Aspects structuraux, mécanistiques et thérapeutiques de phosphomannose isomérases de type I et II : synthèse et études cinétiques de nouveaux inhibiteurs
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Phosphomannose isomerases (PMI) are metalloenzymes catalyzing the reversible isomerization of mannose-6-phosphate to fructose-6-phosphate. These enzymes, classified into three types according to their sequence and their physico-chemical properties, are essential for the survival and the proliferation of many microorganisms. The low sequence homology between bacterial, like Pseudomonas aeruginosa, and human enzymes suggest PMI as potential therapeutic targets. Nevertheless, crystallographic and inhibition studies were largely unexplored at the beginning of this work. So, elucidation of PMI's catalytic mechanism appears as a main goal. For this reason, in addition to research of new PMI activity tests, synthesis and kinetic studies of new potential inhibitors were investigated, as well as polarizable molecular mechanics and quantum mechanics studies of Candida albicans PMI. All the results allowed us to propose the first catalytic mechanism for the PMI-catalyzed reaction, underlying critical points: (i) the metallic cofactor of the active site would play an important role in the recognition and the stabilization of the substrate, as well as it would play a catalytic role as Lewis acid, (ii) the phosphate moiety in a secondary role would be essential for the molecule docking at the active site of the enzyme, and finally (iii) deprotonation of the substrate would imply a catalytic triade metal-Glu-Lys where the catalytic base would be the neutral lysine.
Abstract FR:
Les phosphomannose isomérases (PMI) sont des métalloenzymes qui catalysent la réaction d'isomérisation réversible du 6-phosphate-D-mannose en 6-phosphate-D-fructose. Ces enzymes, classées en trois types différents selon leur séquence et leurs caractéristiques physico-chimiques, sont essentielles pour la survie et la prolifération, voire la virulence, de plusieurs microorganismes. Les faibles homologies de séquence entre les enzymes de pathogènes comme Pseudomonas aeruginosa et la protéine humaine font des PMI des cibles thérapeutiques potentielles. Cependant, les études cristallographiques et d'inhibition restant largement inexplorées au début de ce travail, l'étude du mécanisme catalytique des PMI apparaissait comme une priorité. Aussi, outre la recherche de nouveaux tests de mesure de l'activité PMI, la synthèse et l'évaluation cinétique de nouvelles molécules potentiellement inhibitrices, ainsi que des études de modélisation moléculaire de la PMI de Candida albicans, ont été entreprises. Les différents résultats obtenus nous ont permis de proposer le premier mécanisme catalytique cohérent et original de la réaction catalysée par les PMI, soulignant plusieurs points clés importants : (i) le cofacteur métallique présent au site actif jouerait un rôle prépondérant dans la reconnaissance et la stabilisation de la molécule ainsi qu'un rôle catalytique en tant qu'acide de Lewis, (ii) le phosphate bien qu'ayant un rôle secondaire serait indispensable à la stabilisation de la molécule au site actif de l'enzyme, et enfin (iii) la déprotonation du carbone du substrat impliquerait une triade catalytique métal-Glu-Lys où la base catalytique serait une lysine sous forme neutre.