Chapitre I: Application de la réaction de Petasis à la synthèse des 1,4-
II. Travaux réalisés :
II.3 Modélisation de nouveaux dérivés l,4-benzoxazines:
La recherche en biologie ne peut, actuellement, se passer des outils informatiques pour traiter le flot de données produites et optimiser ses avancées. L’un de ces outils est la modélisation moléculaire et plus précisément l’arrimage moléculaire (plus souvent connu sous le terme anglo-saxon "Docking"). L’emploi initial du Docking moléculaire a été de prédire et reproduire des complexes protéine-ligand.75
Les succès dans ce domaine et l’essor des techniques de chimie combinatoire ainsi que l’exploitation systématique de la diversité chimique provenant d’autres cibles ont élargi son utilisation à l’optimisation de molécule et au criblage de bases de données. Ainsi, cette méthode permettant de cribler des milliers de composés pour une protéine cible, est couramment utilisée en pharmaco-chimie pour l’obtention de nouveaux médicaments.76
Le Docking moléculaire consiste à déterminer la position relative de deux molécules (un ligand et un récepteur). La structure obtenue confère les propriétés à l’ensemble (le complexe) ainsi formé. Par exemple, la recherche de bonne structure est cruciale dans la conception de nouveau médicament.
D’un point de vue informatique, la prédiction de structure se traduit par un problème d’optimisation. A chaque position relative possible est associé une énergie (également appelée score, fitness, … etc.). La structure la plus probable est alors celle qui minimise cette énergie.
Dans la mise au point de nouveaux médicaments, l'amarrage (Docking) sert souvent à déterminer l'orientation de petites molécules liées à leurs protéines ciblées afin de calculer leurs affinité et niveau d'activité. Ainsi, l'amarrage joue un rôle important dans la conception pensée de nouveaux médicaments.77
Notre démarche consiste à utiliser la technique de Docking moléculaire pour prévoir l’efficacité thérapeutique des dérivés l,4-benzoxazines, que nous avons synthétisé précédemment, vis-à-vis l’enzyme acétylcholinestérase (comme inhibiteurs d’acétylcholinestérases).
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Kuntz, I. D.; Blaney, J. M.; Oatley, S. J.; Langridge, R.; Ferrin,. T. E. J. Mol. Riol. 1982, 161, 269. 76 Chikhi, A. Thèse de Doctorat, 2007.
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Les inhibiteurs d’acétylcholinestérases, de la famille des cholinergéniques, ont pour action de ralentir l’activité des acétylcholinestérases pour maintenir un taux élevé d’acétylcholine, fortement réduit chez les personnes atteintes de la maladie d’Alzheimer. II.3.1 La maladie d’Alzheimer
La maladie d'Alzheimer est une pathologie neurodégénérative qui atteint le tissu cérébral et entraîne une perte progressive et irréversible de certaines fonctions mentales, en particulier de la mémoire.
Les lésions de la maladie d’Alzheimer touchent principalement les voies cholinergiques mais d’autres systèmes sont également atteints. Il en résulte une diminution parfois massive des taux de neurotransmetteurs circulant dans le cerveau.
Le déficit cholinergique peut atteindre jusqu’à 90 % dans les stades sévères de la maladie. Ce déficit s’accompagne de modifications des transporteurs et des récepteurs à l’acétylcholine. Les déficits du taux d’acétylcholine observés dans le cerveau des patients atteints de cette pathologie ont conduit à développer toute une série de molécules visant à les compenser.
Lors du fonctionnement normal d’une synapse cholinergique, l’acétylcholinestérase dégrade l’acétylcholine dans la fente synaptique. Des inhibiteurs de cette enzyme ont été développés afin de réduire cette dégradation physiologique et renforcer ainsi la transmission synaptique cholinergique. La tacrine (Cognex®) est le premier médicament utilisé pour le traitement de la maladie. Elle a été retirée du marché pour sa toxicité hépatique. Le donépézil (Aricept®), la galantamine (Réminyl®) et la rivastigmine (Exelon®) sont actuellement sur le marché pour le traitement de cette maladie.
Malheureusement, ces inhibiteurs de l’acétylcholinestérase provoquent au cours du traitement des effets secondaires indésirables. En effet, ces produits inhibent également l’acétylcholinestérase périphérique et entraînent des effets de type parasympathomimétique comme la bradycardie, un effet sécrétatogène acide accru au niveau stomacal, une broncho constriction, des crampes musculaires, des nausées et vomissements.78
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II.3.2 Approche in silico:
L’étude de la modélisation moléculaire de nouveaux dérivés 1,4-benzoxazines a été réalisé selon le protocole suivant:
Dans la Bank PDB (http://www.pdb.org), on déterminer où sont déposées les structures de ces cibles. A présent, la PDB contient plusieurs de milliers de structures protéiques obtenues soit par cristallographie aux rayons X, soit par RMN.
La structure 3D des composés synthétisés (ou à évaluer) a été construit en utilisant le logiciel VEGA ZZ 3.0.5,79 alors que AutoDock vina 1.0.380 a été utilisé comme un outil de Docking, ainsi le logiciel PyMOL81 a été employé pour la visualisation des résultats du Docking moléculaire.
La structure cristalline de l'enzyme protéase a été téléchargée à partir de la banque de données protéines (PDB ID: 1EVE).82 Ensuite l’enzyme a été préparée pour l’étape du Docking moléculaire en éliminant toutes molécules d'eau ainsi que le ligand natif.
Tous les composés ont été dessiné avec le ChemDraw Ultra et ils sont converti en 3D par le Chem3D Pro, le code VEGA ZZ 3.0.5 permette d’ajuster le champ de force de la molécule en s’appuyant « AMBER », et les charges atomiques en appliquant le mode « Gasteiger » ainsi la minimisation de l'énergie avec « MOPAC » afin de délivrée un fichier sous forme PDBQT. Le code Autodock vina 1.0.3 a été appliqué pour un Docking moléculaire flexible-rigide sur toutes les molécules étudier, bien que le PyMOL a été utilisé pour visualisation des résultats obtenu par le Docking moléculaire en étudiant tous les interactions imaginaires entre le ligand et l’enzyme (l'interaction des liaisons hydrogène).
L'interaction correct de la liaison hydrogène a été considérée selon Taylor et Coll.83 qui ont montré que la liaison hydrogène C-H...O se produisent à une certaine distance (3.0-4.0 Å) et l'angle (C-H...O, 90-180°). Cependant, plus la liaison hydrogène est linéaire, plus elle sera susceptible d'être plus forte.84 En outre, il existe un accord général selon lequel pour les
79 Dipartimento di Scienze Farmaceutiche "Pietro Pratesi ", Facoltà di Farmacia, Università degli Studi di
Milano, Via Luigi Mangiagalli, 25 I-20133 - Milano (Italy). 80 Trott, O.; Olson, A. J. J. Comput. Chem. 2010, 31, 455. 81
The PyMOL Molecular Graphics system Version 1. leval, DeLano Scientific LLC.
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PDB code: 1EVE, http://www.rcsb.org/pdb/Welcome.do. 83 Taylor, R.; Kennard, O. J. Am. Chem. Soc. 1982, 104, 5063. 84
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carbonyles, l'angle H...O=C est réparti autour de 120°. Par conséquent, les résultats de modélisation, ont montré que l'angle de liaison hydrogène ≥ 100 °.
Les dimensions de l’espace de simulation où s’effectue le placement du ligand ont été fixées à 25*25*25 A°. Cette dimension est nécessaire pour tenir compte de l’ensemble des résidus du site actif.
II.3.3 Les résultats obtenus:
Tous les dérivés 1,4-benzoxazines synthétisés présentent un caractère inhibiteur vis-à-vis de l’acétylcholinestérase. Leurs énergies d’interaction sont inférieures à celles du substrat (Ach) et le ligand natif (la Tacrine).
Parmi les molécules testées, le meilleur résultat est obtenu avec le diastéréoisomère majoritaire 2R-3S du composé 14j. Ce composé présente une très bonne affinité envers l’enzyme.
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Le résultat du Docking pour le composé 14j montre la formation de cinq liaisons hydrogène avec les résidus d'acides aminés ASP 72, TYR 121, SER 200, GLU 199 et HIS 440 de l’enzyme AchE (Figure 19), par conséquent, ce composé devrait être actif en tant qu'inhibiteur d'AchE.
Figure 20: Interaction AChE-molécule 14j
La figure 20 montre bien que le ligand (composé 14j) pénètre bien dans le site catalytique anionique de l'enzyme (CAS) en formant cinq liaisons hydrogène.
L'énergie de liaison est de -10,5 Kcal/mol qui est inférieure à celle du ligand natif (-10,2 Kcal/mol), c'est-à-dire plus stable que le ligand natif (Tacrine).
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