CTP, CTP synthase (CTPS), Filaments, Immunodéficiences, Inhibiteurs thérapeutiques

Les cytidine triphosphate synthases (CTPS) sont une famille d'enzymes très conservée réalisant la synthèse de novo de CTP en employant l'UTP, l'ATP et la glutamine comme substrats. Les CTPS forment des dimères inactifs, et des tétramères actifs en présence de leurs substrats (ATP et UTP) ainsi que de leur produit, le CTP. Ces tétramères peuvent ensuite s'assembler sous forme de grandes structures intracellulaires nommées filaments, dont leur rôle dans leur régulation est toujours débattu. Deux CTPS existent chez l'Homme : CTPS1 et CTPS2. Des travaux antérieurs publiés par notre laboratoire ont pu démontrer le rôle crucial de CTPS1 dans le système immunitaire, en particulier au cours de l'expansion lymphocytaire après stimulation des récepteurs des cellules T en réponse à une infection par des agents pathogènes. De plus, de nombreuses études lient une activité CTPS augmentée au développement et à la progression de cancers. Les données actuellement disponibles suggèrent que cibler spécifiquement l'activité de CTPS1 pourrait être une approche thérapeutique valide pour traiter des pathologies comprenant des cancers et certains troubles du système immunitaire. Nous avons généré et caractérisé des modèles cellulaires de déficiences en CTPS1 et CTPS2 en employant les lignées HEK 293T et Jurkat. La lignée Jurkat n'exprime pas CTPS2, et l'inactivation de CTPS1 résulte en la perte de toute activité CTPS ainsi qu'en l'incapacité de ces cellules à proliférer, conduisant à leur apoptose. CTPS1 et CTPS2 semblent partiellement redondants dans la lignée HEK. Dans les HEK déficientes en CTPS2 (CTPS2-KO), aucun changement en termes d'activité CTPS et de prolifération n'a été détecté. L'inactivation de CTPS1 conduit à une activité CTPS fortement réduite associée à un défaut de prolifération modéré. Les HEK CTPS1 et CTPS2-KO ont une activité CTPS nulle. Elles ne sont pas capables de proliférer mais survivent à une privation prolongée en CTP. Chez toutes les lignées étudiées, des approches de complémentation nous ont permis de confirmer que CTPS1 et CTPS2 peuvent restaurer la viabilité et la prolifération de cellules déficientes en CTPS1 et CTPS2. L'activité enzymatique de CTPS2 semble plus faible que celle de CTPS1 et CTPS2 semble avoir une capacité réduite à complémenter des cellules déficientes en CTP synthases. Enfin, nos données suggèrent que CTPS1 et CTPS2 interagissent à l'échelle du tétramère. Nous avons aussi étudié deux mutants de CTPS1 identifiés dans des patients immunodéficients à l'aide du modèle Jurkat CTPS1-KO. CTPS1Δ18 résulte de la mutation d'un site accepteur d'épissage, conduisant au saut d'un exon et à l'expression d'un domaine C-terminal alternatif. Nos données confirment que CTPS1Δ18 est un mutant hypomorphe mais actif. Le second mutant, CTPS1Δ19, pour lequel nous n'avions ni données fonctionnelles, ni échantillon de patient, est amputé des 19 derniers résidus de la protéine sauvage. Bien que nos données préliminaires suggèrent que ce mutant est actif et plus stable que CTPS1Δ18, des études plus approfondies seront nécessaires afin de complètement caractériser l'impact de cette mutation. Nous nous sommes aussi intéressés à l'impact de mutations ciblées de CTPS1 exprimés dans des modèles cellulaires déficients en CTP synthases sur sa capacité à soutenir la prolifération cellulaire, former des filaments et interagir avec CTPS2. Ce projet a été établi en partenariat avec une société, Step Pharma, qui développe des inhibiteurs spécifiques de CTPS1. Nous avons observé que certains composés inhibiteurs développés par Step Pharma présentant une sélectivité importante pour CTPS1 chez l'humain ne conservaient pas cette sélectivité sur les enzymes murines. Par le biais d'analyse de séquences, de travaux de mutagenèse et par la génération de modèles cellulaires, nous avons validé le rôle-clef d'un résidu dans la sélectivité pour CTPS1 des composés de Step Pharma.