thesis

Innovative inhibition strategy against functional structural transitions of essential pathogenic factors : Computational applications to Malarial and Neurotransmitter targets

Defense date:

Nov. 9, 2019

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Institution:

Sorbonne université

Disciplines:

Abstract EN:

This PhD project describes the design of inhibitors of two essential malaria enzymes and of novel modulators of specific nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs). Plasmodium vivax subtilase SUB1 is required for parasite egress. We focused our efforts on the design of reversible covalent inhibitors of PvSUB1. We performed covalent docking of potential peptide and peptidomimetic candidates and studied peptide cyclization. Several peptides have shown activity in the submicromolar range and could be resolved after co-crystalization. Plasmodium falciparum lactate dehydrogenase is critical for parasite metabolism. We targeted it by design on the basis of inhibitory cofactor analogs. We have built a combinatorial library aiming to bridge the cofactor and the substrate binding site, while avoiding affecting the human isoenzymes. We screened it in silico and selected about fifty molecules that are under synthesis for ex vivo testing. We also targeted α5 subunit containing nAChRs to address addiction. A multidisciplinary approach has been established. It uses an AChBP engineered chimera, which structure was solved in complex with the first known 5 ligands. This structure, and two comparative modeling models were used to perform in silico screening. A cation-π interaction definition was introduced in the FlexX software and side chain flexibility was allowed in the binding site. An interactive pipeline was developed for the analysis of the virtual screening results and hit molecules have been confirmed by STD-NMR experiments. Deep neural networks models were also built to assess on- and off-target bioactivity prediction in a panel of nAChRs and putative off-targets.

Abstract FR:

Ce projet de thèse décrit la conception d'inhibiteurs de deux enzymes de l'agent du paludisme et de modulateurs de la sous-unité α5 des récepteurs nicotiniques de l'acétylcholine (nAChR) impliqués dans les dépendances. La subtilase de Plasmodium vivax (SUB1), nécessaire pour la sortie des parasites des cellules a été ciblée avec des inhibiteurs covalents réversibles. Nous avons effectué un docking covalent de peptidomimétiques candidats et étudié leur cyclisation. Plusieurs mimétiques ont montré une activité sub-micromolaire et leur structure a pu être résolue par co-cristallisation. Nous avons ciblé la lactate déshydrogénase, essentielle au métabolisme de Plasmodium falciparum avec des inhibiteurs conçus par analogie du tandem cofacteurs-substrat. Nous avons construit une bibliothèque combinatoire que nous avons criblé in silico, en évitant de cibler les isoenzymes humaines. Nous avons sélectionné une cinquantaine de molécules, en cours de synthèse pour tests ex vivo. Enfin, pour lutter contre les dépendances, une chimère α5-α4 de l'AChBP a été utilisée dans une approche multidisciplinaire. La structure en complexe avec les premiers ligands connus d'α5 a été résolue et nous l'avons utilisée avec deux modèles comparatifs pour un criblage in silico. Nous avons introduit l'interaction cation-π dans le logiciel FlexX, autorisé des chaînes latérales flexibles dans le site de liaison et développé un pipeline interactif pour l'analyse des résultats de criblage virtuel. Les molécules obtenues ont été confirmées par des expériences STD-RMN. Des modèles de réseaux neuronaux profonds ont également été construits pour prédire la bioactivité sur cible et hors cible.