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Des calculs de métadynamique pour analyser les médicaments anticancéreux

Les kinases sont des protéines de signalisation cellulaire, souvent impliquées dans le cancer. Elles sont donc des cibles pour la recherche de médicaments. De nouvelles techniques de calcul facilitent l'étude des mécanismes de liaison des inhibiteurs de kinases.
Des calculs de métadynamique pour analyser les médicaments anticancéreux
Les protéines kinases sont les éléments principaux de la signalisation cellulaire qui contribue à contrôler des processus comme la prolifération des cellules, leur différenciation et leur mobilité. Leur transition entre les états actif et inactif est contrôlée de très près. Des mutations peuvent cependant les laisser verrouillées dans l'état activé, ce qui est associé à de nombreux types de cancer.

La protéine kinase B-Raf fait partie de la voie de signalisation RAS-RAF-MEK. Elle présente une mutation dans 8 % des cancers, et dans 80 % des cas de mélanome elle est activée par une mutation V600E. Le vemurafenib et le dabrafenib ont été utilisés pour inhiber la B-Raf avec mutation V600E. Cependant, certains patients ainsi traités développent des tumeurs secondaires avec le type non muté de B-Raf, suite à une trans-activation via un mécanisme associé à la dimérisation.

En effet, le type sauvage de B-Raf requiert la dimérisation pour être pleinement activé, et des études précédentes ont confirmé que les inhibiteurs de B-Raf peuvent causer une activation paradoxale en se liant au monomère de la protéine non mutée. L'objectif du projet KIBINDING (Improving the selectivity of kinase inhibitors: characterizing binding mechanisms of inhibitors targeting inactive states and allosteric sites), financé par l'UE, était de déterminer l'effet de la mutation V600E sur la forme du monomère B-Raf, ainsi que le mécanisme de la trans-activation au niveau moléculaire. Pour conduire les analyses, les scientifiques ont appliqué des simulations par calculs de dynamique moléculaire, ainsi qu'une méthode perfectionnée d'échantillonnage, nommée PT-metaD (trempe et métadynamique parallèle).

L'utilisation de la simulation par dynamique moléculaire et de la PT-metaD pour calculer les surfaces d'énergie libre des monomères de B-Raf (sauvage et muté) a montré que l'état actif du mutant est stabilisé par la mutation. Les surfaces d'énergie libre ont aussi révélé que la mutation élève la barrière d'inactivation, bloquant la protéine kinase dans l'état actif. La forme intermédiaire dans la transition actif-inactif du type sauvage pourrait servir de cible pour la conception d'inhibiteurs anticancéreux.

Les chercheurs ont conduit la simulation par dynamique moléculaire sur le dimère sauvage, le dimère mutant V600E, et le dimère sauvage avec un inhibiteur lié à l'un des sites actifs. Ils ont analysé les composants et le réseau élastique, pour identifier les résidus impliqués dans la communication allostérique dans le dimère. Les résultats contribueraient à évaluer l'effet de la mutation sur la dimérisation.

Beaucoup de mutations oncogènes conduisent à une forme activée de protéine kinase, donc la mise au point d'inhibiteurs ciblant cette étape pourrait être la clé d'un traitement anticancéreux. L'utilisation de la simulation par dynamique moléculaire et de la PT-metaD permet d'étudier les mécanismes de liaison des inhibiteurs ciblant la forme inactive et les sites allostériques.

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Mots-clés

Calculs de métadynamique, médicament anticancéreux, inhibiteur, protéine kinase, B-Raf, KIBINDING, surfaces d'énergie libre