Study of the effects of glycation on protein-ligand interactions in diabetes and atherosclerosis : the link between albumin and liraglutide and between apolipoprotein A1 and its binding partners

Etude des effets de la glycation sur les interactions protéine-ligand dans le cadre du diabète et de l’athérosclérose : la liaison entre l’albumine et le liraglutide et entre l’apolipoprotéine A1 et ses partenaires de liaison

Marie Angélique Gajahi Soudahome (1)

1 DéTROI - Diabète athérothrombose et thérapies Réunion Océan Indien

Protein-ligand interactions are involved in many biochemical processes. They are notably implicated in the role of transporter proteins in blood. Albumin, the most abundant plasma protein, and apolipoprotein A1 (ApoA1), which is the main component of high-density lipoprotein (HDL) belong to this class of proteins. In the context of diabetes, proteins are altered by glycation which leads to structural modifications and potentially affect their interactions.The first objective of this work was to determine the impact of albumin glycation on its binding to liraglutide, a drug increasingly used in the treatment of type 2 diabetes. Then, the second part of this work involved the production of recombinant functional human ApoA1 in order to study its interaction properties, in its lipid-free form or associated with phospholipids. The NMR (nuclear magnetic resonance) technique has been used on proteins previously labeled with fluorine (for liraglutide) or stable 13C/15N isotopes (for ApoA1). In addition, isothermal titration microcalorimetry (ITC), has been applied to the study of interactions with the advantage of not requiring any labeling. Various cloning strategies have been explored for the overexpression of ApoA1 in Clearcoli bacteria.The results demonstrate an alteration of the affinity of albumin for liraglutide in vitro and in vivo, depending on the degree of glycation. These results, supported by a lipidomic and peptide analysis, explain clinical observations concerning the decrease of efficacy of albumin-binding drugs in patients with poorly controlled diabetes. Regarding ApoA1, the choice of the fusion tag remains to be optimized, but both labeled and unlabeled ApoA1 were successfully overexpressed at high yields in a soluble form.

Les interactions protéine-ligand interviennent dans de nombreux processus biochimiques et permettent notamment à certaines protéines sanguines d’assurer leur rôle de transport. Parmi ces protéines figurent notamment l’albumine, protéine la plus abondante du plasma, ou l’apolipoprotéine A1 (ApoA1), majoritaire au sein des lipoprotéines de haute densité (HDL). Dans un contexte diabétique, la glycation des protéines induit des modifications structurales affectant ainsi leur potentiel d’interaction.Le premier objectif de ce travail de thèse visait à déterminer l’impact de la glycation de l’albumine sur sa liaison au liraglutide, un médicament de plus en plus utilisé dans le traitement du diabète de type 2. Ensuite, la seconde partie de ce travail a consisté en la production d’une ApoA1 humaine recombinante fonctionnelle afin d’étudier ses propriétés d’interaction, sous forme libre ou associée aux phospholipides. La technique RMN (résonance magnétique nucléaire) a été utilisée sur les protéines préalablement marquées au fluor (pour le liraglutide) ou aux isotopes stables 13C/15N (pour l’ApoA1). La titration microcalorimétrique isotherme (ITC), méthode complémentaire à la RMN a été appliquée pour l’étude des interactions avec l’avantage de ne nécessiter aucun marquage. Différentes stratégies de clonage ont été explorées pour la surexpression de l’ApoA1 en bactérie Clearcoli.Les résultats obtenus démontrent une altération de l’affinité de l’albumine pour le liraglutide in vitro et in vivo, dépendante du degré de glycation. Ces résultats, enrichis d’une analyse lipidomique et peptidique, permettent d’expliquer les observations cliniques concernant la baisse de l’efficacité de médicaments liant l’albumine chez les patients ayant un diabète mal contrôlé. Concernant l’ApoA1, le choix de l’étiquette de fusion reste à optimiser, mais sa surexpression de manière soluble et abondante a été obtenue pour l’ApoA1 marquée et non marquée.

Mots clés: Glycation; Interaction; Human serum albumin; Liraglutide; Apolipoprotein A1

Mots clés: Glycation; Interaction; Albumine de sérum humain; Liraglutide; Apolipoprotéine A1

Domaines: Santé; Médecine humaine et pathologie; Biochimie [q-bio.BM]

Marie Angélique Gajahi Soudahome. Etude des effets de la glycation sur les interactions protéine-ligand dans le cadre du diabète et de l’athérosclérose : la liaison entre l’albumine et le liraglutide et entre l’apolipoprotéine A1 et ses partenaires de liaison. Santé. Université de la Réunion, 2018. Français. ⟨NNT : 2018LARE0009⟩. ⟨tel-01880956⟩