La seconde stratégie que nous avons choisie pour concevoir des inhibiteurs de PAI-1, repose sur la molécule AZ3976 décrite par Fjellstrom et coll.151 qui se lie au site A de PAI-1. La structure cristallographique (code PDB 4AQH) reportée avec AZ3976 est une forme latente non mutée de PAI-1. Les auteurs postulent que la molécule se lie à une forme pré latente présente en équilibre avec la forme active et favorise la transition vers la forme latente. L’existence d’une forme pré latente de PAI-1 a été suggérée par plusieurs études,189–
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mais aucune structure cristallographique n’a à ce jour été publiée. La structure de cette conformation est hypothétique mais les différentes équipes ont émis l’hypothèse que le brin s4A est partiellement inséré au niveau du feuillet A. En 2014, Cazzolli et coll.192 ont étudié la transition vers la forme latente de PAI-1 à l’échelle atomique en simulant le changement conformationel par bioinformatique en utilisant une méthode appelée « dominant reaction pathways ». La modélisation montre également que la transition vers l’état latent passerait premièrement par une insertion partielle du brin s4A avant son incorporation complète dans le feuillet (fig. 49). L’article corrobore le mécanisme d’action décrit précédemment pour AZ3976 en montrant que l’inhibiteur s’arrime préférentiellement sur une forme pré-latente parmi les différentes conformations de PAI-1.
Figure 49 : Conformations de plusieurs états intermédiaires de PAI-1 durant la transition de la forme active vers la forme latente.192
D’autre part, si on compare la structure co-cristallisée avec AZ3976 (code PDB 4AQH) avec deux structures de PAI-1 en conformation latente, les hélices D et E ne se superposent pas totalement au niveau du site de liaison (Fig. 50). Deux hypothèses pourraient expliquer
77 ce décalage : en s’insérant le ligand AZ3976 déplacerait les hélices ou les hélices seraient déjà dans cette position dans la forme pré-latente et cette conformation permettrait justement à la molécule de s’insérer entre les hélices.
Figure 50 : A : Comparaison de 3R4L (orange) avec les formes latentes 1DVN (rose) et 1LJ5 (bleu) de PAI-1, B : Comparaison de 3R4L (orange) avec les formes latentes 1DVN (rose) et 1LJ5 (bleu) de PAI-1 au niveau du site de
liaison d’AZ3976.
La superposition de la structure cristallographique de PAI-1 (4AQH) avec une structure en forme latente (1DVM) et une structure en forme active (1DVN), montre une plus faible différence entre les formes latentes et actives qu’entre ces formes et la structure 4AQH au niveau des hélices D et E (Fig. 50). En conformation active les brins du feuillet A sont décalés, la géométrie du site n’est donc pas la même pour les conformations latente et active. Ceci peut expliquer que la molécule se lie de façon préférentielle à la forme latente ou à une forme pré-latente. Les auteurs montrent cependant que des changements conformationels de PAI-1 même en conformation latente sont nécessaires afin d’interagir avec le ligand AZ3976.
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Figure 51 : A : superposition de 4AQH (orange) avec 1DVN (bleu, forme active) et 1DVM (rose, forme latente). B : superposition de 4AQH (orange) avec 1DVN (bleu, forme active) au niveau du site de liaison d’AZ3976.
En se référant aux résultats de la publication de Fjellstom et coll.151 et aux évaluations biologiques que nous avons réalisées sur AZ3976 (voir chapitre 4), nous avons conçu des analogues de cette molécule par modélisation moléculaire. Nous avons cherché des composés avec des motifs structuraux proches des molécules précédemment définies, afin d’exploiter les réactions chimiques mises au point au laboratoire.
Pour cette étude, nous avons utilisé la structure cristallographique 4AQH, et appliqué la même méthode de calcul que pour la structure 1A7C. Au total, 19 résidus sont considérés avec les chaînes latérales flexibles (Fig. 52).
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Figure 52 : Image issue du logiciel Molegro Virtual Docker sur 4AQH. En vert est représentée la cavité détectée par le logiciel et les sphères grises représentent les résidus considérés avec des chaînes latérales flexibles.
Comme pour l’étude précédente, nous avons tout d’abord modélisé l’inhibiteur AZ3976 de manière à reproduire la cristallographie. La figure 53, montre que les deux bicycles ainsi que le groupement tert-butyle se superposent parfaitement, seul le cycle azétidine est légèrement décalé.
Figure 53 : Comparaison de la structure d’AZ3976 cristallographiée (orange) avec la molécule modélisée (vert).
La méthode de calcul a ensuite été utilisée pour modéliser les molécules conçues. Nous avons fait le choix de garder le groupement tert-butoxycarbonyle car celui-ci se place au fond du site, il paraissait donc important de le conserver pour l'ancrage au fond de la
80 cavité. Une cinquantaine de molécules ont ainsi été modélisées. Pour chaque molécule, les scores obtenus, les liaisons hydrogènes et les autres interactions avec les résidus sont pris en compte. Toutes les molécules sont également superposées avec l’AZ3976 pour comparer leur site de liaison. Suivant ces critères, celles donnant les résultats les plus intéressants sont regroupés dans les tableaux 4 et 5.
Composé R1 R2 X Y A B Masse
moléculaire CLogP
MolDock Score
Rerank
Score LE1 LE3
AZ3976 319,4 2,3 -140 -118 -6,0 -5,1 44 F H C Ø O N 319,3 2,7 -144 -122 -6,2 -5,3 45 F H C Ø N O 319,3 1,8 -139 -116 -6,0 -5,0 46 CF3 H C Ø O N 369,3 3,4 -149 -129 -5,7 -5,0 47 H F N Ø O N 320,3 1,5 -145 -120 -6,1 -5,2 48 F H C N N O 334,4 3,6 -138 -113 -5,8 -4,7 49 F H C N O N 334,4 4,3 -143 -108 -6,0 -4,5
81 Composé R1 Y A B Masse moléculaire CLogP MolDock Score Rerank
Score LE1 LE3
AZ3976 319,4 2,3 -140 -118 -6,0 -5,1 50 CO2Me Ø O N 440,5 2,1 -185 -140 -5,8 -4,4 51 CO2H Ø O N 426,4 1,7 -187 -144 -5,9 -4,7 52 CO2NH2 Ø O N 425,4 -1,3 -188 -135 -6,1 -4,4 53 CH2OH Ø O N 412,4 1,4 -177 -128 -5,9 -4,3 54 CO2Me Ø N O 440,5 1,2 -193 -152 -6,0 -4,8 55 CO2H Ø N O 426,4 0,8 -181 -133 -5,9 -4,3 56 CO2Me N O N 455,5 3,7 -191 -140 -5,8 -4,2 57 CO2H N O N 441,4 3,4 -191 -146 -6,0 -4,6 58 CO2Me N N O 455,5 3,0 -178 -134 -5,4 -4,0 59 CO2H N N O 441,4 2,6 -177 -137 -5,5 -4,3 60 CH2OH N N O 427,5 2,3 -178 -126 -5,8 -4,1
Tableau 5 : Suite des résultats de la modélisation moléculaire pour les analogues de l’inhibiteur AZ3976.
Les résultats de l’étude de modélisation montrent que cette famille de composés s’arrime sur PAI-1 avec des scores comparables à ceux du composé AZ3976. Le groupement
tert-butoxycarbonyle se place préférentiellement au fond de la poche comme pour la
molécule de référence. Les groupements oxadiazole et triazole sont susceptibles d’interagir par liaisons hydrogène avec les résidus à l’ouverture de la cavité. Les résultats obtenus pour les composés 47 (A) et 48 (B) sont représentés sur la figure 54. Les molécules se placent au même endroit que l’inhibiteur AZ3976, le groupement tert-butoxycarbonyle « dock » au fond de la poche et les deux cycles se superposent bien avec le bicycle de la molécule AZ3976.
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Figure 54 : Résultats de la modélisation moléculaire des molécules 47 (A) et 48 (B) sur le site A de la structure 4AQH. En orange est représentée la structure cristallographiée d’AZ3976.
Dans une seconde approche, la modélisation moléculaire a permis de concevoir virtuellement une famille de molécules constituées d’un noyau phényl central portant un ou deux substituants hétérocycliques en position 1 et 3 (Fig. 55). En « docking » ces molécules interagiraient avec PAI-1 dans le site A de la même façon que avec l’inhibiteur AZ3976.
Figure 55 : Structure générale des composés analogues d’AZ3976.
En parallèle nous avons également modélisé des analogues du composé AZ3976 avec les deux cycles pyrimidinone et pyridine séparés par une liaison carbone-carbone (Tableau. 6).
83 Composé n Masse moléculaire CLogP MolDock Score Rerank
Score LE1 LE3
AZ3976 319,4 2,3 -140 -118 -6,0 -5,1
61 1 343,4 2,1 -159 -131 -6,4 -5,3
62 2 371,4 1,9 -152 -126 -5,6 -4,7
Tableau 6 : Résultats pour les molécules 61 et 62 avec un espaceur entre les deux cycles azotés.
Par modélisation les résultats des composés 61, 62 et AZ3976 sont comparables. La figure 56 montre que les deux structures se superposent bien, laissant penser que ces molécules pourraient également avoir une activité sur PAI-1.
Figure 56 : Résultats de la modélisation moléculaire de la molécule 61 sur le site A de la structure 4AQH. En orange est représentée la structure cristallographiée d’AZ3976.