Le film

(1)

(2)

2

Le film

Studio KO

(3)

Qu’est-ce qu’un médicament ?

Comment ça marche ?

(4)

4

3

Les protéines

(5)

Une protéine peut être comparée à un collier d’acides aminés, replié sur lui-même Il existe 20 acides aminés différents.

Une protéine est composée d’en moyenne 300 acides aminés

(6)

6

La forme de la protéine dépend de sa composition en acides aminés…

(7)

le fil du ‘collier’

la surface du ‘collier’

Différentes représentations de la structure 3D d’une protéine (un collier d’acides aminés)

(8)

8

Dans notre corps, il y a

(9)

 Le site fonctionnel d’une protéine est altéré

 Une protéine est en trop petite quantité

 Une protéine est en trop grande quantité

(10)

10

 Le site fonctionnel d’une protéine est altéré

 Une protéine est en trop petite quantité

 Une protéine est en trop grande quantité

(11)

• Madame X aime beaucoup le soleil.

• Sa dermatologue vient de diagnostiquer un cancer de la peau (mélanome).

• Comment faire pour identifier le médicament qui soit

le plus approprié pour elle (médecine personnalisée) ?

(12)

12

http://www.letemps.ch/Page/Uuid/75cbc0c4-973f-11e3-a778-268b435e1317/Le_futur_de_la_m%C3%A9decine_est_%C3%A0_lire_dans_les_g%C3%A8nes

«Il est sage d’attendre que la recherche fondamentale étaye largement l’avènement d’une médecine basée sur les évidences, et non sur des expertises pour l’heure partielles ou inabouties. »

(13)

• Le mélanome est un cancer de la peau, conséquence de la prolifération anormale des cellules appelées

‘mélanocytes’.

• Les cellules de la tumeur dérivent toutes d’une cellule ‘initiatrice’ qui a acquis certaines

caractéristiques lui permettant de se diviser

indéfiniment (perte de contrôle).

(14)

14

Identifier la protéine à cibler

(15)

https://www.intogen.org/search

459 mutational drivers (cell cycle and DNA damage, angiogenesis, apoptosis, proliferation, cell adhesion)

Analyse bioinformatique / statistique ‘Genome-Wise Association Studies’ (GWAS)

(16)

16 https://www.intogen.org/search?cancer=CM

(17)

La protéine produite à partir du gène BRAF est appelée B-Raf.

Elle est impliquée dans le contrôle de la division des cellules.

(18)

18

Cellules

Chromosomes ADN

Protéine

Mutation

(19)

● Cellules

● Chromosomes (23 x 2)

● ADN

1. L’ADN est le fil de la pelote ‘chromosome’

2. L’ADN est constitué de 4 molécules appelées A, T, G, C 3. L’ADN est une double hélice (double brin): A=T, G=C

(20)

20

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/568815591?report=fasta Séquence ADN du chromosome 7

(GenBank database; 159’345’973 bp)

(21)

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/568815591?report=fasta Séquence ADN du chromosome 7

(GenBank database; 159’345’973 bp)

(22)

22

http://cancer.sanger.ac.uk/cosmic/search?q=braf

(23)

…ggt gat ttt ggt cta gct aca gtg aaa tct cga tgg…

D F G L A T V K S R W

Code génétique

… …

un acide aminé

Il existe 20 acides aminés différents

G

(24)

24

…ggt gat ttt ggt cta gct aca gag aaa tct cga tgg…

D F G L A T E K S R W

Code génétique

Mutation

…

G

…

(25)

25 MAALSGGGGGGAEPGQALFNGDMEPEAGAGAGAAASSAADPAIPEEVWNIKQMIKLTQEH

IEALLDKFGGEHNPPSIYLEAYEEYTSKLDALQQREQQLLESLGNGTDFSVSSSASMDTV TSSSSSSLSVLPSSLSVFQNPTDVARSNPKSPQKPIVRVFLPNKQRTVVPARCGVTVRDS LKKALMMRGLIPECCAVYRIQDGEKKPIGWDTDISWLTGEELHVEVLENVPLTTHNFVRK TFFTLAFCDFCRKLLFQGFRCQTCGYKFHQRCSTEVPLMCVNYDQLDLLFVSKFFEHHPI PQEEASLAETALTSGSSPSAPASDSIGPQILTSPSPSKSIPIPQPFRPADEDHRNQFGQR DRSSSAPNVHINTIEPVNIDDLIRDQGFRGDGGSTTGLSATPPASLPGSLTNVKALQKSP GPQRERKSSSSSEDRNRMKTLGRRDSSDDWEIPDGQITVGQRIGSGSFGTVYKGKWHGDV AVKMLNVTAPTPQQLQAFKNEVGVLRKTRHVNILLFMGYSTKPQLAIVTQWCEGSSLYHH LHIIETKFEMIKLIDIARQTAQGMDYLHAKSIIHRDLKSNNIFLHEDLTVKIGDFGL

ATVK

SRWSGSHQFEQLSGSILWMAPEVIRMQDKNPYSFQSDVYAFGIVLYELMTGQLPYSNINN RDQIIFMVGRGYLSPDLSKVRSNCPKAMKRLMAECLKKKRDERPLFPQILASIELLARS LPKIHRSASEPSLNRAGFQTEDFSLYACASPKTPIQAGGYGAFPVH

Séquence en acide aminé de la protéine B-Raf (766 acides aminés)

V -> E (V600E)

La mutation t -> a dans la séquence ADN du gène BRAF

conduit au remplacement de l'acide aminé V (valine; codon gtg) par l'acide aminé E (glutamate; codon gag)

en position 600 dans la séquence de la protéine.

(26)

26

La mutation dans le gène BRAF (V600E) conduit à un changement de la forme de la protéine B-Raf

la protéine B-Raf altérée n’est plus capable de contrôler la division des cellules

cancer

acide aminé

(27)

Vidéo: transition BRAF inactive -> BRAF active (V600E)

Contrôle la division des cellules Contrôle la division des cellules La mutation V600E induit

un changement dans la structure 3D de la protéine B-Raf

(28)

28

Est-ce que la séquence ADN du gène BRAF

du mélanome de Mme X est ‘mutée’ ?

(29)

>1_normal

gtttgaactaggtgattttggtctagctacagtgaaatctcgatggagtgggtcccat

>2_normal

gtttgaactaggtgattttggtctagctacagtgaaatctcgatggagtgggtcccat

>MmeX_normal

gtttgaaataggtgattttggtctagctacagtgaaatctcgatggagtgggtcccat

>1_melanome

gtttgaactaggtgattttggtctagctacagagaaatctcgatggagtgggtcccat

>2_melanome

gtttgaaataggtgattttggtctagctacagagaaatctcgatggagtgggtcccat

>MmeX_melanome

gtttgaaataggtgattttggtctagctacagagaaatctcgatggagtgggtcccat

http://www.uniprot.org/align/

http://www.ch.embnet.org/software/ClustalW.html

(30)

30

(31)

Cette variation n’est pas associée avec le mélanome (‘neutre’)

Cette variation est systématiquement retrouvée dans les cellules du mélanome

(32)

32

Est-ce que la mutation identifiée dans

l’ADN du gène BRAF du mélanome de

Mme X modifie la séquence en acide

aminé de la protéine B-Raf ?

(33)

● Séquence ADN du gène BRAF 'normal'.

gct aca gtg aaa

● Séquence ADN du gène BRAF avec la mutation t -> a gct aca gag aaa

(34)

34

Que faire ?

(35)

atelier

Drug Design

(36)

36

Concevoir un médicament qui cible la protéine B-Raf ‘mutée’

et

qui permet de rétablir sa fonction ‘contrôle’.

(37)

(38)

38

 comparer l’efficacité du docking de 2 médicaments contre le cancer (Vemurafenib et le Sorafenib) pour la protéine B-Raf active et inactive : lequel est le plus

approprié pour Mme X ?

 comparer l'efficacité du docking d'un médicament que vous aurez 'dessiné' avec les 2 médicaments existants: qui dit mieux ?

 prédire les protéines ciblées par votre médicament (SwissTargetPrediction)

 prédire le devenir de votre médicament dans le corps humain (SwissADME:

Absorption, Distribution, Métabolisme et Excrétion)

http://www.atelier-drug-design.ch/braf.php

(39)

Mutée (V600E)

http://www.atelier-drug-design.ch/braf.php

(40)

40

BRAF actif (muté) + Vemurafenib BRAF inactif + Vemurafenib

(41)

BRAF actif (muté)

BRAF inactif

Comparaison des scores du docking des 2 médicaments

(42)

42

Le Vemurafenib est le médicament le plus approprié pour le traitement du mélanome de Mme X:

il cible la protéine B-Raf active (mutée): le score du

docking est meilleur avec B-Raf active que B-Raf

inactive !

(43)

Mutée (V600E)

(44)

44

aniline

Score du docking de votre molécule

Peut mieux faire !

(45)

Est-ce que la molécule

médicament cible uniquement

la protéine B-Raf ?

(46)

46

(47)

Vemurafenib

(48)

48

Sorafenib

(49)

ATP (substrat naturel)

(50)

50

Connaître les cibles potentiels d’un médicament: un moyen parmi

d’autres pour rechercher de nouvelles utilisations pour un médicament existant (processus appelé drug repurposing en Anglais).

Exemples:

• Viagra: hypertension, angine de poitrine -> dysfonction érectile

• Thalidomide: anti-douleur -> traitement de la lèpre

(51)

Cet outil bioinformatique prédit la cible de l’activité de petites molécules.

Il compare une petite molécule avec 280’000 molécules connues pour être actives sur plus de 2000 protéines cibles.

Ex: Bisphenol A et le Chlorotrianisène www.swisstargetprediction.ch

(52)

52

(53)

Fingerprints moléculaires

But: quantifier la similarité de la structure chimique de 2 molécules.

…et toucher du doigts les algorithmes des programmes utilisés pour le drug design:

 retrouver "visuellement" des mini-fragments dans différentes molécules

 stocker cette information dans un «vecteur»

 calculer simplement la similarité entre les vecteurs

(54)

54

(55)

(56)

56

(57)

Comment se comporte le médicament que vous avez dessiné dans le corps

humain ?

(58)

58

(59)

Résultats

ADME

(60)

60

N’atteint pas le cerveau

(substrat de la protéine P-gp = éjecté du CNS)eut

pas Absorbé au niveau du

tractus digestifpas

Absorbtion au niveau de la peau

Prédiction de la difficulté à synthétiser la molécule Le médicament existe déjà

?

http://www.swissadme.ch/

Absorption, Distribution, Métabolisme et Excrétion

(61)

(62)

62

(63)

Quelques chiffres

 10⁶⁰ molécules possibles

 35 millions de molécules disponibles

 moins de 2’000 molécules sont des molécules médicaments (approuvées par la FDA)

 280’000 molécules sont connues pour être actives sur plus de 2000 protéines cibles.

 plus de 10 ans de travail pour concevoir une nouvelle molécule médicament (analyses bioinformatiques, tests en laboratoire, tests cliniques, …)

(64)

64

(65)

(66)

66

(67)

et merci de remplir l’évaluation….

www.atelier-drug-design.ch

(68)

68

Atelier COX

(69)

 Le site fonctionnel d’une protéine est altéré

 Une protéine est en trop petite quantité

 Une protéine est en trop grande quantité

(70)

70

La douleur est le plus souvent la conséquence d’une production excessive de prostaglandines dûe à une

production élevée d’une protéine appelée COX1

(71)

L’acide arachidonique est le substrat naturel de COX1 et COX2

(72)

72

Les prostaglandines sont fabriquées par des protéines appelées Cyclooxygénases (COX ou Prostaglandin G/H synthase).

Il existe 2 Cyclooxygénases appelées respectivement COX 1 et COX2.

COX1 et COX2 se ressemblent beaucoup, mais elles ont des fonctions biologiques un peu différentes:

 COX1 joue un rôle important dans la coagulation et la protection de la paroi de l’estomac.

 COX2 est fabriquée localement en plus grande quantité en cas d’inflammation

et est directement responsable de l’apparition de la douleur.

(73)

Le jeu des 7 différences….

(74)

74

Que faire ?

(75)

(76)

76

(77)

(78)

78

Le célécoxib cible sélectivement COX2 (famille des coxib). Il est mal assimilé au niveau du cerveau. Il est utilisé dans le

traitement des affections rhumatismales (arthrose et polyarthrite rhumatoïde).

(79)

Le nimésulide cible COX1 et COX2. Il est utilisé dans le traitement des douleurs aiguës et de la fièvre.

(80)

80

L’acide salicylique (salicylic acid) est le dérivé actif de l’aspirine (acide

acétylsalicylique). L’aspirine est un des médicaments le plus consommé au monde. Des décoctions de feuilles de saule, qui contiennent un dérivé de l’aspirine, étaient déjà utilisées il y a plus de 7000 ans pour lutter contre la douleur. L’aspirine cible COX1 et COX2. Elle est justement utilisée pour ses propriétés à la fois anti-coagulantes et anti- douleur. Elle a été synthétisée dans les années 1850 déjà.

(81)

Le diclofénac (Voltarène) cible COX1 et COX2. Il est prescrit en cas de douleurs liées à des inflammations articulaires, à de l'arthrose ou en cas de sciatique. Le diclofénac est

beaucoup utilisé en médecine vétérinaire (délivré sans ordonnance). Cela a conduit à la quasi extinction de certains vautours charognards se nourrissant de carcasses d'animaux d'élevage en Asie et en Afrique. En effet le diclofénac est extrêmement toxique pour les vautours (Gyps spp.) car son ingestion, même à de très faibles concentrations, entraîne une insuffisance rénale aiguë suivie de la mort chez ces espèces (pdf).

(82)

82

Le flurbiprofène cible COX1 et COX2. Il est utilisé dans le traitement de l’arthrite et des maux de gorge.

(83)

L’ibuprofène cible COX1 et COX2. L’ibuprofène est un anti-douleur qui est fréquemment prescrit pour les traitements de courte durée de la fièvre ou de douleurs telles que maux de tête, états grippaux, douleurs dentaires,

courbatures et règles douloureuses. Il a été développé dans les années 60.

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84

L’ibuprofen dans la protéine COX1

vidéo

(85)

(86)

86

Scores du docking dans COX2

Scores du docking dans COX1

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Celecoxib dans COX1

(88)

88

Aspirine

(89)

Ibuprofen

(90)

90

Celecoxib

(91)

Rofecoxib est un inhibiteur sélectif de COX-2 ou "coxib“ (Vioxx, Ceoxx, et Ceeoxx).

SMILES: O=C2OCC(=C2\c1ccccc1)\c3ccc(cc3)S(=O)(=O)C

(92)

92

L’acide arachidonique est le substrat naturel de COX1 et COX2 SMILES: CCCCC/C=C\C/C=C\C/C=C\C/C=C\CCCC(=O)O

(93)

L’Etoricoxib est un inhibiteur sélectif de COX-2 ou "coxib“.

SMILES: O=S(=O)(c3ccc(c2cc(Cl)cnc2c1cnc(cc1)C)cc3)C

(94)

94

Atelier IDO1

(95)

Le système immunitaire joue un rôle clé dans la lutte contre le cancer: il traque et

élimine les cellules cancéreuses. Mais ces dernières déploient toute une série d’astuces pour échapper à sa vigilance.

De nombreuses cellules cancéreuses produisent la IDO1 en grande quantité. Un taux élevé d’IDO1 dans une tumeur est souvent lié à un mauvais pronostique. Pourquoi?

IDO1 est une protéine impliquée dans la dégradation de l'acide aminé tryptophane. Le tryptophane est un acide aminé essentiel: il doit être en quantité suffisante pour que les cellules puissent se diviser normalement.

Dans l’environnement d’une cellule cancéreuse produisant IDO1 en grande quantité, la baisse de la concentration de tryptophane entraîne un arrêt de la prolifération des cellules du système immunitaire (lymphocytes T). De plus, certains produits dérivés de la dégradation du tryptophane sont directement toxiques pour les lymphocytes T.

(96)

96

(97)

(98)

98

Tryptophane : substrat naturel d’IDO1; un acide aminé essentiel SMILES: c1ccc2c(c1)c(c[nH]2)C[C@@H](C(=O)O)N

(99)

Bisphenol

(100)

100

Bisphenol A

SMILES: Oc1ccc(cc1)C(c2ccc(O)cc2)(C)CCC(C)(c1ccc(cc1)O)c2ccc(cc2)O

(101)

Bisphenol A (BPA) is a monomer that was first developed as a synthetic estrogen in the 1890s. BPA has been rapidly and widely used for its cross-linking properties in the

manufacture of polycarbonate plastics and epoxy resins (PVC, food packaging, dental sealants, and thermal receipts).

Because of incomplete polymerization and degradation of the polymers by exposure to higher than usual temperatures, BPA monomer leaches out from food and beverage containers, as well as from dental sealants.

A total of 2.8million metric tons of BPA was produced in 2002, and an estimated 5.5 million metric tons was produced in 2011. Exposure to environmental nanomolar concentrations of BPA is ubiquitous.

BPA is detectable in the urine of almost all adults and children tested.

BPA is a known endocrine disruptor; it binds to estrogen receptors and have estrogenic and anti-estrogenic (competitor) effects.

BPA has also been shown to bind to androgen and thyroid receptors, and have both agonistic and antagonistic effects (PMID: 23994667)

Bisphenol A

(102)

102

Bisphenol-A

Le bisphénol A est l’un des composants de certains plastiques (biberons, polycarbonate water bottle.) et d’une résine qui tapisse parfois l'intérieur de boîtes de conserve, de canettes

(103)

(104)

104

(105)

Molécules

(106)

106

Rofecoxib est un inhibiteur sélectif de COX-2 ou "coxib“ (Vioxx, Ceoxx, et Ceeoxx).

SMILES: O=C2OCC(=C2\c1ccccc1)\c3ccc(cc3)S(=O)(=O)C

(107)

L’acide arachidonique est le substrat naturel de COX1 et COX2

(108)

108

L’Etoricoxib est un inhibiteur sélectif de COX-2 ou "coxib“.

SMILES: O=S(=O)(c3ccc(c2cc(Cl)cnc2c1cnc(cc1)C)cc3)C

(109)

ATP : substrat naturel de BRAF et de beaucoup d’enzymes dont les kinases (PubChem) SMILES: C1=NC2=C(C(=N1)N)N=CN2C3C(C(C(O3)COP(=O)(O)OP(=O)(O)OP(=O)(O)O)O)O

(ATP)

(110)

110

Tryptophane : substrat naturel d’IDO1; un acide aminé essentiel SMILES: c1ccc2c(c1)c(c[nH]2)C[C@@H](C(=O)O)N

(111)

Caféine (PubChem)

SMILES: CN1C=NC2=C1C(=O)N(C(=O)N2C)C Caféine

(112)

112

caféine

(113)

Bisphenol A

SMILES: Oc1ccc(cc1)C(c2ccc(O)cc2)(C)CCC(C)(c1ccc(cc1)O)c2ccc(cc2)O

(114)

114

Vitamine C

SMILES: C([C@@H]([C@@H]1C(=C(C(=O)O1)O)O)O)O

(115)

Glucose

SMILES: OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O

(116)

116

Codéine

SMILES: CN1CC[C@]23C4=C5C=CC(OC)=C4O[C@H]2[C@@H](O)C=C[C@H]3[C@H]1C5

(117)

BONUS

(118)

118

http://www.chromosomewalk.ch/quiz-expert/

(119)

Vidéo: des protéines en 3D

(120)

120 https://www.intogen.org/search?cancer=CM

(121)

(122)

122

cancer

(123)

pdb

(124)

124

Modèle ‘clé serrure’ (Emil Fischer 1890)

Molécule médicament

Protéine cible