Soutenance de thèse de doctorat en Sciences chimiques

Approche structurale et fonctionnelle de la première enzyme de la voie de la sérine: PHGDH, une cible potentielle pour le traitement du cancer

Jury

• LEHERTE Laurence (UNamur), Présidente;
• WOUTERS Johan (UNamur), Promoteur et Secrétaire;
• ROHRIG Ute (Swiss Institute of Bioinformatics);
• UNTERLASS Judith (in vitro Biology, Evotec);
• SIRIGU Serena (Synchrotron SOLEIL).
  

Résumé

Since 2011, deregulating cellular energetics has been identified as an hallmark of cancer. The Warbug effect and its implication in cancer cells are increasingly studied. The serine biosynthesis pathway and its first enzyme, phosphoglycerate dehydrogenase (PHGDH), has been identified as potential therapeutic target. Since 2016, an increasing number of inhibitors targeting PHGDH are published. Up to now, for most inhibitors, we are lacking information of their binding mode.

In the first part of this work, we tried to crystallize the wild form of PHGDH with fusion protein (MBP) and mutation on the surface of the protein (surface entropy reduction). Only the truncated form of PHGDH leads to a crystallographic structure showing that ASB and ACT domains are essentials for the proper assembling of the protein under its tetrameric form. In the second part of this work, we generated a tetrameric model of the full length PHGDH. The assembly of the tetramer and the global folding of the monomer were confirmed by cross-linking coupled with mass spectroscopy experimentations. On one hand, this model helped us to highlight the binding mode of the substrate in the active site. We also showed the importance of R134 and flexible loop containing it. On the other hand, we screened virtually the binding site of substrate and cofactor in order to find new ligands. The screening showed the preferential binding sites in the pocket. L-cysteine and fluoropyruvate has been identified as potential ligands and their binding in the active site was highlighted by crystallography.

At the end of the thesis, we were able to generate the first structure of the tetrameric form of PHGDH, identified new ligands of the active site and the essentials interactions of binding pockets and highlighted the importance of R134 and the loop containing it for the proper activity of the enzyme.

 

 

Depuis 2011, le dérèglement du métabolisme énergétique a été identifié comme un hallmark du cancer. L’effet Warburg et son implication dans les cellules cancéreuses est par conséquent de plus en plus étudié. La voie de la sérine et la première enzyme de celle-ci, la phosphoglycérate déshydrogénase (PHGDH) ont été identifiées comme des cibles thérapeutiques potentielles. Depuis 2016, un nombre croissant d’inhibiteurs ciblant PHGDH sont publiés mais jusqu’à présent peu d’informations quant à leur mode de liaison sont disponibles.

Dans la première partie de ce travail, nous avons tenté de cristalliser la forme sauvage de l’enzyme à l’aide d’une protéine de fusion (MBP) et de mutations en surface de la protéine. Seule la forme tronquée de l’enzyme a permis d’obtenir une structure cristallographie montrant que les domaines ASB et ACT semblent essentiels à l’assemblage de l’enzyme sous sa forme tétramérique. Dans la seconde partie de ce travail, nous avons généré un modèle de l’enzyme sous sa forme tétramérique. L’agencement des monomères et la structure globale de PHGDH ont été confirmés avec des expérimentations de cross-linking couplées à la spectrométrie de masse. Ce modèle a permis d’une part de mettre en évidence le mode de liaison de substrat. Nous avons pu montrer l’importance de R134 et de la boucle flexible qui la contient. D’autre part, nous avons criblé les sites de liaison du cofacteur et du substrat afin de trouver de nouveaux ligands de ces sites. Ce criblage a permis de mettre en évidence les sites d’interactions préférentiels au sein des poches. La L-cystéine et le fluoropyruvate ont été identifiés comme des ligands potentiels et leur liaison au sein du site actif a été confirmée par cristallographie.

Au terme de cette thèse de doctorat nous avons pu : générer la première structure de PHGDH sous sa forme tétramérique ; identifier de nouveaux ligands du site actif et les interactions essentiels des deux poches de liaison et mettre en évidence l’importance de la boucle flexible contenant R134 sur l’activité de l’enzyme.

 

La soutenance de thèse est publique.

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