Des chercheurs du PSI ont découvert une astuce surprenante qui pourrait élargir les possibilités d'utilisation médicale de la toxine botulique A1, mieux connue sous le nom de Botox, comme agent actif. Ils ont développé des protéines de type anticorps qui accélèrent l'effet de l'enzyme sur la transmission des signaux nerveux. Cela suggère que le Botox pourrait, par exemple, être capable de soulager la douleur plus rapidement qu'auparavant.
L'article est publié dans la revue Nature Communications .
La neurotoxine botulique A1, mieux connue sous la marque Botox, est en fait une toxine nerveuse produite par une bactérie. Il a gagné en notoriété auprès du public grâce à son utilisation comme aide cosmétique. De nombreuses personnes l'injectent dans les rides pour les rendre plus jeunes.
La substance bloque la transmission du signal des nerfs aux muscles, les détendant ainsi et laissant les traits du visage lisses. Ce que l'on sait moins :le Botox est également très souvent utilisé en médecine thérapeutique pour traiter des affections qui peuvent être attribuées à des crampes musculaires ou à des signaux nerveux défectueux, notamment des douleurs, des spasmes, des fuites urinaires, des grincements de dents et des désalignements, par exemple du yeux. Le Botox est même utilisé dans le traitement du cancer de l'estomac, pour bloquer le nerf vague et ainsi ralentir la croissance tumorale.
Dans toute thérapie, il est crucial d'utiliser ce médicament très efficace de manière très ciblée et avec un dosage prudent, car le Botox est la toxine nerveuse naturelle la plus puissante de toutes, ce qui peut conduire à une paralysie dangereuse dans un tableau clinique appelé botulisme. Une centaine de nanogrammes administrés par voie intraveineuse peuvent suffire à tuer une personne, car la toxine paralyse les muscles respiratoires, ainsi que d'autres.
Les neurotoxines botuliques sont classées en sept groupes dits de sérotypes désignés par les lettres A à G. Le Botox utilisé en cosmétique provient du premier groupe. Pour être précis, il est désigné sous-type A1. On sait que trois autres sérotypes (B, E et F) peuvent également provoquer le botulisme chez l'homme, E et F agissant beaucoup plus rapidement mais pas aussi longtemps que A et B.
L'effet apparaît au bout de quelques heures seulement et dure quelques semaines, ce qui ouvre des perspectives importantes dans le domaine du traitement de la douleur et de l'orthopédie, par exemple. Les types C et D sont efficaces chez certaines espèces animales telles que les oiseaux; à ce jour, aucun cas de botulisme de type G n'a été observé.
Les sérotypes sont principalement produits par différentes souches de la bactérie Clostridium botulinum. Ces microbes se développent en anaérobie, c’est-à-dire en l’absence d’oxygène, et se trouvent principalement dans le sol ainsi que dans les sédiments marins et fluviaux. S'ils pénètrent dans les aliments et sont stockés dans des contenants hermétiques, comme cela peut être le cas pour les produits en conserve, il existe un risque de contamination par la toxine. Le manger peut provoquer le botulisme. Cependant, la maladie survient très rarement; au cours des 10 dernières années, il n'y a eu qu'un ou deux cas par an en Suisse.
Dans le cadre d'un projet de recherche, une équipe dirigée par Richard Kammerer du Laboratoire de recherche biomoléculaire du PSI a voulu étudier s'il était possible d'influencer l'action de la toxine.
"Pour cela, nous avons produit, en collaboration avec le biochimiste Andreas Plückthun de l'Université de Zurich, 25 DARPins", explique Kammerer. Les DARPins sont de petites protéines produites artificiellement qui fonctionnent de la même manière que les anticorps. Ils sont utilisés en thérapie et en diagnostic ainsi que dans la recherche médicale fondamentale.
L’idée était de trouver des DARPins qui se lient sélectivement au domaine dit catalytique du Botox de sérotype A1, la partie de l’enzyme responsable de son effet sur les nerfs, en découpant certaines protéines. On s'attendait à ce que les DARPins inhibent cette fonction.
"In vitro, c'est-à-dire sur des échantillons individuels dans un tube à essai, nous avons identifié un candidat approprié qui limite la fonction de la toxine botulique", rapporte Kammerer.
Grâce à des études menées à la Source de lumière suisse SLS du PSI, les chercheurs ont pu observer avec précision le complexe DARPin et le domaine catalytique jusqu'au niveau moléculaire et découvrir comment le DARPin empêche le clivage.
Mais lorsque les chercheurs ont également testé ce DARPin sur des cultures cellulaires, en collaboration avec une équipe de l'Institut de biomédecine de l'Université de Padoue en Italie, un tout autre effet, en fait opposé, est soudainement apparu :l'action toxique du Botox. - le clivage des protéines importantes pour la transmission du signal nerveux - a pris effet encore plus rapidement que d'habitude.
«Au début, nous pensions avoir fait quelque chose de mal», explique Oneda Leka, chercheuse postdoctorale au Laboratoire de recherche biomoléculaire du PSI et première auteure de l'étude. Mais d'autres expériences ont confirmé le résultat contradictoire :au lieu de diminuer, l'effet toxique de l'enzyme Botox s'est accéléré.
Les chercheurs ont maintenant répété les expériences avec de vrais muscles, les diaphragmes de souris. Ceux-ci restent longtemps intacts dans une solution nutritive et constituent un modèle privilégié pour tester les effets des toxines nerveuses. Ici aussi, les résultats ont indiqué qu'avec le DARPin, l'effet paralysant de la toxine s'installe plus de deux fois plus rapidement.
Maintenant, la grande question était :pourquoi en est-il ainsi ? L’explication possible est biochimiquement très complexe. En termes simples, les DARPins déstabilisent la toxine de telle manière qu’elle est transportée plus rapidement à l’intérieur des cellules nerveuses. En conséquence, la toxine agit plus rapidement.
"Pour cette raison, nous pensons que le DARPin pourrait élargir le spectre des utilisations possibles de la neurotoxine botulique", explique Oneda Leka.
Bien que les chercheurs n’aient réalisé aucun test comparatif dans le cadre de cette étude, il apparaît que la neurotoxine botulique A1 avec le DARPin agit beaucoup plus rapidement que l’A1 sans les anticorps. Dans le même temps, la durée de l'effet reste nettement plus longue que celle de E et F.
Ainsi, l’ajout de ce DARPin fournit une variante intermédiaire entre le sérotype A et les sérotypes E et F. Le résultat, aussi inattendu soit-il, ouvre de nouvelles possibilités pour traiter diverses maladies. Selon Richard Kammerer, "En médecine de la douleur, un additif qui accélère l'apparition de l'effet d'un médicament extrêmement efficace et à long terme pourrait être intéressant."
Plus d'informations : Oneda Leka et al, A DARPin favorise un déclenchement plus rapide de l'action de la neurotoxine botulique A1, Nature Communications (2023). DOI :10.1038/s41467-023-44102-4
Informations sur le journal : Communications naturelles
Fourni par l'Institut Paul Scherrer
