Généralités sur l’inhibition des kinases

Les molécules inhibitrices des kinases sont généralement classées en quatre grandes catégories en fonction de leur mode de liaison¹⁵¹. La majorité des inhibiteurs des kinases approuvés sont des inhibiteurs de type I, qui ciblent la poche de liaison de l’ATP, également nommés les inhibiteurs compétitifs à l’ATP. Les inhibiteurs de type II se lient à la poche hydrophobique adjacente à la poche de liaison de l’ATP qui est accessible seulement dans une conformation DFG-out. Ce type d’inhibiteurs s’étend pour atteindre le gatekeeper au niveau de la poche d’adénine et créer des liaisons d’hydrogène avec les résidus de la charnière. Il existe également des inhibiteurs de type II qui occupent seulement la poche allostérique sans étendre jusqu’à la poche de liaison de l’adénine152.

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Les inhibiteurs de type III ne sont pas compétitifs à l’ATP, ils se lient à une poche dite « Back pocket » en face à la poche de liaison d’ATP sans aucune interaction avec la charnière. Cette classe de composés induit aussi les changements conformationnels dans la boucle d’activation des kinases ce qui oblige l’hélice αC à adopter une conformation inactive153.

Les inhibiteurs de type IV sont les composés qui se lient à des sites éloignés de la poche de liaison d’ATP ce qui induit les changements conformationnels pour rendre la kinase inactive¹⁵⁴.

Selon la conformation de protéine kinase, deux types d’inhibiteur ont été développés : les inhibiteurs type I qui ciblent le site de liaison d’ATP sur la kinase avec la conformation active dans laquelle la boucle d’activation est phosphorylée, et les inhibiteurs type II qui utilisent le site de liaison d’ATP et la poche hydrophobique adjacente crée par la boucle active contenant le motif DFG qui prend la conformation « out ». Plusieurs inhibiteurs type II ont été cristallisés : imatinib, BIRB796, sorafinib¹⁵⁵.

Les inhibiteurs qui ciblent les kinases en conformation DFG-out sont souvent spécifiques que ceux visant les PKs en conformation DFG-in¹⁵⁶.

Les inhibiteurs type I se lient sur la kinase dans la région occupée normalement par l’adénine de l’ATP (la région d’adénine), ils forment 1 à 3 liaisons avec les résidus de la charnière, en imitant les liaisons d’hydrogène formées normalement par le groupe amino-exocyclique de l’adénine.

La région occupée par les inhibiteurs type I est subdivisée en plusieurs régions : les régions hydrophobiques I et II, la région d’adénine, la région de ribose et la région de liaison de phosphate. Bien que la région d’adénine s’occupe toujours par les inhibiteurs type I, la sélectivité des inhibiteurs entre les différentes kinases peut être due aux autres régions^(157,158).

Les inhibiteurs de type II occupent le site hydrophobique adjacent directement à la poche de liaison de l’ATP, il est crée par la conformation de la boucle d’activation (DFG-out) dans laquelle la Phe de motif DFG se déplace de sa position sur la PK à conformation active par plus de 10 Å. La poche hydrophobique occupée par les inhibiteurs de type II est désignée comme un site allostérique¹⁵⁹.

Parce que les acides aminés qui entourent cette poche sont moins conservés par rapport à ceux de la poche de liaison de l'ATP, il a été proposé que ce site contrôle la sélectivité des kinases aux inhibiteurs de type II160.

Les inhibiteurs de type II ont typiquement une activité cellulaire puissante, probablement parce qu'ils reconnaissent (ou induisent) la conformation DFG-out qui a une faible affinité pour l'ATP que la conformation active.

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L’observation de la structure cristallisée des inhibiteurs de type II démontre une paire de liaisons d’hydrogène conservées entre le ligand utilisant la fonction amide ou urée et les résidus de site allostérique, la première liaison avec la chaine latérale de Glu dans l’hélice αC, et l’autre liaison avec le backbone amide de l’Asp du motif DFG. En plus des liaisons d’hydrogène, ces inhibiteurs qui ont une partie hydrophobique forment des interactions Van der Waals avec le site allostérique. Ces inhibiteurs atteignent la région d’adénine dans laquelle ils forment une ou deux liaisons d’hydrogène avec les résidus de la charnière de la même manière que les inhibiteurs type I ¹⁵⁵.

Les inhibiteurs type II se divisent en deux classes : les inhibiteurs type II de la 1^ère génération et les inhibiteurs type II de la 2^éme génération.

La 1ère classe des inhibiteurs type II a été développée par l’optimisation de l’activité enzymatique guidée des kinases par deux composés (Lead coumpound) : la phénylamino pyrimidine (PAP) dans le cas de l’imatinib et l’urée biaryl dans le cas de BIRB 796 et la Sorafinib(161,162,163).

Figure 34 : Les modes de liaison des inhibiteurs des kinases. (a) Représentation schématique de site de liaison d’ATP divisé en sous-régions. (b) Représentation schématique de site de liaison allostérique.

Les inhibiteurs type II de la 2^ème génération sont obtenus par l’hybridation d’un inhibiteur type I avec une queue de type II. Ils se constituent donc de deux parties, un inhibiteur type I normal en amont qui crée des liaisons d’hydrogène avec les résidus de la charnière de kinase et des interactions hydrophobiques dans la région d’adénine de la poche de liaison de l’ATP,

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et une 2^ème partie qui se compose d’une paire donneur-accepteur de liaisons d’hydrogène et d’un motif hydrophobique qui occupe la poche construit par la conformation DFG-out. Actuellement, ce sont près de la moitié des inhibiteurs de kinases se trouvant sur le marché qui bloquent leur cible dans une conformation inactive¹⁶⁴.

3.2. Exemples des inhibiteurs des kinases utilisées comme médicament 3.2.1. L’imatinib

L’imatinib (STI-571, Glevic) est l’un des inhibiteurs type II de la 1ère génération, il est utilisé comme un traitement pour certains types de cancer tout en présentant très peu d’effets secondaires. L’imatinib s’est révélée être la première preuve d’efficacité dans le concept de « la thérapie ciblée »¹⁶⁵.

L’imatinib rentre en compétition avec l'ATP sur le récepteur d'une tyrosine kinase, comme il est illustré dans la figure 35, ce qui empêche la fixation de l'ATP et donc la phosphorylation du substrat. Ainsi, la signalisation sera éteinte et tend à lancer la cascade apoptotique. L'imatinib se révèle capable de stopper efficacement la Leucémie Myéloïde Chronique (LMC), car il est en compétition avec l'activité tyrosine kinase constitutive de la protéine chimérique Bcr-Abl¹⁶⁶.

Figure 35 : Le site de liaison de l’imatinib (STI-571, Glevic) sur le domaine kinase de l’ABL humain (code PDB : 2HYY). Les acides aminés en rouge représentent les résidus clés dans la fixation de l’imatinib sur l’ABL.

La résistance à l'imatinib en raison des mutations dans le domaine kinase de Bcr-Abl a incité à rechercher des inhibiteurs capables de résister contre ces mutations, comme la dasatinib et la nilotinib utilisées dans le cas de la LCM chez les patients développant une résistance à l’imatinib.

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3.2.2. La Gefitinib

Les inhibiteurs type I sont aussi utilisés comme des médicaments dans le cas de quelques pathologies, le gefitinib est utilisée comme un traitement de première ligne pour les patients atteignent de cancer du poumon. Le gefitinib est une petite molécule inhibitrice de domaine kinase de récepteur de l’EGF (Epidermal Growth Factor), il se lie sur le site de fixation de l’ATP, voir la figure 36, en inhibant la cascade de transduction de signal de Ras qui est anti-apoptotique¹⁶⁷.

Figure 36 : Le site de liaison de Gefitinib sur le domaine kinase de l’EGFR (code PDB : 2ITY). Les acides aminés en rouge représentent les résidus clés dans l’interaction Gefitinib-EGFR.

3.3. Les inhibiteurs de Fyn kinase

Les recherches sur le traitement du cancer en ciblant les tyrosines kinases ont donné naissance aux PP1 et PP2 qui sont les premiers inhibiteurs sélectifs aux kinases de la famille Src (SFK)¹⁶⁸. Par la suite, d’autres inhibiteurs de transduction du signal ont été synthétisés et ils sont mis dans les études précliniques et cliniques¹²⁴. Les inhibiteurs de SFK connus pour inhiber l’activation de Fyn ont été aussi testés dans des modèles précliniques et cliniques. La Dasatinib est un inhibiteur de Src/Abl approuvé et commercialisé par la FDA¹⁶⁹. Cette molécule altère la migration cellulaire et inhibe la phosphorylation de la FAK et p130CAS dans les lignées cellulaires cancéreuses de la prostate DU145 et LNCaP¹⁷⁰.

Autre inhibiteur de SFK dite ‘AZD0530’ inhibe la croissance cellulaire en induisant l’arrêt de la phase G1 au niveau des lignées cellulaires du cancer de prostate 2Rv1, DU145, LAPC-4, LNCap et PC3¹⁷¹.

Pour traiter la maladie d’Alzheimer, des composés pharmacologiques qui ciblent la kinase Fyn ont été utilisés. Il s’agit de Masitinib et Saracatinib. La Masitinib est un inhibiteur assez

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sélectif à Fyn et Lyn, étudié pendant 24 semaines en impliquant 34 patients ayant la maladie d’Alzheimer avec une sévérité légère à moindre172.

Saracatinib (AZD0530) est une petite molécule inhibitrice des kinases de la famille Src, bloquant Src, Fyn, Oui et Lyn, avec une activité entre 2 à 10 nM¹⁷³.

L’inhibition spécifique de Fyn et SFKs par le composé ‘AZD0530’ a conduit au développement de cette molécule en tant que traitement des tumeurs solides173.

La tolérance clinique et la biodisponibilité orale de Saracatinib ont été démontrées, mais les études de phase II ont montré un intérêt limité en tant qu'agent unique dans des indications oncologiques spécifiques ^{(174,175,176)}. Des études préliminaires indiquent que la dose nécessaire pour bloquer la cascade de signalisation qui fait intervenir Fyn dans le cas de l’Alzheimer est significativement inférieure à celle nécessaire pour le traitement du cancer.

4. Étude de l’inhibition de Fyn kinase