Les électrophiles ciblant le domaine BTB

Étrangement, le domaine BTB est une région très sensible aux électrophiles alors qu’il ne contient que trois résidus cystéines (figure 14). C’est relativement peu comparé à la région IVR et le domaine DGR. D’après Kobayashi et al., le résidu Cys151 _{est le seul qui a un impact sur la transcription médiée par Nrf2.}64

La structure cristalline du domaine BTB dans son état apo montre que ce résidu cystéine est entourée par des résidus basiques tels que His154_{, Lys}131 _{et Arg}135 _{(figure 18).}39 _{Cet environnement fait en sorte que la}

fonction thiol du résidu Cys151 _{est plus nucléophile.}

Figure 18. Environnement du résidu Cys151 _{dans l’état apo (code PDB : 4CXI).}39

Kobayashi et al. ont utilisé les poissons zèbres pour étudier le comportement de la protéine Keap1.64 _Ces

poissons ont la particularité de posséder deux protéines zKeap1a et zKeap1b. Tous les résidus cystéines du domaine BTB sont conservés dans ces deux protéines et les séquences peuvent être alignées sur Keap1 de la souris (mKeap1). De ce fait, Cys151_{(mKeap1) correspond à Cys}127_{(zKeap1a) et Cys}125_(zKeap1b)

respectivement. Une différence intervient au niveau des résidus adjacents, Cys151_{(mKeap1) et}

Cys125_{(zKeap1b) sont précédés d’un résidu lysine, un acide aminé basique alors que Cys}127_{(zKeap1a) suit}

un résidu thréonine, un acide aminé polaire non chargé. Les auteurs ont remarqué que seul Cys125_{(zKeap1b) était capable d’induire la transcription de Nrf2 par l’induction de certains électrophiles.}

BTB ont des structures très variées : hyperforme, nature de l’électrophile, interactions secondaires (figure 19).

Figure 19. Inducteurs électrophiles qui ciblent le résidu Cys151_.

Keap1C151S _{est un mutant de choix pour déterminer si le mode d’action d’un composé est dépendant du}

résidu Cys151_{. Le sulforaphane, le tBHQ, le CDDO-Im, le SNAP et le fumarate de diméthyle n’activent}

pas ce mutant, ou leur activité est significativement plus faible par rapport à celle sur Keap1WT_.43,64,67 _Par

protéomie, il a été démontré que l’isoliquiritigénine réagit avec les résidus Cys151 _{et Cys}226_.68 _{Pour les}

autres, il est difficile d’observer les adduits covalents de ces molécules par spectrométrie de masse ou cela n’a pas été rapporté.69

Les analogues de la figure 19 représentent les grandes familles d’inducteurs électrophiles qui ciblent le résidu Cys151_{. Ils possèdent tous un électrophile et soit un donneur de liaison hydrogène ou une fonction}

acide (cf. isoliquiritigénine, TecfideraTM_{, SNAP et CDDOs) soit un accepteur de liaison hydrogène (cf.} tBHQ, SFN). Il est important de savoir que le TecfideraTM _{est rapidement hydrolysé en fumarate de}

monométhyle, le métabolite actif, après administration orale.29 _{Les hydroquinones telles que le tBHQ}

sont oxydées en quinone active en condition de stress oxydant.70 _{Les méta-hydroquinones ne pouvant pas}

être oxydées ne sont pas actives. CDDO est un des composés les plus puissants pour activer la transcription des gènes d’ARE.71 _{Il représente la famille des cyanoénones non-énolisables, un}

le co-cristal de CDDO lié avec le résidu Cys151 _{dans le domaine BTB a été publié par GlaxoSmithKline.}39

Le design de molécules qui ciblent ce site actif a considérablement été influencé par ce papier.28

Le résidu Cys151 _{additionne préférentiellement sur la face si de l’accepteur de Nazarov, la longueur du}

lien carbone-soufre est de 1.8 Å avec CDDO.28,39 _{Après l’addition nucléophile, la forme énol est stabilisée}

par un pont hydrogène entre les fonctions alcool et amide du résidu Gly148_{, la partie gem-diméthyle fait}

des interactions hydrophobes avec Val155 _{et Met}147 _{et la fonction acide créée une interaction}

électrostatique avec le résidu His129 _{(figure 20 A).}39

A

B

Figure 20. (A) Interactions entre CDDO et le domaine BTB. (B) Co-cristal de CDDO dans le domaine BTB (code PDB : 4CXT).39

Par contre, les auteurs ne mentionnent aucune interaction avec la fonction énone du cycle C du triterpénoïde CDDO, qui est pourtant connue pour contribuer à la liaison de ces analogues avec Keap1 sans pour autant agir en tant que piège à résidu cystéine.27 _{Lorsqu’on observe la structure cristalline, on}

remarque que ce cycle est orienté parallèlement au résidu His154 _{(figure 20 B). Cette conformation nous}

dans la série pyrazole, qui sont respectivement quatre et trois fois plus puissants que le CDDO-Me (figure 21 A et C).

A

B

C

D

Figure 21. (A) Structure de TX64014. (B) Co-cristal de TX64014 avec le domaine BTB (code PDB : 5DAD). (C) Structure de TX64063. (D) Co-cristal de TX64063 avec le domaine BTB (code PDB : 5DAF).28

Les deux composés portent une fonction énol qui fait une liaison hydrogène avec le résidu Gly148_{, et les}

cycles A et B couvrent la surface hydrophobe formée par les résidus Val132_{, Ile}145_{, Met}147 _{et Val}155 _comme

pour le CDDO (figure 21 B et D). Des différences interviennent avec le cycle pyrimidine ou pyrazole. Tx64014 forme des interactions de type empilement- entre sa fonction pyrimidine et les deux résidus His129 _{et His}154_{, alors que le groupement méthoxy maintient des interactions de type van der Waals avec}

empilement- avec les résidus His154 _{et His}129 _{respectivement. L’atome de carbone en position para}

permet d’avoir également les interactions de type van der Waals avec le résidu Tyr85_.

Lorsqu’on les compare, ces modes de liaisons montrent que le site actif autour du résidu Cys151 _est

adaptable. Mais, on trouve aussi des interactions secondaires pouvant offrir de la spécificité. Très régulièrement, on trouvera la présence d’une fonction hydrophile distincte de l’électrophile sur les analogues qui ciblent le domaine BTB. L’attaque nucléophile est généralement réversible pour les inducteurs de cette famille.