Characterization, Structure-Function Relationships and Therapeutic Targeting of the MUC4-ErbB2 Oncogenic Complex

Le cancer du pancréas est la 4ème cause de mort par cancer dans les pays occidentaux (8 000 décès par an) et son incidence est en augmentation constante. Il fait partie des cancers au pronostic le plus péjoratif et son taux de survie à cinq ans est estimé à 3 %. Une des caractéristiques de ce cancer est la surexpression du récepteur membranaire ErbB2. Cependant, les stratégies visant cette protéine dans le traitement de ce cancer restent inefficaces. La découverte de nouveaux « candidats-médicaments » permettant de traiter ou de combattre la maladie est donc un enjeu majeur de santé publique. La mucine membranaire MUC4 est une O-glycoprotéine dont le rôle est d’assurer l’homéostasie épithéliale. MUC4 est l’un des seuls partenaires connus d’ErbB2 et n’est pas exprimée dans le pancréas sain, alors qu’elle est détectée dès les stades précoces de ce cancer. Les conséquences négatives de l'activité oncogénique du complexe MUC4-ErbB2 font de MUC4 une cible thérapeutique potentielle très attractive. Le but de ce projet est donc d’étudier la relation structure-fonction du complexe MUC4-ErbB2, de caractériser cette interaction et de proposer de nouvelles molécules thérapeutiques ciblant MUC4 afin de moduler la formation du complexe avec ErbB2. Cette stratégie anticancéreuse originale devrait permettre d’apporter de nouvelles options thérapeutiques pour ce cancer mortel, d’augmenter la survie des patients et aussi de réduire le coût des traitements. En réalisant une étude approfondie grâce aux outils de la bio-informatique, j’ai pu établir les bases fondamentales d’une nouvelle famille de protéine comprenant MUC4. En plus d’apporter un ensemble d’informations théoriques pour le ciblage thérapeutique, cette étude permet d’envisager le ciblage de MUC4 et les protéines de la même famille comme une nouvelle stratégie thérapeutique majeure et généralisable à de nombreuses pathologies même au-delà du cancer. Grâce au développement et à la mise au point poussée d’une technique biophysique d’interaction novatrice, la thermophorèse à micro-échelle (MST), l’interaction entre MUC4 et ErbB2 a pu être caractérisée très précisément et quantifiée. L’utilisation combinée de mutants de délétion et de protéines recombinantes m’a permis également de dresser une carte de relation structure-fonction très précise au sein de ce complexe, identifiant les zones critiques d’intérêt à cibler. Enfin, grâce des stratégies innovantes, j’ai pu identifier le premier ligand interagissant spécifiquement sur un domaine critique de MUC4. L’ensemble des outils et des stratégies mis en place lors de cette thèse vont permettre de démarrer prochainement un programme de chimie médicinale sur la prochaine génération de hits qui découleront de ce travail.Pancreatic cancer is the 4th leading cause of cancer death in western countries (8,000 deaths per year) and its incidence is increasing. It is one of the most pejoratively prognostic cancers and its 5-year survival rate is under 5%. One of the characteristics of this cancer is the overexpression of the ErbB2 membrane receptor. However, strategies targeting this protein in the treatment of this cancer remain ineffective. The discovery of new "drug candidates" is therefore a major public health issue. Membrane mucin MUC4 is an O-glycoprotein whose role is to ensure epithelial homeostasis. MUC4 is one of the only known partners of ErbB2 and is not expressed in the healthy pancreas, whereas it is detected in the early stages of this cancer. The negative consequences of the oncogenic activity of the MUC4-ErbB2 complex make MUC4 a very attractive therapeutic target. The aim of this project is to study the structure-function relationship of the MUC4-ErbB2 complex, to characterize this interaction and to propose new therapeutic molecules targeting MUC4 to modulate the complex with ErbB2. This novel anti-cancer strategy should provide new treatment options for this deadly cancer, increase patient survival and reduce the cost of treatment. By conducting a thorough study with the tools of bioinformatics, I was able to establish the fundamental bases of a new protein family including MUC4. In addition to providing a set of theoretical information for therapeutic targeting, this study makes it possible to envisage the targeting of MUC4 and the proteins of the same family as a major new therapeutic strategy that can be generalized to many pathologies even beyond the Cancer. Thanks to the development and advanced development of a novel biophysical interaction technique, microscale thermophoresis (MST), the interaction between MUC4 and ErbB2 could be characterized very accurately and quantified. The combined use of deletion mutants and recombinant proteins also allowed me to draw up a very precise structure-function relationship map within this complex, identifying the critical areas of interest to be targeted. Finally, by implementing innovative strategies, I was able to identify the first ligand interacting specifically on a critical MUC4 domain. All the tools and strategies used during this thesis will allow to start soon a program of medicinal chemistry based on the next generation of hits that will result from this work