais qui possède quelques limitations dont:

• Grosse quantité de venin initial nécessaire:- obtention d’assez de produit en fin de purification (séquençage, activité bio)- impossibilité de travailler sur des animaux très petits ou même « uniques »

• Technique bas débit: nombreux cycles de purification – tests biologiques nécessaires

~ 170.000 espèces venimeuses

42,000,000 !!

~ 250 peptides/venin (sous évalué)

• Seuls ~5,000 sont décrits (>10 médicaments!)

• Besoin d’augmenter le débit de caractérisation de nouvelles toxines

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• 2011-2015

• 8 partenaires, 5 pays

• 6 M€

• 200 espèces venimeuses

• 10,000 peptides synthétisés

• ?? Candidats médicaments

• Venomics et ses ambitions

www.venomics-project.eu

• 50,000 séquences validées

Production HT

Banque de peptides candidats

Banque de séquences

TranscriptomiqueBibliothèques de

cDNA

ProtéomiqueSéquençage de

novo

Screening

Candidats médicaments

200 Espèces venimeuses

~Le projet Venomics FP7~

http://www.venomics-project.eu/

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Araignées

46

Scorpions

41Cônes marins

40

Serpents

38

Poissons

10

Hymenoptères

10

Scolopendres

5

Terebridae

4Cnidaires

3

Octopus

3

Lézard

1

~Venomics: Biodiversité des espèces~

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ARNm

Assemblage /Traduction(CEA, )

Banque de « ORFs » +Banque de « contigs »

183 Venins

Masses exactes + Banque de spectres « MS/MS »

203 glandes

Peptides et protéines

LC-MS/MS: purif + fragmentationULg ( )

Séquences validées25,000

Synthèses: 4,000CEA, UMed ( )NZYTech ( )

~Venomics: Stratégie Analytique~NGS

(Sistemas, )

BioInfoTests bioCEA ( )

Zealand Pharma( )

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~Venomics: Résultats~

2000 peptides testés, ~45 Hits primaires2 Hits validés (Ki=40-80nM), en cours.• 1 toxine de cône (obésité)• 1 toxine d’araignée (obésité)

Tests de fonctions (Zealand Pharma, )

• Maladies auto-immunes + inflammatoires: 7 Hits primaires/ 2772 peptides.

• Alzheimer et épilepsie: screening en cours

• Diabète et obésité: 2240 peptides testés (79%), 11 Hits primaires.

• Anti-inflammatoire et anti-démangeaison: 2852 peptides testés (85%), 0 hit.

• Psoriasis, arthrite et assimilés. 2852 peptides testés (85%), 14 hits primaires, 4 hits validés (3nM à 29nM), en cours.

Test de liaisons (CEA, )

• Asthme (x1)

• Obésité (x2)

• Cancer (colon et tyroïde)

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~Conclusions~

• Autres exploitations des venins animaux?

Les Cosmétiques!

- Mime la Waglerin-1 (Temple viper)- Antagoniste des m nAChRs- Les muscles restent relaxés- Diminutions des rides, des cernes…

Commerciale!

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Prof. Edwin De Pauw

Michel Degueldre (PhD stud.)

Julien Echterbille (PhD stud.)

Dr. Nicolas Gilles

Dr. Frédéric Ducancel

Financements

Rudy Fourmy

Dr Aude Violette

~Remerciements~

Health & Medicine

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