Design, synthesis molecular modelling and biological evaluation of modulators of the NF-kappa activation

Thèse de l'étudiant: Doc typesDocteur en Sciences

Résumé

La polyarthrite rhumatoïde est une maladie grave touchant approximativement 1-2% de la population mondiale. Cliniquement, la polyarthrite rhumatoïde se manifeste par une arthrite symétrique associée à une destruction progressive du cartilage ainsi que de l’os des articulations, et est responsable de l’atteinte fonctionnelle des patients. Les méthodes thérapeutiques actuelles ne sont pas encore en mesure de contrecarrer son évolution. Elles permettent en effet d’en atténuer les symptômes inflammatoires chroniques, mais ne s’attaquent pas aux causes de la pathologie. Ainsi, l’élaboration de traitements thérapeutiques alternatifs, plus efficaces et accessibles à tous nécessite une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires impliqués dans l’étiologie de cette maladie. La voie alternative d’activation du facteur de transcription NF-kappaB a récemment été identifiée comme directement impliquée dans un certain nombre de dysfonctionnements inflammatoires. C’est à ce titre que ce travail de thèse s’est concentré sur une enzyme impliquée dans cette cascade d’activation (la voie dite alternative). La première partie de ce travail fut essentiellement concentrée sur une étude structurale de notre cible. Nous avons donc eu l’occasion de construire, par homologie de séquence, le premier modèle 3D de NIK. Ensuite, sur base de cette structure modélisée, nous avons étudié le domaine kinase de notre cible grâce à un travail de mutagénèse dirigée. Nous avons d’abord sélectionné une série de résidus potentiellement intéressant à muter. Puis, en évaluant l’activité résiduelle des mutants générés, une dizaine d’acides aminés indispensables à l’activité de NIK ont été identifiés. Notre second objectif fut ensuite de concevoir et synthétiser des molécules capables d’interférer avec cette voie alternative d’activation de NF-kappaB. Pour ce faire, l’inhibition de la kinase NIK constituait la stratégie la plus intéressante. Or, les seules molécules décrites dans la littérature comme inhibitrices de cette cible étaient des pyrazolo-isoquinoléines brevetées par la société Aventis. Grâce à un travail de synthèse et suite à différents tests enzymatiques et cellulaires, nous avons d’abord démontré que ces composés étaient dépourvus d’activité vis-à-vis de NIK. Cette affirmation était en plus soutenue par un travail de docking des composés en question dans la structure modélisée de NIK. Et enfin, nous avons démontré quelle pourrait être la véritable cible de cette série et comment le mode d’action de celle-ci a pu être mal interprété. Afin d’identifier de nouveaux squelettes moléculaires dans la cadre de la recherche pour le traitement de la polyarthrite rhumatoïde, une étude de screening virtuel de fragments a finalement été mise au point. Nous sommes partis d’une banque de molécules commerciales et, à la suite d’un important travail de sélection et de docking, ce sont 49 composés qui ont été achetés et testés sur NIK. Les deux principaux résultats ressortissant de ce travail de screening sont: - D’une part, un premier fragment a montré, à 50µM, un pouvoir inhibiteur de la voie alternative d’activation de NF-kappaB. De plus, une excellente sélectivité fût observée vis-à-vis de la voie classique, redoublant alors l’intérêt de ce composé. En testant des molécules analogues achetées ou synthétisées par nos soins, l’intérêt de la série fût validé. - D’autre part, un second composé inhibant l’activité kinase de NIK dans un test enzymatique fut également identifié. L’évaluation d’une série d’analogues a ensuite permis l’établissement des premières relations structure-activité dans la série. Enfin, un travail de docking a permis d’identifier les interactions responsables de l’affinité de ce composé pour le domaine kinase de notre cible. En conclusion, ce travail de thèse a permis de mieux comprendre, à un niveau moléculaire, la kinase NIK dont l’inhibition constitue une stratégique particulièrement intéressante dans le cadre de la polyarthrite rhumatoïde. Alors que très peu de composés actifs étaient décris dans la littérature, notre travail sur la série des pyrazoloisoquinoléines d’Aventis a clarifié leur mode d’action et leur intérêt dans une stratégie d’inhibition de la voie alternative d’activation de NF-kappaB. Enfin, grâce à un ambitieux screening virtuel basé sur notre modèle 3D, deux squelettes moléculaires ont été identifiés et nous permettent de conclure ce travail sur d’encourageantes perspectives: la conception des premiers inhibiteurs chimiques de NIK et la validation d’une nouvelle et prometteuse stratégie thérapeutique pour le traitement de la polyarthrite rhumatoïde.
Date de réussite7 juin 2010
langueAnglais
Institution diplomante
  • Université de Namur
SuperviseurBernard Masereel (Promoteur), Jean-Michel Dogne (Président), R. Kiss (Jury), Johan Wouters (Jury), Catherine Lambert De Rouvroit (Jury), Johan Wouters (Jury) & Jean-Yves WINUM (Jury)

Keywords

  • NF-kappaB alternative pathway activation
  • Inflammation
  • NF-kappaB inducing kinase (NIK)
  • Rheumatoid arthritis
  • TGF-beta activated kinase (TAK1)
  • Isoquinolinedione ;
  • Virtual screening
  • Pyzazoloisoquinoline
  • Docking
  • Homology modelling

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Design, synthesis molecular modelling and biological evaluation of modulators of the NF-kappa activation
Mortier, J. (Auteur). 7 juin 2010

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