Aspects mécanistiques et énergétiques des interactions entre l'ADN et une molécule intercalante

Mechanistics and energetics aspects of interactions between DNA and a intercalating drug

• Auteur / Autrice : Matthieu Wilhelm
• Direction : Richard Lavery
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 13/07/2012
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interdisciplinaire Sciences-Santé (Villeurbanne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Molecular Microbiology and Structural Biochemistry (Lyon ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Gilbert Deléage
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Chantal Prévost, Yves-Henri Sanejouand, Damien Laage

Mots clés

Mots clés contrôlés

Daunorubicine

Dynamique moléculaire

ADN

Mots clés libres

ADN

Daunomycine

Intercalation

Molécules intercalantes

Énergie libre

Glissement

Dynamique moléculaire

DNA

Daunomycin

Intercalation

Intercalating molecules

Free energy

Slide

Molecular dynamics

Résumé

L'ADN est au cœur de nombreux processus biologiques. De ce fait, il est la cible de nombreuses molécules pharmacologiques employées notamment dans les thérapies anticancer. Parmi celles-ci, la daunomycine va interagir avec la double hélice d'ADN en s'intercalant entre deux paires de bases, bloquant ainsi la réplication. Malgré l'efficacité reconnue des molécules intercalantes, et de nombreuses études à ce sujet, le mécanisme du processus d'intercalation n'est pas clairement déterminé à l'heure actuelle. Basés sur l'utilisation de la dynamique moléculaire avec une représentation tout atome des systèmes en conditions de solvant explicite, ces travaux ont tout d'abord visé à caractériser l'influence de la flexibilité conformationnelle de la daunomycine vis à vis de l'ADN, ainsi que son importance dans les interactions entre ces deux molécules. Dans un deuxième temps nous nous sommes focalisés sur le chemin réactionnel menant la daunomycine à son site d'intercalation par umbrella sampling. Cette étude, en plus de fournir des énergies libres en accord avec les données expérimentales, a permis de pointer du doigt un mécanisme d'intercalation impliquant une étape préliminaire de liaison de la daunomycine au petit sillon de l'ADN, suivie d'une étape intermédiaire de réorientation du ligand. Finalement, la réalisation de simulations de glissement de la daunomycine le long du petit sillon de l'ADN nous a permis de nous intéresser au mécanisme permettant à ce ligand de localiser son site d'intercalation le long de l'ADN

DNA is at the heart of many biological processes. Therefore, it is the target of numerous pharmacological molecules used in cancer therapies. Among them, daunomycin will interact with the double helix by intercalation between DNA’s base pairs, thus blocking replication. Despite the proven efficiency of intercalating molecules, and many studies on this subject, the mechanism of intercalation process is not yet clearly understood. Based on molecular dynamics with an all atoms representation in explicit solvent conditions, this work, in one hand, aim to characterize the influence of the conformational flexibility of daunomycin during interactions with DNA. In a second hand, we focused on the reaction pathway leading daunomycine to its intercalation site using umbrella sampling. This study, in addition to providing free energies in agreement with experimental data, has allowed to highlight an intercalation mechanism involving a preliminary step where daunomycin bind to the minor groove of DNA, followed by a intermediate step of reorientation of the ligand. Finally, the realization of sliding simulations of daunomycin along DNA minor groove, has allowed us to focus on the mechanism that allow a ligand to locate its intercalation site on DNA