Projet ANR-08-BLAN-0154 – ALADDIN : Analysis of Ligand Associated DNA Deformation and Intercalation
Programme : Blanc (BLANC) 2008
Année de financement : 2008
Coordinateur du projet : CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE RHONE-AUVERGNE (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE RHONE-AUVERGNE)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique; Centre national de la recherche scientifique; Centre national de la recherche scientifique
Montant : 427054.0 euros
Durée : 36 mois
Résumé : L'objectif du présent projet est d'obtenir une vision détaillée du processus de complexation (plus spécifiquement d'intercalation) des ligands dans la double hélice de l'ADN, à l'échelle moléculaire. L'état actuel des connaissances sur le mécanisme d'intercalation reste très partiel bien que ce soit pourtant un facteur déterminant dans les mécanismes d'action des médicaments anticancéreux ou des protéines intercalantes. La structure des complexes que nous nous proposons d'étudier, ainsi que les données thermodynamiques associées à leur complexation avec l'ADN sont des paramètres connus. En revanche, l'aspect dynamique du mécanisme ainsi que l'existence et la nature des états intermédiaires impliqués ne sont pas connus. L'implication de la déformation de l'ADN dans les différentes étapes d'intercalation, telles que l'approche du ligand, le positionnement des ligands autour de l'ADN ou encore l'étape finale d'intercalation, n'est pas claire non plus. Notre projet constitue une première tentative de réponse à l'ensemble de ces questions, et a pour ambition de fournir une description complète du mécanisme d'intercalation dans l'ADN, depuis le ligand libre en solution jusqu'au ligand intercalé. Il met en oeuvre des études expérimentales par spectroscopie ultrarapide, des simulations par dynamique moléculaire tout-atome ainsi que de la théorie de la réactivité. Les progrès récents dans la puissance de calcul des ordinateurs et leur architecture, alliés aux progrès des technologies expérimentales, offrent, aujourd'hui, pour la première fois, l'opportunité d'une telle étude. Le projet débutera par l'étude de l'adriamycine, une molécule intercalante de structure simple, très utilisée dans la thérapie anticancéreuse ; puis nous étudierons l'actimomycine D, un antibiotique et agent anticancéreux de structure plus complexe, et enfin SRY, une protéine d'intérêt médical impliquée dans la transcription des gènes. Au cours de ce projet, nous développerons les outils nécessaires à la compréhension de l'influence des fluctuations conformationnelles de l'ADN sur l'étape d'approche du ligand. Nous utiliserons, en particulier, la dynamique moléculaire tout-atome pour la recherche des chemins réactionnels pour des déformations locales majeures de l'ADN. Puis, nous développerons une nouvelle approche de dynamique stochastique (SD) intégrant ces différents chemins réactionnels pour permettre l'étude du couplage de la diffusion du ligand et des fluctuations conformationnelles de l'ADN afin d'obtenir une vision plus réaliste des sites préférentiels de fixation des différents ligands sur l'ADN. Afin d'examiner le rôle potentiellement important et souvent invoqué d'une diffusion quasi-1D des ligands lorsqu'ils sont en contact avec l'ADN, nous utiliserons des contraintes géométriques couplées à la dynamique moléculaire tout-atome pour étudier leur mouvements radiaux et latéraux. Une fois établie l'étape pendant laquelle le ligand atteint un site de l'ADN proche du site de fixation final, nous caractériserons pour la première fois l'étape ultime du mécanisme d'intercalation, à l'échelle moléculaire. Ce processus est très complexe et implique le couplage thermodynamique et cinétique au sein du système comprenant le ligand, l'ADN, le solvant et les contre-ions. Nous identifierons tout d'abord l'état de transition proprement dit, puis le chemin réactionnel conduisant à l'intercalation. Pour cela nous utiliserons les trajectoires calculées à partir de l'état de transition. Nous déterminerons ensuite les constantes de vitesse associées à la dynamique d'intercalation au moyen de calculs d'énergie libre afin d'obtenir la constante de vitesse de la théorie de l'état de transition et les corrections à celle-ci dues aux trajectoires dynamiques. L'ensemble de ces calculs ainsi que d'autres calculs utilisant la théorie de Grote-Hynes permettra d'obtenir une explication détaillée de la dynamique du couplage entre l'intercalation du ligand, les fluctuations conformation