Development of antibacterials directed against the thymidylate synthase ThyX in Mycobacterium tuberculosis : mechanism kinetic and in silico inhibitor optimisation

Résumé : La tuberculose est un problème de santé mondial. D'après l'OMS, un tiers de la population mondiale est infectée par une forme dormante et on recense chaque année 9 millions de nouveaux cas et 1,5 million de morts. Le traitement de la tuberculose est d'au moins 6 mois et un usage excessif d'antibiotiques a induit l'apparition de formes résistantes de Mycobacterium tuberculosis (Mtb), l'agent étiologique de la tuberculose. La dissémination de ces souches, résistantes aux traitements de première et seconde ligne, suscite aujourd'hui beaucoup d'inquiétudes et le besoin en nouvelles molécules ou cibles thérapeutiques est urgent. Durant ma thèse, j'ai étudié la réaction et l'inhibition de la tymidylate synthase flavine-dépendante essentielle ThyX de Mtb. ThyX catalyse la synthèse de déoxythymidine monophosphate (dTMP) en méthylant la position 5 de la deoxyuridine monophosphate (dUMP) et elle utilise le N5,N10-méthylènetetrahydrofolate et le NADPH comme donneurs de méthylène et d'hydrure respectivement. ThyX est surexprimée dans les souches cliniques résistantes aux antituberculeux, et a également été identifiée comme voie de sauvetage dans les mécanismes de développement de résistances. Absente chez l'Humain, elle représente une cible thérapeutique prometteuse. J'ai étudié la cinétique du mécanisme de ThyX Mtb à l'équilibre et par spectroscopie résolue en temps. J'ai mis en évidence la sélectivité de substrat de l'enzyme pour le NADPH et étudié la dynamique de l'accessibilité du dUMP et du NADPH au site actif de ThyX Mtb pendant la réaction, ainsi que la réactivité du cofacteur flavine réduit avec le dioxygène, un point de mécanisme important pour un organisme aérobe tel que Mycobacterium tuberculosis. Ces études ont permis de comprendre comment Mtb peut synthétiser de dTMP malgré la haute réactivité de la flavine réduite (intermédiaire de la réaction) avec le dioxygène. Une seconde partie de mon travail a eu pour objectif l'identification d'inhibiteurs de ThyX Mtb avec un pouvoir antimycobactérien. Deux approches ont été utilisées : i) établissement d'une liste de dérivés naphthoquinones incluant, des molécules sélectionnées par similarités de structure ainsi que des composés déjà décrits comme inhibiteurs de Mtb mais de cible inconnue, que j'ai testé contre ThyX Mtb in vitro ; ii) le développement d'un modèle pharmacophore qui permet le crible in silico de molécules. Ces deux approches ont permis l'identification de plusieurs nouveaux inhibiteurs de ThyX avec des constantes d'inhibition de quelques micro molaires tandis qu'aucune inhibition significative de la thymidylate synthase humaine n'a été observé. Les modes d'inhibition de ces molécules suggèrent un site de fixation différent des naphthoquinones sur ThyX Mtb. De plus, les molécules les plus prometteuses telle que l'idebenone ou 2-[(4-methoxyphenyl)methyl]-1,4-dihydronaphthalene-1,4-dione présentent un pouvoir antibactérien modéré contre des souches cliniques de Mycobacterium tuberculosis. Le site de fixation de ces nouvelles molécules devra être identifié par des travaux à venir. Cela permettra de guider les études de relation structure activité afin d'optimiser ces composés. La mise à jour du modèle pharmaocphore permettra également de sélectionner de nouvelles molécules à tester in vitro. L'idebenone a déjà passé les phases 1 et 2 d'essais cliniques pour la myopathie de Duchenne, ce qui suggère que ses propriété pharmacocinétiques sont acceptable. La réorientation des dérivés d'idebenone pour cibler ThyX dans Mtb en conservant ses propriétés et sa faible toxicité sera au centre de futurs projets.
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Thèse
Biochemistry, Molecular Biology. Ecole Polytechnique, 2015. English
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Contributeur : Hannu Myllykallio <>
Soumis le : jeudi 13 septembre 2018 - 16:38:27
Dernière modification le : samedi 15 septembre 2018 - 01:14:16

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Kamel Djaout. Development of antibacterials directed against the thymidylate synthase ThyX in Mycobacterium tuberculosis : mechanism kinetic and in silico inhibitor optimisation. Biochemistry, Molecular Biology. Ecole Polytechnique, 2015. English. 〈tel-01873917〉

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