Criblage basé sur la structure de ligands connus

Les approches de criblage virtuel sont devenues des étapes cruciales dans le processus de découverte de médicaments originaux. La chimiothèque ZINC est une base de données de plus de 35 millions de produits chimiques destinés aux criblages basés sur les ligands connus et aux méthodes basées sur la structure de la protéine (http://zinc.docking.org/).

Cette approche est une étape essentielle qui évite d’analyser inutilement des composés, plusieurs filtres peuvent être utilisés pour ne choisir que des molécules commerciales convenables à notre projet de recherche, de nouveaux inhibiteurs potentiels de la PDF bactérienne.

La stratégie de criblage "ligand-based " est basée sur les connaissances accumulées à propos de la structure et les propriétés de molécules connues pour être actives sur la protéine ciblée (Muegge et Oloff, 2006).

Depuis la production de diverses PDFs bactériennes, plusieurs classes d’inhibiteurs de la PDF ont été identifiées, les plus puissants sont ceux appartenant aux classes pseudo et non peptidiques, comme le BB-3497, le VRC3375, le VRC4307, le LBM415, le BB-83698 et le GSK1322322 (Clements et al, 2001 ; Hackbarth et al, 2002 ; Wise et al, 2002 ; Chen et al, 2004 ; Lofland et al, 2004). Les caractéristiques structurales communes de ces inhibiteurs sont la nature du groupement chélateur qui a été confinée à l’hydroxamate ou la N-formyle-N-hydroxylamine, ce groupement est le fragment crucial à pourvoir l’énergie de d’interaction avec le site actif de l’enzyme, ainsi la nature hydrophobique de groupement en position P1’ lequel empêche la chaîne latérale de la méthionine N-terminal de toutes les nouvelles chaines polypeptidiques d’interagir avec les résidus de la poche S1’ de la PDF

Au cours de ce travail, nous nous sommes intéressés au criblage virtuel basé sur la structure de la cible pour ses applications dans le cadre de la découverte de nouveaux médicaments et notamment de la recherche de hits.

A ce titre, on dispose de la présence d’un groupement hydroxamate ou N-formyl-N-hydroxylamine comme critère de choix des molécules destinées à être analysées virtuellement par docking moléculaire sur la cible peptide déformylase bactérienne.

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La chimiothèque commerciale Zinc nous propose, parmi les millions de composés disponibles, une collection de plus de 1600structures chimiques possèdant un des deux fragments pharmacophores sélectionnés comme sous structure (Figure V.3).

Figure V.3 Exemples de résultats obtenus par recherche par sous structure II.2. Criblage virtuel basé sur la structure de la cible protéique

La méthode de criblage virtuel basé sur la structure 3D de la protéine consiste à amarrer et à prédire l’affinité et le mode d’interaction des ligands d’une chimiothèqueou des candidats médicaments pour le site actif ciblé, elle joue un rôle important dans la conception rationnelle des médicaments. Une évaluation de l'énergie de liaison peut indiquer la qualité de l'interaction récepteur-ligand et fournir des idées pour la découverte de nouveaux agents thérapeutiques.Les composés les plus prometteurs sont sélectionnés, achetés ou synthétisés puis testés expérimentalement.

Dans le but d’étudier les interactions entre les 1671 molécules sélectionnées par la méthode de criblage virtuel basée sur les ligands connus et les résidus de site actifs de cinq PDFs bactériennes choisis comme cibles médicamenteuses et de comparer leurs scores (énergies d’interaction) avec le ligand choisi comme référence qui est le GSK1322322, c’est le seul inhibiteur de la PDF qui montre des bonnes propriétés pharmacocinétiques dans la phase I des essais cliniques, et des résultats prometteurs dans la phase II (http://www.clinicaltrials.gov), une étude de docking moléculaire en utilisant FlexX dans sa version 2,1,8, 2014 a été effectuée. Cette analyse consiste rechercher parmi les composés sélectionnés, ceux qui seraient potentiellement complémentaires du site catalytique de l’enzyme en question.

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Sur les 1671 composés criblés, 394 ont une énergie d’interaction inférieure à celle de l’inhibiteur de référence (Annexe), GSK1322322, ce qui représente 23.57 % des composés étudiés. Les résultats de docking montrent que les composés sélectionnés par la méthode de criblage virtuel à base de ligand ont des orientations différentes dans les poches de liaison des PDFs bactériennes en raison de leur diversité sur leur composition atomique et leurs propriétés physico-chimiques.

L'analyse des résultats a montré que les composés étudiés pénètrent dans les poches de liaison de l'enzyme par la formation de plusieurs liaisons hydrogène et des interactions hydrophobes, et la plupart des liaisons hydrogène étaient formées par le groupement chélateur qui est l'hydroxamate ou le N-formyl hydroxylamine, ce qui est très similaire à l’inhibiteur GSK1322322.

La sélection finale des composés à commander pour l’évaluation in vitro par des tests microbiologiques est passée par une analyse individuelle des interactions 3D de chaque touche virtuelle avec les PDFs étudiées ainsi qu'une étude de disponibilité des composés chez leurs fournisseurs respectifs.

Les énergies de liaison et les structures moléculaires de quinze des meilleurs composés et de la molécule de référence, GSK1322322, avec les PDFs à étudiés, sont présentées dans le tableau V.3.

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Parmi les inhibiteurs étudiés les quinze composés présentés dans le tableau ci-dessus présentent les meilleures énergies d’interaction avec les PDFs bactériennes, ils présentent donc les meilleurs effets inhibiteurs; c’est pour cela que nous les avons choisis comme modèles afin d'interpréter leurs différentes interactions établies avec l’enzyme.

Ces résultats préliminaires ne sont qu'une étape dans le processus d’identification des nouveaux d'inhibiteurs de la PDF.