Aptamère anti-VEGF Pegaptanib : mise en évidence d'un mécanisme de liaison en deux étapes pour bloquer l'angiogenèse

Le facteur de croissance endothéliale vasculaire (VEGF) est à l'origine d'une angiogenèse pathologique dans diverses maladies, notamment la dégénérescence maculaire liée à l'âge de forme néovasculaire (DMLA-n) et différents cancers. Le pégaptanib, l'un des premiers biologiques anti-VEGF approuvés, contient t44.27 — un aptamère ARN de 27 nucléotides, fortement modifié en position 2′, qui se lie au VEGF165 avec une haute affinité. Malgré son usage clinique, le mécanisme moléculaire par lequel t44.27 cible sélectivement le VEGF et en antagonise la fonction était resté peu compris.

En utilisant la spectroscopie RMN en solution comme principal outil, Takeuchi et ses collègues ont systématiquement caractérisé la liaison de t44.27 au domaine de liaison à l'héparine (HBD) du VEGF165. Le HBD est le site par lequel le VEGF interagit avec les protéoglycanes à héparane sulfate présents à la surface cellulaire et dans la matrice extracellulaire — des interactions essentielles à la présentation des récepteurs et à la signalisation angiogénique. L'aptamère est largement modifié en position 2′ (principalement par des substitutions 2′-fluoro et 2′-O-méthyle) pour lui conférer une résistance aux nucléases, et se lie au HBD du VEGF de manière dépendante du Ca2+.

La découverte centrale est que t44.27 engage le HBD du VEGF par un processus de reconnaissance en deux étapes. Lors de la première étape, une région structurée de l'aptamère établit un contact transitoire, de plus faible affinité, avec le HBD du VEGF. Lors de la deuxième étape, une surface d'interaction plus étendue est recrutée, formant un complexe stable et étroit. Il est démontré que les ions Ca2+ stabilisent les appariements de bases au sein de t44.27, nécessaires à un ancrage initial productif. En l'absence de Ca2+ suffisant, l'aptamère ne peut adopter la conformation requise pour la première étape, ce qui compromet la liaison dans son ensemble. Fait crucial, c'est le complexe étroit de la deuxième étape — et non le contact initial transitoire — qui est responsable de l'inhibition compétitive de la liaison de l'héparine au HBD du VEGF, expliquant ainsi l'activité antagoniste de l'aptamère.

Ces résultats ont des implications significatives pour la compréhension des aptamères thérapeutiques de manière générale. Ils démontrent que l'inhibition fonctionnelle peut nécessiter un processus de liaison séquentiel, dans lequel un complexe de rencontre initial est indispensable pour servir de matrice à la formation du complexe de haute affinité, fonctionnellement actif. Cela fait écho aux mécanismes d'ajustement induit et de sélection conformationnelle bien documentés dans les interactions protéine-protéine et protéine-petite molécule, mais moins caractérisés pour les aptamères ARN ciblant des protéines.

Du point de vue de la longévité et du vieillissement en bonne santé, l'angiogenèse induite par le VEGF contribue non seulement à la DMLA-n — l'une des principales causes de perte de vision chez les personnes âgées — mais également à la vascularisation tumorale et potentiellement à la dysfonction vasculaire dans les tissus vieillissants. Une meilleure compréhension mécanistique de la façon dont les aptamères ARN inhibent le VEGF pourrait faciliter la conception d'aptamères améliorés, dotés d'une cinétique de liaison optimisée, d'une dépendance réduite au calcium ou d'une meilleure pénétration tissulaire, pouvant bénéficier aux affections liées au vieillissement au-delà de la sphère oculaire.