Conception, synthèse et caractérisation de perturbateurs des interactions protéine-protéine liées aux phénomènes précoces amyloïdogéniques dans la maladie d’Alzheimer

Design, synthesis and characterization of protein-protein interaction disruptors related to early amyloidogenic phenomena in Alzheimer's disease

• Auteur / Autrice : Johanna Giovannini
• Direction : Anne-Sophie Voisin-Chiret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 07/12/2021
• Etablissement(s) : Normandie en cotutelle avec Università degli Studi di Bari Aldo Moro (Bari, Italie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale normande de chimie (Caen)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'études et de recherche sur le médicament de Normandie (Caen ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Patrick Trouillas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne-Sophie Voisin-Chiret, Yves Jacquot, Isabelle Berque-Bestel, Marco Catto, Jana de Oliveira Santos
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Yves Jacquot, Isabelle Berque-Bestel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Médicaments -- Conception

Protéine tau

Agrégation (chimie)

Interactions protéine-protéine

Alzheimer, Maladie d'

Mots clés libres

Tauopathie

Structure-based drug design

Alzheimer’s disease

Protein-protein interactions

Aggregation

Tau protein

Tauopathy

Structure-Based Drug Design

Résumé

Les tauopathies, dont la maladie d'Alzheimer (MA), sont des maladies neurodégénératives caractérisées par la présence de dégénérescences neurofibrillaires (DNF). Les DNF sont liées à une agrégation anormale de la protéine tau. Des séquences peptidiques clés ont été identifiées comme responsables de l'oligomérisation précoce, initiant l'ensemble du processus amyloïdogénique. Elles adoptent une structuration en feuillets β et s'empilent, initiant ainsi l'agrégation de la protéine. Notre but est de synthétiser de petites molécules perturbatrices des interactions protéine-protéine afin d'empêcher l'agrégation précoce de la protéine tau. Ce travail a été initié par une analyse conformationnelle de l'hexapeptide clé de la protéine tau impliqué dans l'agrégation, appelé PHF6 (pour Paired Helical Filament hexapeptide). Nous avons construit des agrégats PHF6 et évalué leur stabilité par des simulations de dynamique moléculaire et des analyses des interactions intra et intermoléculaires. Ensuite, nous avons lancé des simulations de ces agrégats de PHF6 avec un perturbateur de l'agrégation de la protéine tau et proposé des mécanismes de perturbation de l'agrégation.Ensuite, un criblage par similarité de notre chimiothèque interne basé sur la structure de la palmatine et des tests in vitro ont fourni 40 structures comme points de départ pour la conception rationnelle et la synthèse de petites molécules susceptibles de perturber les interactions entre les fibrilles amyloïdes. Enfin, nous avons mis en place un nouveau type de simulation en 3D pour comprendre le processus d'agrégation précoce de la protéine tau, qui met en évidence l'agrégation progressive du peptide PHF6 initialement désordonné. Cette simulation a également été réalisée avec deux composés afin d'évaluer leur capacité d'inhibition de l'agrégation à des stades très précoces.

Tauopathies, including Alzheimer’s disease (AD), are neurodegenerative diseases characterized by the presence of neurofibrillary tangles (NFTs). NFTs are related to abnormal tau protein aggregation. Key-peptide sequences were identified as responsible for early oligomerization, initiating the whole amyloidogenic process. They adopt a β-sheet structuration and pile themselves up, guiding the protein aggregation initiation. We are aiming to synthesize small molecules as protein-protein interaction disruptors in order to prevent early stage of tau protein aggregation. The presentwork was initiated by a conformational analysis of tau protein key hexapeptide implied in aggregation, called PHF6 (for Paired Helical Filament hexapeptide). We built preformed PHF6 aggregates and assessed their stabilities through molecular dynamics simulations and analyses of intra and intermolecular interactions. Then, MD simulations of PHF6 aggregates with a tau protein aggregation disruptor were launched and mechanisms of aggregation disruption were proposed. Then, similarity screening of our in-house chemical library based on palmatine chloride and in vitro tests provided 40 scaffolds as starting points for the rational design and synthesis of small molecules that could disturb the amyloid fibril interactions. Finally, we set up a new kind of 3D-simulation to comprehend early tau protein aggregation process that brought up together disordered PHF6 peptide gradually aggregating. This simulation was also carried out with two compounds in order to assess their aggregation inhibition capacity in very early stages.