Projet ANR-13-JSV5-0001 – ChADock : Cinétique des inhibiteurs de protéines kinases et Affinité par  Docking flexible
Programme : JCJC - SVSE 5 - Physique, chimie du vivant et innovations biotechnologiques (JCJC SVSE 5) 2013
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Madame Samia ACI-SÈCHE (Institut de Chimie Organique et Analytique)
Partenaires : Institut de Chimie Organique et Analytique
Montant : 239616.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 48 mois
Résumé : Les interactions protéine-ligand sont au cœur de la majorité des processus biologiques. La conception de médicaments assistée par ordinateur, visant à caractériser ces interactions, a joué un rôle fondamental dans les récents développements en chimie thérapeutique. Les méthodes d’amarrage moléculaire ou docking se sont particulièrement développées, leur objectif étant de prédire l’affinité de liaison et les interactions entre une molécule et sa cible. Si de nombreuses améliorations ont été apportées à ces méthodes pour gérer la flexibilité du ligand ou améliorer les fonctions de score qui évaluent l’affinité de liaison ligand-récepteur, aucune méthode ne permet aujourd’hui de traiter correctement la flexibilité du récepteur lors de la fixation du ligand dans le site actif. Il est pourtant bien reconnu que la flexibilité du ligand et du récepteur jouent un rôle crucial dans la formation de ces complexes.
De plus, le docking consiste à positionner le ligand directement dans le site actif du récepteur, se focalisant sur la seule évaluation de l’affinité ligand-récepteur en occultant les aspects dynamiques et cinétiques du processus d’association. La prédiction du chemin d‘entrée du ligand et l’évaluation des constantes cinétiques de ce processus (kd, kon, koff) donneraient des informations précieuses sur la stabilité du complexe formé et sur la réelle efficacité du ligand.
L’objectif de ce projet est de développer une méthode permettant de sélectionner un ensemble de molécules potentiellement actives sur une cible donnée puis d’évaluer i) leur affinité de liaison (énergie libre  d’interaction), ii) le chemin d’entrée emprunté par le ligand et iii) la constante cinétique d’association du mécanisme biologique (kon). Les composés les plus prometteurs seront synthétisés puis testés sur la cible d’intérêt pour confronter les prédictions aux données expérimentales.
La méthode sera d’abord développée et validée sur des ensembles récepteur-ligands extraits de la base de données DUD (a Directory of Useful Decoys). Nous nous focaliserons sur les protéines kinases qui possèdent des boucles hautement flexibles près de leur site de liaison à l’ATP. La méthode validée sera ensuite utilisée dans un projet de recherche interne pour concevoir de nouveaux inhibiteurs de la famille des protéines kinases LIMK.
LIMK1 et LIMK2, des serine/threonine et tyrosine kinases, constituent cette famille. Bien que structuralement proches (72,2% d’identité entre les domaines kinases), ces deux protéines ont des expressions, des localisations subcellulaires et des fonctions différentes. Elles sont impliquées dans plusieurs fonctions cellulaires comme la migration, le cycle cellulaire, la différentiation neuronale et dans des processus pathologiques tels que l’invasion tumorale et des désordres neurodéveloppementaux. Leur substrat majeur est la cofiline, un facteur de dépolymérisation de l’actine.
Les LIMK phosphorylent et inactive la cofiline, modulant la structure et l’activité du cytosquelette impliqué dans la morphogenèse, la motilité, la division, la différenciation et l’apoptose. Elles sont également impliquées dans la dynamique des microtubules lors de la mitose bien que son mécanisme moléculaire demeure inconnu. Considérées comme des cibles émergentes des traitements du cancer et notre méthode, en développant de nouveaux inhibiteurs des LIMK, permettra de développer de nouvelles thérapies anti-cancer.
Une perspective intéressante de ce travail sera d’aller plus loin dans la prédiction des données cinétiques en calculant la constante de dissociation (koff) du complexe protéine-ligand. En effet, il a été récemment montré que le koff constituerait un indicateur clé de la durée d’efficacité du composé in vivo et donnerait des informations sur sa sélectivité. La prédiction de ces données biochimiques serait un atout précieux pour la sélection et l’optimisation de composés précliniques. Cette méthode sera ensuite étendue à l’étude d’autres systèmes biologiques.