Structure et fonction de la nucléoside diphosphate kinase : rôle dans l'activation des analogues de nucléotides à activité antivirale

Structure and function of the nucleoside diphosphate kinase : role to activate the antiviral activity of the nucleotide analogus

• Auteur / Autrice : Yuxing Chen
• Direction : Joël Janin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés libres

Virus de l'immunodéficience humaine

Ribavirine

Nrti

Résumé

La nucléoside diphosphate kinase (NDP kinase) catalyse la phosphorylation réversible du NDP aux dépens du nucléoside triphosphate (NTP) par l'intermédiaire d'une phosphohistidine selon un mécanisme de ping-pong. La NDP kinase est impliquée dans la lutte contre le SIDA par son rôle dans l'activation des NRTI (nucleoside analog reverse transcriptase inhibitors), qui sont des médicaments qui ciblent la transcriptase inverse du VIH. Le groupe le 3'-OH du sucre des NRTI utilisées actuellement est absent ou substitué pour la terminaison de la polymérisation. Malheureusement ce groupe est important pour la catalyse de la NDP kinase par les études structurelles et cinétiques. Pour la recherche de nouvelle NRTI, nous avons résolu une structure du complexe de la NDPK-Dd avec la ribavirine triphoaphate (RTP). La structure a montrée que le RTP lie à la NDP kinase comme un nucléotide naturel. Le RTP n'à pas montré de capacité à inhiber l'ARN polymérase du phage T7 malgré un bon substrat de la NDP kinase. Un autre effort a porté sur le changement de la spécificité des kinases impliquées dans leur activation. Nous avons résolu la structure d'un complexe entre l'α-borano-AZT triphosphate (RB-AZTTP) et un variant de la NDP kinase portant la mutation N115S. Le RB-AZTTP se fixe à l'enzyme comme un substrat naturel, car le groupe carboxamide de S115 laisse de la place pour le groupe azido de AZT. Ceci explique l'amélioration de activation de l'enzyme mutant pour les dérivés de l'AZT. Nous avons déterminé la structure d'un complexe de la NDPK-A avec l'ADP et fait une comparaison du mode de fixation du nucléotide dans 19 structures différentes de NDP kinases et 27 structures des protéine kinases. La comparaison a montrée que la conformation différente se trouve dans la partie du phosphate β et γ. De plus, la chiralité de fixation du métal est opposée pour les deux types de kinases.

Nucleoside diphosphate kinase (NDP kinase) catalyses the reversible phosphorylation of NDP dependent on nucleoside triphosphate (NTP) via a covalent phosphohistidine intermediate according to the ping-pong mechanism. NDP kinase was implied to be related to the AIDS control due to its activation of the nucleoside analogs which are potential inhibitors to reverse transcriptase of human immunodeficiency virus (HIV). The 3'-OH of currently used NRTIs are substituted or removed. Unfortunately, this group is very important for the catalysis of NDP kinase according to the structural and kinetic research. To verify the novel NRTI, we solved the structure of NDPK-Dd in complex with ribavirin triphosphate (RTP). It showed RTP fixes to NDP kinase in a similar manner to that of the natural nucleotides. RTP is a nice substrate of NDP kinase, but has no capaçity to inhibit RNA polymerase of phage T7. Another effort was made is to change the substrate specificity of NDP kinase. For this purpose, we solved the structure of a variant NDPK-A (N115S) complexed with α-borano-AZT triphosphate (RB-AZTTP). RB-AZTTP was fixed to NDP kinase as a natural substrate because the carboxamide group of S115 provided a space for the azido group of AZT, indicating the improvement of the activation of AZT derivates by the mutant NDP kinases. Finally, we solved the structure of NDPK-A in complex with ADP and compared this structure against 19 different NDP kinase structures and 27 protein kinase structures, from the viewpoint of fixation mode. The comparison indicated the different conformations of the moiety of phosphates β and γ. In addition, fixation chirality of the metal is opposite for the two types of kinases.