Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Matrikines“

Abstract Background The interaction between intestinal myofibroblasts (iMFBs) and extracellular matrix (ECM) changes contributes to Crohn’s disease (CD) fibrosis, but the exact mechanisms are not yet clear. Our group recently discovered a selection of matrix-derived peptides (matrikines) that specifically appear in the intestinal tissue of patients with CD fibrostenosis.1 Here, we evaluate the in vitro effect of 19 matrikines (with various bioactivity likelihood) on primary human intestinal myofibroblasts (IMFBs), key cells in CD fibrosis. Methods Primary human iMFBS (500K/mL, Passage 4, Novabiosis) were cultured in serum-free medium (SFM) (DMEM high glucose, 1% sodium pyruvate, 1% non-essential aminoacids, 1% Antibiotics-Antimycotics and 3mg Gentamicin), complete medium (SFM with 10% fetal bovine serum), PDGF-bb 10ng/mL or treated with each of the matrikines at 10, 50, 100 μg/mL for 24hours. The effect of each matrikine on cell proliferation, gene expression and migration was assessed by BrdU, qPCR and Transwell assays, respectively. RNA sequencing data was analysed using the GSEA software. Results The effect on iMFBs proliferation and viability was tested with each of the 19 matrikines at 3 different doses (Table 1). Among 9 most likely-bioactive matrikines (M1-M9) (Figure 1), M1, M4, M7, M8 and M9 induced the highest effect in cell proliferation and were selected for further experiments. Gene expression assays showed upregulation of ACTA2 with M1 or M7 and upregulation of COL1A1 with M1, M7 or M8, indicating activation of the iMFBs (Figure 2). Transwell assays also showed that M1, M4 and M8 induce iMFB cell migration. A total of 1948, 1024, 460, 570, and 2749 differentially expressed genes (DEGs) were identified in iMBFs treated with M1, M4, M7, M8 and M9 vs no treatment, showing enrichment in pathways related to “smooth muscle contraction”, “fibroblast growth factor”, “cell migration”, “collagen formation”, “elastin formation” and “ECM organization”; most of which were also enriched by complete medium and/or PDGFbb that served as positive controls. However, pathways related to “proinflammatory and profibrotic mediators” or “vascular permeability” were only enriched in iMFBs treated with M1, M4, M8 and M9 or M1 and M9, respectively (Figure 3). Conclusion A selection of newly discovered CD-specific matrikines induce activation of iMFBs as well as inflammatory response and endothelial changes, suggesting an important role and therefore their potential value as biomarkers in the progression of intestinal fibrostenosis.

Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a vascular disease that is characterized by elevated pulmonary arterial pressure (PAP) due to progressive vascular remodeling. Extracellular matrix (ECM) deposition in pulmonary arteries (PA) is one of the key features of vascular remodeling. Emerging evidence indicates that the basement membrane (BM), a specialized cluster of ECM proteins underlying the endothelium, may be actively involved in the progression of vascular remodeling. The BM and its steady turnover are pivotal for maintaining appropriate vascular functions. However, the pathologically elevated turnover of BM components leads to an increased release of biologically active short fragments, which are called matrikines. Both BM components and their matrikines can interfere with pivotal biological processes, such as survival, proliferation, adhesion, and migration and thus may actively contribute to endothelial dysfunction. Therefore, in this review, we summarize the emerging role of the BM and its matrikines on the vascular endothelium and further discuss its implications on lung vascular remodeling in pulmonary hypertension.

Matrikines are bioactive fragments of the extracellular matrix (ECM) that are fundamental in regulating a diverse array of physiological processes. The tripeptide Proline-Glycine-Proline (PGP) is a collagen-derived matrikine that has classically been described as a neutrophil chemoattractant. In this article, we describe our current understanding of the pathways that generate, degrade and modify PGP to dictate its bioavailability and stability. Additionally, we discuss our expanding appreciation of the capacity of PGP to regulate diverse cell types and biological processes, independent of its activity on neutrophils, including a putative role in wound repair. We argue that PGP functions as a primitive and conserved damage-associated molecular pattern, which is generated during infection or injury and subsequently acts to shape ensuing inflammatory and repair processes. As a fragment of the ECM that accumulates at the epicentre of the action, PGP is perfectly positioned to focus neutrophils to the exact site required and direct a localised repair response. However, it is essential that PGP is efficiently degraded, as if this matrikine is allowed to persist then pathology can ensue. Accordingly, we discuss how this pathway is subverted in chronic lung diseases giving rise to persistent inflammation and pathological tissue remodelling.

Ce document traite des aspects différents de la modélisation moléculaire d'une protéine de la matrice extracellulaire. Le domaine de signature des thrombospondines est étudié en détail dans ce document en faisant appel aux champs variés de la science. La complexité de ce domaine nécessite l'utilisation des approches de la mécanique quantique moléculaire en plus de la dynamique moléculaire classique. En reliant les deux approches un nouveau algorithme a été développé afin d'attribuer des charges partielles à partir des résultats obtenus par des méthodes ab-initio. Pour implémenter cet algorithme d'une façon efficace, les nouvelles méthodes de la programmation massivement parallèle ont été utilisées qui nous permettent entre autres de faire tourner cet algorithme sur les procsesseurs graphiques. Nous avons également utilisé et développé des nouvelles méthodes de la visualisation moléculaire rapprochant l'art à la science. En plus, de ces développements nous avons obtenus des résultats intéressants sur la dynamique du domaine de signature. Nous avons pu identifier les ions échangeables de ce domaine. Nous avons vérifié et élargie les modèles existants de la thrombospondine dans des concentrations faibles de calcium. En utilisant la dynamique moléculaire nous avons également évalué des sites importants de fixations pour le développement de nouveaux médicaments contre le cancer.

La @progression du mélanome met en jeu des cascades protéolytiques impliquant les métalloprotéinases matricielles (MMPs) et le système d’activation du plasminogène, pouvant être contrôlés par des peptides issus de la protéolyse des composants de la matrice extracellulaire, les matrikines. Nous avons étudié les propriétés anti-tumorale et anti-angiogénique des matrikines dérivées des collagènes XIX et IV. Le domaine NC1[a1(XIX)] exerce de fortes activités anti-angiogénique et anti-tumorale, in vitro et in vivo, dans un modèle de mélanome murin et constitue donc une nouvelle matrikine. Le cyclopeptide YSNSG, analogue conformationnel du peptide natif NC1[a3(IV)185-191], réduit la prolifération et l’invasion des cellules de mélanome humain in vitro, en inhibant les cascades protéolytiques impliquant les MMPs et la plasmine. Il exerce une puissante activité anti-angiogénique, en induisant un phénotype non-migratoire des cellules endothéliales. In vivo, son activité anti-tumorale est accrue par rapport au peptide natif, suggérant une meilleure biodisponibilité et/ou stabilité. La surexpression des domaines NC1[a3(IV)] et NC1[a4(IV)] par des cellules de mélanome réduit fortement leurs capacités prolifératives et invasives. Le développement d’une stratégie thérapeutique chez la souris, par surexpression des matrikines après électroporation in vivo, réduit fortement la croissance tumorale et augmente la survie des animaux. Les matrikines dérivées des collagènes de membrane basale, plus particulièrement les domaines NC1[a3(IV)] et NC1[a4(IV)], constituent de puissants agents anti-cancéreux, capables de limiter la progression du mélanome
@Melanoma progression involves proteolytic cascades including matrix metalloproteinases (MMPs) and plasminogen activation system. These proteolytic cascades can both be controlled by peptides derived from basement membranes macromolecules, matrikins. We studied the anti-tumor and anti-angiogenic properties of various matrikins derived from collagens XIX and IV. NC1[a1(XIX)] domain exhibits strong anti-angiogenic and anti-tumor activities in vitro and in an experimental in vivo mouse melanoma model, therefore, it constitutes a new matrikin. The YSNSG cyclopeptide, a conformational analogous of the native NC1[a3(IV)185-191] peptide, reduces in vitro human melanoma cell proliferation and invasion, by inhibiting proteolytic cascades involving MMPs and plasmin. It exhibits a potent anti-angiogenic activity, by inducing a non-migratory phenotype of endothelial cells. In vivo, its anti-tumor activity is increased versus the native peptide, suggesting a better bioavailability and/or stability. Overexpression of NC1[a3(IV)] and NC1[a4(IV)] domains by melanoma cells strongly reduces their proliferative and invasive properties. We developed a new therapeutic strategy based on the in vivo matrikin overexpression in mice, induced by cDNA electrotransfer. In the model, tumor growth is strongly inhibited and animal survival largely increased. Matrikins derived from basement membrane collagens, especially NC1[a3(IV)] and NC1[a4(IV)] domains, represent powerful anticancer agents, able to limit melanoma progression

Avec 47582 nouveaux cas en 2023, le cancer colorectal (CRC) constitue la deuxième cause de décès par cancer en France avec près de 12 % de l’ensemble des décès, en particulier chez les plus de 65 ans. Le taux de survie à 5 ans est estimé à 63 %. Le cancer du côlon provient, dans plus de 80 % des cas, d’une tumeur bénigne appelée polype adénomateux qui évolue lentement en tumeur maligne. Les thérapies actuelles comportent de nombreux effets secondaires. De plus, tous les patients n’y répondent pas et elles peuvent induire des phénomènes de résistance. La recherche de nouvelles stratégies thérapeutiques visant à limiter la progression du CRC demeure donc un défi majeur. Le domaine non collagénique NC1 de la chaîne α4 du collagène de type IV, une séquence de 230 acides aminés aussi nommée Tétrastatine, a montré des propriétés inhibitrices sur la progression du mélanome. Le peptide QS-13, identifié comme la séquence minimale active de la Tétrastatine, reproduit ses effets anti-tumoraux et possède une activité anti-angiogénique, médiée par son interaction avec les intégrines αvβ3 et α5β1. Ce peptide comporte 13 acides aminés (QKISRCQVCVKYS) et présente un pont disulfure entre les résidus cystéine qui se forme spontanément en solution. Cependant, le peptide QS-13 présente une solubilité limitée en milieu aqueux, nécessitant une dissolution préalable dans le DMSO, ce qui constitue un frein pour une utilisation thérapeutique. En utilisant des outils bio-informatiques, nous avons démontré que le DMSO pouvait faciliter la formation des ponts disulfures, mais qu'il n'était pas strictement nécessaire. Des substitutions d'acides aminés hydrophobes ont été réalisées pour améliorer la solubilité du peptide QS-13. L’interaction des différents peptides obtenus avec les intégrines αvβ3 et α5β1 a été analysée in silico en utilisant des approches de docking moléculaire. Il a été démontré que tous ces peptides pouvaient se lier aux intégrines à proximité du site de liaison pour RGD, leur permettant potentiellement de concurrencer des ligands tels que la fibronectine, ainsi que FGF1, FGF2, IGF1 et IGF2, et de modifier la signalisation des voies FAK/PI3K/Akt. Parmi les différents peptides étudiés, nous avons sélectionné le peptide QS-13-3, peptide présentant l'indice de stabilité le plus élevé et un indice d'hydropathie élevé avec seulement 2 acides aminés substitués. Les résultats obtenus in vitro sur des cellules de mélanome ont confirmé que les substitutions réalisées n'altéraient pas l'efficacité biologique originelle. Par ailleurs, les domaines NC1 du collagène IV ont été décrits comme présentant des analogies de structure avec le TIMP-2, un inhibiteur tissulaire de métalloprotéinases matricielles (MMPs), enzymes qui jouent des rôles critiques dans la progression tumorale en dégradant les composants de la matrice extracellulaire et en facilitant l'invasion et la formation de métastase des cellules cancéreuses, ainsi que l’angiogenèse. Nous nous sommes donc intéressés aux interactions potentielles des peptides QS-13 et QS-13-3 avec ces MMPs. À l'aide d'outils bio-informatiques (in silico), nous avons montré qu’ils pouvaient se fixer de manière directe aux MMP-2 et MMP-14, puis nous avons mis en évidence une inhibition dose-dépendant de l’activité catalytique de ces deux MMPs. Enfin, les premiers résultats obtenus sur les effets des peptides QS-13 et QS-13-3 sur la communication intercellulaire via les vésicules extracellulaires ainsi que les effets observés dans différents modèles in vitro, ex vivo et in vivo ont permis de confirmer l'efficacité thérapeutique potentielle des peptides QS-13 et QS-13-3 dans la lutte contre la progression du CRC et l’angiogenèse tumorale
With 47582 new cases in 2023, colorectal cancer (CRC) is the second most common cause of cancer-related death in France, accounting for almost 12% of all deaths, particularly in people over 65. The 5-year survival rate is estimated at 63%. In over 80% of cases, colon cancer stems from a benign tumour called an adenomatous polyp, which slowly evolves into a malignant tumour. Current therapies have numerous side effects. Moreover, not all patients respond to them, and they can induce resistance phenomena. The search for new therapeutic strategies to limit CRC progression therefore remains a major challenge. The non-collagenous NC1 domain of the α4 chain of type IV collagen, a 230 amino acid sequence also known as Tetrastatin, has been shown to inhibit melanoma progression. The QS-13 peptide, identified as the minimal active sequence of Tetrastatin, mimics its anti-tumor effects and possesses anti-angiogenic activity, mediated by its interaction with αvβ3 and α5β1 integrins. This peptide comprises 13 amino acids (QKISRCQVCVKYS) and features a disulfide bridge between cysteine residues that spontaneously forms in solution. However, the QS-13 peptide has limited solubility in aqueous media, requiring prior dissolution in DMSO, which is an impediment to its therapeutic use. Using bioinformatics tools, we demonstrated that DMSO could facilitate disulfide bridge formation but was not strictly necessary. Hydrophobic amino acid substitutions were made to improve the solubility of the QS-13 peptide. The interaction of the new designed peptides with αvβ3 and α5β1 integrins was analyzed in silico using molecular docking approaches. All these peptides were able to fix integrins close to the RGD binding site, potentially enabling them to compete with ligands such as fibronectin, as well as FGF1, FGF2, IGF1 and IGF2, and to modify FAK/PI3K/Akt signaling pathway. Among the peptides studied, we selected QS-13-3, the peptide with the highest stability index, a high hydropathy index and only 2 substituted amino acids. The results confirmed that the substitutions did not alter peptide biological efficacy. It was reported that NC1 domains of collagen IV show structural analogies with TIMP-2, a tissue inhibitor of matrix metalloproteinases (MMPs). We therefore focused on the potential interactions of QS-13 and QS-13-3 peptides with these MMPs. Using bioinformatics tools (in silico), we showed that they could bind directly to MMP-2 and MMP-14, and then demonstrated a dose-dependent inhibition of the catalytic activity of both MMPs. Finally, the results obtained on the effects of QS-13 and QS-13-3 peptides on intercellular communication via extracellular vesicles, as well as the effects observed in various in vitro, ex vivo and in in vivo models, confirmed the potential therapeutic efficacy of QS-13 and QS-13-3 peptides in limiting CRC progression and tumor angiogenesis

Le mélanome est le cancer cutané le plus invasif. Au cours de l’invasion tumorale et de la dissémination métastatique, les cellules tumorales sont capables de dégrader la matrice extracellulaire par la sécrétion de protéases telles que les MMPs. Lors de cette protéolyse matricielle, différents fragments de la matrice extracellulaire exerçant des activités anti-tumorale et/ou anti-angiogénique, nommés matrikines, sont libérés et modulent la croissance tumorale. De nombreuses matrikines dérivées des collagènes de membrane basale sont capables de limiter la progression tumorale. Nous avons étudié les propriétés anti-tumorales du domaine NC1 α4(IV), nommé tétrastatine, à la fois in vitro et in vivo dans un modèle de mélanome humain. La tétrastatine induit une inhibition de la prolifération et de l’invasion des cellules de mélanome in vitro. L’inhibition de prolifération est corrélée à un retard en phase G1/S du cycle cellulaire en présence de tétrastatine. L’inhibtion de l’invasion peut notamment s’expliquer par une inhibition de l’activation de la MMP-14 et une modification de sa répartition cellulaire, avec perte du phénotype migratoire en présence de tétrastatine. In vivo, la surexpression de la tétrastatine induit une forte inhibition de la croissance tumorale, dans un modèle de xénogreffe de mélanome humain chez la souris nude. Nous avons également pu identifier l’intégrine αvβ3 comme un récepteur potentiel de la tétrastatine. Enfin, l’étude des capacités anti-prolifératives et anti-invasives des cellules UACC 903 en présence de différents peptides permet aujourd’hui de mieux préciser la séquence responsable de l’activité anti-tumorale de ce domaine. En conclusion, la tétrastatine est une nouvelle matrikine à fort potentiel anti-tumoral capable de limiter la progression du mélanome
Melanoma is the most invasive cutaneous cancer. During tumor invasion and metastatic dissemination, tumor cells degrade the extracellular matrix by secretion of proteases such as MMPs. During matrix proteolysis, fragments of the extracellular matrix with anti-tumor and/or anti-angiogenic activities, called matrikines, are released and modulate tumor growth. Many matrikines derived from basement membrane collagens are able to inhibit tumor progression. We studied the anti-tumor properties of the domain NC1 α4 (IV), named tetrastatin, both in vitro and in vivo in a human melanoma model. Tetrastatin induces inhibition of proliferation and invasion of melanoma cells in vitro. This inhibition of proliferation is correlated to a cell cycle delay in G1/S phase when cells are incubated with tetrastatin. The inhibition of invasion could be due, at least partly, to the inhibition of MMP-14 active form and modification of its cellular distribution, with a loss of the migratory phenotype in the presence of tetrastatin. In vivo, tetrastatin overexpression induces a strong inhibition of tumor growth, in a human melanoma xenograft model in nude mice. We also identified integrin αvβ3 as a potential receptor of tetrastatin. Finally, the study of the anti-proliferative and anti-invasive properties of the UACC 903 cells in the presence of different peptides allows us to better identify the sequence responsible of the anti-tumor activity. In conclusion, tetrastatin is a new potent anti-tumor matrikine capable of limiting melanoma progression

Le collagène XIX est un collagène mineur retrouvé dans la zone de certaines membranes basales spécialisées. Notre laboratoire a montré que son domaine NC1(XIX) est une matrikine présentant des propriétés anti-tumorales et anti-angiogéniques. L'objectif de ce travail est d'étudier les mécanismes aboutissant à cette activité anti-tumorale.Lors de l'invasion tumorale, les cellules cancéreuses dégradent la membrane basale permettant la production de matrikines anti-tumorales. Dans un premier temps, nous avons démontré que la plasmine, qui est une des enzymes clé de l'invasion tumorale, clivait l'extrémité C-terminale du collagène XIX, in vitro et ex vivo, et libérait un peptide présentant une séquence proche du peptide NC1(XIX). Une analyse en modélisation moléculaire a retrouvé que ce peptide adoptait localement la même conformation en coude β de type I que le peptide NC1(XIX). Nous avons ensuite montré que ce peptide inhibait la migration des cellules tumorales in vitro et la croissance tumorale in vivo. Ce travail démontre que le collagène XIX est un nouveau substrat de la plasmine. Ce mécanisme pourrait constituer un moyen de défense de l'organisme contre l'invasion tumorale.Les principaux récepteurs des matrikines appartiennent à la famille des intégrines. Dans un modèle de mélanome humain (cellules SK-MEL-28), nous avons caractérisé l'intégrine αvβ3, comme récepteur du peptide NC1(XIX). Nous avons également démontré que la fixation du peptide NC1(XIX) sur l'intégrine αvβ3 induisait une diminution des phosphorylations de FAK sur le résidu de tyrosine 861, de la sous unité p85 de la PI3K sur le résidu de tyrosine 458, de PDK1 sur le résidu de sérine 241, d'Akt sur les résidus de thréonine 308 et de sérine 473, de mTOR sur les résidus de sérine 2448 et 2481, et de GSK3β sur le résidu de sérine 9. L'inhibition de cette voie FAK / PI3K / Akt / mTOR, largement impliquée dans la transduction du signal dans le mélanome peut, en partie, expliquer les effets anti-tumoraux du peptide NC1(XIX).Parallèlement, ce travail nous a permis de mettre au point différentes techniques de PCR, de Western blot et d'ELISA pour quantifier l'expression du collagène XIX et de son peptide NC1(XIX). Cette étape constitue un préalable essentiel pour une application éventuelle en biologie clinique
Type XIX collagen is a minor collagen localized in specialized basement membranes. Our laboratory demonstrated that its NC1(XIX) domain is a matrikine which presents anti-tumor and anti-angiogenic properties. The aim of this work was to study the mechanisms leading to this anti-tumor activity.During tumor invasion, cancer cells degrade basement membrane components leading to anti-tumor matrikine release. First, we demonstrated that plasmin, a key enzyme in tumor invasion, cleaved the C-terminal domain of type XIX collagen, in vitro and ex vivo, and released a peptide with a sequence in close vicinity to the NC1(XIX) peptide. Molecular modeling studies showed that NC1(XIX) peptide and the released fragment adopted locally the same type I β-turn conformation. Then, we showed that this peptide inhibited migration of tumor cells in vitro and tumor growth in vivo. This study demonstrated that collagen XIX is a novel proteolytic substrate for plasmin. Such release may constitute a defense of the organism against tumor invasion.The main matrikine receptors belong to the integrin family. In a model of human melanoma cells (SK-MEL-28), we characterized αvβ3 integrin as NC1(XIX) peptide receptor. We also demonstrated that the binding of NC1(XIX) peptide on αvβ3 integrin induced a decrease in phosphorylation of FAK tyrosine 861 residue, PI3K p85 tyrosine 458, PDK1 serine 241,Akt threonine 308 and serine 473, mTOR serine 2448 and 2481, and GSK3β serine 9. The decreased activity of this FAK / PI3K / Akt / mTOR pathway, heavily involved in melanoma signal transduction, could explain, at least in part, the antitumor effects of NC1(XIX) peptide.Meanwhile, this work allowed us to develop PCR, Western blot and ELISA to quantify the expression of collagen XIX and its NC1(XIX) peptide. These steps were required for clinical applications