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Université de Caen Normandie, UFR Santé, Faculté des Sciences PharmaceutiquesCERMN, Centre d’Etudes et de Recherche sur le Médicament de Normandie

UPRES EA 4258 - FR CNRS 3038 INC3M - SF 4206 ICORE. Institut Carnot I2C

Boulevard Becquerel, 14032 CAEN CedexFRANCE

[email protected]

Les interactions protéine-protéine comme nouvelles cibles thérapeutiques.

Application en oncologie.

mailto:[email protected]

Introduction

• En oncologie, des réseaux complexes d’interaction protéine-protéinesont impliqués dans les processus d’apoptose.

• L'apoptose (du grec : apo, « au loin » et ptosis, « chute ») a été mise enévidence en 1972 par Kerr, Wyllie et Currie lors de l'étude de tissu parmicroscopie électronique.

• apoptosis : décrire le phénomène de mort cellulaire naturelle• évoquant la « chute des feuilles »

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D’après La revue de médecine interne 2001.processus d’apoptose

Signal de mort

Médiateurs intracellulaires

Intégration des signaux Effecteurs Mort

INDUCTION EXECUTION DEGRADATION

processus d’apoptose

Caractéristiques morphologiques et

moléculaires de l’apoptose

Programme commun déclenchant la mort cellulaire Signal inducteur

à type cellulaire et de nature différents

Br. J. cancer 1972.

Introduction

• Ces réseaux complexes d’interaction protéine-protéine sontfondamentaux pour la régulation des points de contrôle del’homéostasie cellulaire.

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Cell Death & Diff, 2006

TISSU SAIN MALADIE DE MORT CELLULAIRE DESORDONNEE

CELLULES MORTES

CELLULESNOUVELLES CELLULES

MORTES

CELLULESNOUVELLES

CELLULES MORTES

CELLULESNOUVELLES

HOMÉOSTASIE CELLULAIRE

NEURO-DEGENERESCENCE CANCER

Réseaux complexes d’interactions protéine-protéine

4http://www.cs.tau.ac.il/~spike/maps/spike00014.html

Apoptose

http://www.cs.tau.ac.il/%7Espike/maps/spike00014.html



XIAP/SMACMcl-1/BH3only

HSP110/STAT3Apoptose


Inhibiteurs du complexe HSP110/STAT3

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HSP110 -appartient à la famille des « protéines de stress », en charge de protéger les cellules contre différents types d’agression : les rayons UV, des substances chimiques, …

-surabondante dans les cellules de cancer colorectal, HSP110 contribue directement à la résistance au traitement en protégeant les cellules malades des effets de la chimiothérapie.

-favorise également la croissance tumorale car HSP110 participe à l’activation d’une autre protéine, STAT3, connue pour être un moteur essentiel de la prolifération des cellules de cancer colorectal.

Oncogene, 2016.Cancer Lett, 2013.

L’utilisation thérapeutique d’un composé anti-HSP permettrait de rétablir l’apoptose dansles cellules cancéreuses devenues chimiorésistantes.

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Cell Death and Diff, 2020.WO/2020/030589PCT/EP2019/071022

Criblage chimiothèque

CERMN

nucleotide-binding domain


http://www.toulouse-limoges.inserm.fr/

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9

Courbe dose-réponse de l’effet de la molécule 33 = dissociation du complexe HSP110:STAT3

Surveillance du volume de la tumeur Lignée CT26 dans souris albinos (noir: contrôle, bleu: molécule 33 (5 mg/kg) / Voie i.p. tous les 3 jours

IC50 = 35.9 ± 1.1 μM

Identification du 1er inhibiteur de HSP110


Inhibiteurs du complexe HSP110/STAT3Composé 33


Inhibiteurs de la protéine XIAPSMAC-mimétiques

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Signal de mort=INDUCTION

Casp. 3;7;9Actives

Cyt. C

Apoptosome

SMAC

APOPTOSE

Protéines XIAP (X-inhibitors of apoptosis proteins)

-inhibiteurs endogènes des caspases, eux-mêmes inhibés par SMAC#

-surexprimées dans de nombreux cancers, XIAP contribuent aux mécanismes de résistance à l’apoptose observée dans les cellules cancéreuses

Domaines d’interaction de XIAP avec SMAC#

# Second Mitochondria-derived Activator of Caspases

SMAC

EXECUTION

Toxicol. Sci. 2013.Oncogenesis 2016.


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SMAC

P1

P2P3

P4

XIAP-BIR3

P1

P2

P3

P4

XIAP-BIR2

Trp223/His223Tyr224/Phe224Thr208/Lys208Asp209/Asn209

Images de modélisation moléculaireComplexes SMAC/XIAP-BIR3 et SMAC/XIAP-BIR2 : homologie des domaines de liaisons

4 poches définies par les amino-acides : alanine (P1), valine (P2), proline (P3), isoleucine (P4)=> définition du motif AVPI

4 acides amines différents => spécificité ?

Acta Cryst. 2013

L’interaction entre XIAP et SMAC met en jeu les

domaines BIR2 et BIR3 (sur XIAP) et la partie N-terminale

de SMAC.Nature, 2000.

Des petites molécules mimant l’extrémité N-terminale de SMAC sont capables d’inhiberl’interaction SMAC/XIAP-BIR2, et de sensibiliser les cellules aux chimiothérapiesanticancéreuses.

BIR3 => production accrue de protéines pro-inflammatoires telles que le TNFα, responsable entre autres d’un syndrome de

relargage des cytokines, ainsi que d’une toxicité hépatique.


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SMAC

P1

P2P3

P4

XIAP-BIR3

P1

P2

P3

P4

XIAP-BIR2

XIAP-BIR3

N-terminal part of SMAC

l l l l l

XIAP-BIR3β strand i+2

i+1

i

O

NH

O

OHN

N

ONH

H3C CH3

+H3NO

H3CO

HN

AVPI tetrapeptide of SMAC

ALA VAL PRO ILE

H3CCH3

OH

O

l l l l l

l l l l ll l l l l

O

NH

O

NH

O

Domaine BIR de XIAP

Conception de petites molécules mimes du tétrapeptide AVPI

Trp223/His223Tyr224/Phe224Thr208/Lys208Asp209/Asn209

Motif de liaison

ANISOTROPIE DE FLUORESCENCE (FPA)


14

Création d’une librairie de petites molécules

Drug Disc. Today. 2020.

TECHNIQUE ALPHASCREEN


Motif de liaison



15

ANISOTROPIE DE FLUORESCENCE (FPA)

Drug Disc. Today. 2020.

TECHNIQUE ALPHASCREEN


Mise au point des outils de criblage pour identifier les

inhibiteurs de XIAP sur modèle cellulaire

Pharmacomodulation/études de RSAObtention d’une sélectivité BIR2/BIR3

Motif de liaison




0/09/2020 A.S. Voisin-Chiret 16http://www.cs.tau.ac.il/~spike/maps/spike00014.html




Inhibiteurs de la protéine Mcl-1BH3-mimétiques

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Protéine proapop

Protéine proapop

Surexpression protéines antiapoptotiques

Protéine antiapop

Protéine antiapop

Utilisation d’un composé mime de protéines proapoptotiques

pour inhiber les protéines antiapoptotiques

Protéine proapop

Protéine proapop

Protéines pro/antiapoptotiques-appartiennent à la famille des protéines Bcl-2, en charge du contrôle intracellulaire de l’apoptoseLe rapport entre le niveau des protéines proapoptotiques et antiapoptotiques semble déterminer la sensibilité de la cellule à l'apoptose

-surabondance des protéines antiapoptotiques dans les cellules de cancers ovariens, notamment Mcl-1 et Bcl-xL, qui contribue à la résistance aux traitements de chimiothérapie conventionnels.

Mcl-1


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Structure du complexe Mcl-1/Bim–BH3 (PDB ID: 4HW4) Les résidus clés hotspots sont montrés en noir

L’hélice alpha de la protéine proapoptotique est en vert avec les projections essentielles à l’interaction

R1

R2

N

N

N

N

Foldamères oligopyridiniques mimant la distribution des chaines latérales

d’une hélice alpha.

Chimiothèque d’oligopyridines diversement substituées

J. Chem. Inf. Model. 2012 ; J. Chem. Inf. Model. 2013.Tetrahedron 2009 ; Synthesis 2010 ; Tetrahedron 2010 ;

Tetrahedron 2011 ; Tetrahedron 2012 ; Tetrahedron 2012.

Bim

Mcl-1


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Structure du complexe Mcl-1/Bim–BH3 (PDB ID: 4HW4) Les résidus clés hotspots sont montrés en noir

L’hélice alpha de la protéine proapoptotique est en vert avec les projections essentielles à l’interaction

Pyridoclax

N

N

N

N

J. Med. Chem. 2015 58(4):1644-68.Patent 2015 WO2015132727A1 2015.



Bim

Mcl-1


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Représentation du Pyridoclax au sein du site de liaison de Mcl-1.(travaux de modélisation moléculaire sous contraintes RMN)

Pyridoclax

N

N

N

N




J Biomol Struct Dyn, 2020.



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Pyridoclax

N

N

N

N

Morphologie cellulaire et contenu en ADN

siXL1

BRET Bim/Mcl-1

KD= 25nM

Dr Ph JuinDr L Poulain

Dr F Lopez

Activité cellulaire en temps réel

Dr C Denoyelle, Dr E Brotin

Résonance plasmonique de surface



(lignées cellulaires de cancers ovariens IGROV1-R10 /SKOV3)


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Création d’une librairie de petites moléculesou criblage de la chimiothèque

Modélisation moléculaire (dynamique) et docking Validation de hits in silico

Acquisition de données structurales Modélisation moléculaire (simulation) Identification de hot-spots

Validation activité in cellulo, in vitro Caractérisation de l’interaction (affinité) Détection des effets hors-cible

1 Caractérisation de la cible

Chémoinformatique

2 Conception rationnelle et synthèses de ligands

Chimie organique et médicinale

3 Evaluation de l’activité biologique in vitro

Outils biol., biochim. et physiques

Identification de la cible

4 Obtention d’un hit

Pharmacopotentialité

Complémentarité des outils du Drug Design

Complémentarité d’équipes multidisciplinaires

constitution d’un consortium

expertise spécifique, sollicitée dans le cadre de plusieurs programmes de recherche en oncologie.

ChimieS RaultM De GiorgiG BurzickiM De PascaleC DenisM JouanneC KiefferK AntrayguesF SiegertA WangD HédouC Lo CaputoN GuédeneyAS Voisin-Chiret

Modélisation moléculaireR BureauJ SopkováJ FoghaC DenisB MarhekaM GiretM Benabderrahmane

RMNR Legay

H Oulyadi RouenM Sebban RouenA Bourafai Rouen

ChimiothéqueP DallemagneP SuzanneC Lebon

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Evaluation biologiqueMcl-1, SMACL PoulainS HedirLB WeiswaldH PaysantE BrotinC Denoyelle

Evaluation SPR L LigatF Lopez

Evaluation BRETF GautierP Juin

Production protéine/Mcl-1L Carlier

CriblageA Malzert-FréonAC GrooM SinceS CorvaisierM GiretM Jouanne

Production protéine/XIAPJC Giard

Evaluation biologiqueHSP110C GarridoG.J. GozziD GonzalezC BoudescoA M M Dias

Remerciements


http://www.cnrs.fr/


http://www.cnrs.fr/



http://www.cnrs.fr/


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Remerciements

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