Une nouvelle technique montre en détail où les molécules de médicament atteignent leurs cibles dans le corps

Décrit dans un article de Cellule le 27 avril 2022, la nouvelle méthode, appelée CATCH, attache des étiquettes fluorescentes aux molécules de médicament et utilise des techniques chimiques pour améliorer le signal fluorescent. Les chercheurs ont démontré la méthode avec plusieurs médicaments expérimentaux différents, révélant où, même au sein de cellules individuelles, les molécules de médicament atteignent leurs cibles.

“Cette méthode devrait finalement nous permettre, pour la première fois, de voir relativement facilement pourquoi un médicament est plus puissant qu’un autre, ou pourquoi l’un a un effet secondaire particulier alors qu’un autre n’en a pas”, déclare l’auteur principal de l’étude Li Ye, PhD , professeur adjoint de neurosciences à Scripps Research et à la chaire Abide-Vividion en chimie et biologie chimique.

Le premier auteur de l’étude, Zhengyuan Pang, est un étudiant diplômé du laboratoire Ye. L’étude a également été une collaboration étroite avec le laboratoire de Ben Cravatt, PhD, Gilula Chair of Chemical Biology chez Scripps Research.

“L’environnement unique de Scripps Research, où les biologistes travaillent régulièrement avec des chimistes, est ce qui a rendu possible le développement de cette technique”, déclare Ye.

Comprendre où les molécules de médicaments se lient à leurs cibles pour exercer leurs effets thérapeutiques – et leurs effets secondaires – est un élément fondamental du développement de médicaments. Cependant, les études d’interaction médicament-cible ont traditionnellement impliqué des méthodes relativement imprécises, telles que des analyses en masse de la concentration de molécules de médicament dans des organes entiers.

La méthode CATCH implique l’insertion de minuscules poignées chimiques dans des molécules de médicament. Ces poignées chimiques distinctes ne réagissent avec rien d’autre dans le corps, mais permettent l’ajout d’étiquettes fluorescentes une fois que les molécules de médicament se sont liées à leurs cibles. En partie parce que les tissus humains ou animaux ont tendance à diffuser et à bloquer la lumière de ces étiquettes fluorescentes, Ye et son équipe ont combiné le processus de marquage avec une technique qui rend les tissus relativement transparents.

Dans cette étude initiale, les chercheurs ont optimisé et évalué leur méthode pour les “médicaments covalents”, qui se lient de manière irréversible à leurs cibles avec des liaisons chimiques stables appelées liaisons covalentes. Cette irréversibilité de la liaison rend particulièrement important de vérifier que ces médicaments atteignent leurs cibles.

Les scientifiques ont d’abord évalué plusieurs inhibiteurs covalents d’une enzyme dans le cerveau appelée hydrolase d’amide d’acide gras (FAAH). Les inhibiteurs de la FAAH ont pour effet d’augmenter les niveaux de molécules de cannabinoïdes, y compris l’anandamide, la “molécule du bonheur”, et sont à l’étude comme traitements de la douleur et des troubles de l’humeur. Les scientifiques ont pu visualiser, au niveau de la cellule unique, où ces inhibiteurs atteignent leurs cibles dans de grands volumes de tissu cérébral de souris, et pourraient facilement distinguer leurs différents modèles d’engagement de cible.

Dans une expérience, ils ont montré qu’un inhibiteur expérimental de la FAAH appelé BIA-10-2474, qui a causé un décès et plusieurs blessures lors d’un essai clinique en France en 2016, engage des cibles inconnues dans le mésencéphale de souris même lorsque les souris manquent de l’enzyme FAAH. — offrant un indice sur la source de la toxicité de l’inhibiteur.

Dans d’autres tests démontrant la précision et la polyvalence sans précédent de la nouvelle méthode, les scientifiques ont montré qu’ils pouvaient combiner l’imagerie de la cible médicamenteuse avec des méthodes de marquage fluorescent distinctes pour révéler les types de cellules auxquelles un médicament se lie. Ils pourraient également distinguer les sites d’engagement médicament-cible dans différentes parties des neurones. Enfin, ils ont pu voir comment des doses légèrement différentes d’un médicament affectent souvent de manière frappante le degré d’engagement de la cible dans différentes zones du cerveau.

L’étude de preuve de principe n’est que le début, souligne Ye. Lui et son équipe prévoient de développer davantage CATCH pour une utilisation sur des échantillons de tissus plus épais, éventuellement des souris entières. En outre, ils prévoient d’étendre l’approche de base à des médicaments et à des sondes chimiques plus courants, à liaison non covalente. Dans l’ensemble, dit Ye, il envisage la nouvelle méthode comme un outil de base non seulement pour la découverte de médicaments, mais même pour la biologie fondamentale.

“In situ Identification of Cellular Drug Targets in Mammalian Tissue” a été co-écrit par Zhengyuan Pang, Michael Schafroth, Daisuke Ogasawara, Yu Wang, Victoria Nudell, Neeraj Lal, Dong Yang, Kristina Wang, Dylan Herbst, Jacquelyn Ha, Carlos Guijas, Jacqueline Blankman, Benjamin Cravatt et Li Ye – tous de Scripps Research au cours de l’étude.

L’étude a été financée en partie par les National Institutes of Health (DP2DK128800, DK114165, DK124731, DA033760), la Whitehall Foundation, la Baxter Foundation et la Dana Foundation.