Design and synthesis of new inhibitors of phosphomannose isomerases : structure-activity relationship through kinetic and molecular modelling studies

Conception et synthèse de nouveaux types d’inhibiteurs des phosphomannose isomérases : étude structure-activité par évaluations cinétiques et modélisation moléculaire

• Auteur / Autrice : Johanna Foret
• Direction : Laurent Salmon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Enzymes à zinc

Cinétique enzymatique

Inhibiteurs

Mots clés libres

Hydroxomates

Résumé

Les phosphomannose isomérases (PMIs) sont des métalloprotéines de la classe des aldose-cétose isomérases catalysant l’interconversion réversible entre le 6-phosphate-D-mannose (M6P) et le 6-phosphate-D-fructose. Etant essentielles à la survie ou à la virulence de plusieurs microorganismes pathogènes tels que les champignons C. Albicans, C. Neoformans et A. Nidulans, le parasite L. Mexicana ou encore la bactérie P. Aeruginosa, elles apparaissent comme des cibles thérapeutiques potentielles. Ce travail de thèse est une étude structure-activite��. Trois analogues de M6P et une quinzaine d’analogues de l’intermédiaire de haute énergie de la réaction catalysée par l’enzyme ont été synthétisés. Leurs propriétés inhibitrices vis-à-vis de deux PMIs ont été évaluées. L’ensemble des résultats cinétiques obtenus a mis en évidence les fonctions du substrat ou des inhibiteurs essentielles à leur affinité pour l’enzyme, et les possibilités de modification ou de fonctionnalisation de ces structures pour obtenir des molécules d’intérêt thérapeutique. En l’absence de structures tridimensionnelles de complexes PMI-ligand, des études de modélisation moléculaire à l’aide de la méthode SIBFA ont été menées pour générer des complexes de la PMI avec le M6P ou avec certains des inhibiteurs synthétisés. L’analyse de ces complexes a permis d’approfondir les connaissances mécanistiques et structurales actuelles des PMI. De plus, des améliorations du modèle théorique ont pu être proposées à partir de comparaisons entre les études de modélisation et les données cinétiques, avec pour objectif d’obtenir un outil puissant et fiable pour concevoir des inhibiteurs de PMI d’intérêt thérapeutique.

Phosphomannose isomerases (PMIs) are metal-dependent aldose-ketose isomerases which catalyze the reversible isomerization of D-mannose 6-phosphate (M6P) and D-fructose 6-phosphate. As they are essential for the survival of several pathogenic microorganisms, including yeasts (C. Albicans, C. Neoformans and A. Nidulans), P. Aeruginosa and L. Mexicana, PMIs are considered as potential therapeutic targets. This work is a structure-activity relationship (SAR) study. Three substrate analogue inhibitors and about fifteen analogue inhibitors of the postulated PMI catalyzed reaction high-energy intermediate were synthesized, and the evaluation of their properties towards PMIs was performed. Overall, the obtained kinetic results highlighted the essential parts of the inhibitor for its enzyme affinity, as well as the allowed structural modifications of the substrate or known inhibitors which would lead to molecules of therapeutic interest. In the absence of three-dimensional crystal structures of PMI-inhibitor complexes, some of these compounds were docked into the active site of PMI by energy-minimization using the polarizable molecular mechanics procedure SIBFA (Sum of Interactions Between Fragments ab initio computed). Results of these theoretical studies improved our structural and mechanistic knowledge of PMI. Moreover, comparison between kinetic and molecular modelling data resulted in an improvement of the SIBFA theoretical procedure so as to get a powerful tool for the future design of PMI inhibitors of therapeutic interest.