Structure-based drug design of allosteric ecto-5'-nucleotidase inhibitors : application to cancer treatment

Le cancer represente l'un des problemes majeurs en sante publique. Jusqu'a present, en parallele de l'intervention chirurgical, plusieurs traitements ont ete mis au point et largement utilises en therapie clinique telles que les chimiotherapies. Cependant, leur efficacite est parfois limitee et couplee a des effets secondaires tres nefastes, laissant les patients dans une impasse therapeutique. Par consequent, de nouvelles approches therapeutiques doivent etre developpees sur de nouvelles cibles averees en oncologie afin d'apporter des soins personnalises aux patients. La premiere partie de mon travail de these a ete dediee a la comprehension des mecanismes moleculaires de la nucleotidase cytosolique de type II (cN-II), une enzyme du metabolisme des purines dont l'implication dans des phenomenes de resistance a des traitements anticancereux a pu etre demontree. Aussi, une etude sur la cinetique enzymatique a l'etat pre-stationnaire et stationnaire a ete entreprise sur la forme sauvage et une forme mutee de l'enzyme lui conferant une activite accrue fortement impliquee dans les cas de resistance. Par cette approche, il a ete possible de decortiquer le mecanisme cinetique, de definir l'etape cinetiquement limitant afin d'identifier les intermediaires preponderants de la reaction pouvant etre cibles pour le developpement de nouveaux inhibiteurs. Cette etude cinetique est presentee dans ce premier volet de la these. En second lieu, mon travail s'est focalisee sur un second membre de cette famille d'enzyme qui est l'ecto-5'-nucleotidase (CD73). Cette enzyme exprimee sous forme dimerique a la surface extracellulaire regule la concentration en adenosine extracellulaire (par hydrolyse de l'adenosine monophosphate), ce dernier etant un puissant immunosuppresseur de la reponse immune anticancereuse. L'objectif de mon travail de these a ete de developper de nouveaux inhibiteurs de type allosterique en utilisant une approche basee sur la structure tridimensionnelle et la dynamique moleculaire. Une des etapes cles a ete tout d'abord de mettre au point un systeme expression heterologue afin d'obtenir l'enzyme recombinante en quantite suffisante pour les etudes enzymatiques ulterieures. Differents systemes d'expression ont ete testes et seul le systeme en cellules d'insecte infectees par le baculovirus a permis d'obtenir l'enzyme active en grande quantite. En parallele, une etude in silico a permis de reproduire la dynamique fonctionnelle de l'enzyme requise pour sa fonction. A partir de ses donnees, un criblage virtuel d'une chimiotheque de 324 000 molecules a ete realise sur le site de dimerisation et a permis d'identifier 33 composes chefs de files. Parmi, ces composes, dix molecules se sont averes etre de puissants inhibiteurs de CD73 (Ki < 1 µM) avec un mecanisme d'inhibition de type allosterique ou non-competitif. La cytotoxicite des composes a ete evaluee sur des lignees cellulaires transformees ou tumorales montrant un effet uniquement a des concentrations tres elevees (superieures a 100 µM). L'etude des relations structure-fonction devrait permettre a present de proposer de voies d'optimisation afin d'ameliorer l'efficacite des composes les plus actifs afin d'aboutir a de nouveaux candidats medicaments.