Bases structurales et fonctionnelles de l'inhibition de la transcriptase inverse du HIV-1 par des inhibiteurs non-nucléosidiques et nucléosidiques

par Antoine [Patrice François] Frangeul

Thèse de doctorat en Bioinformatique. Biologie structurale et génomique

Sous la direction de Bruno Canard.


  • Résumé

    Le virus d’immunodéficience humaine (HIV) est l’agent pathogène responsable de la maladie du SIDA. Dès 1987, l’arrivée de l’AZT sur le marché des antiviraux a permis de conforter l’idée selon laquelle bloquer l’activité de la transcriptase inverse (RT) du HIV pouvait servir à empêcher la multiplication virale. Toutefois, la faible efficacité des antirétroviraux et la nature de la RT à commettre des erreurs, associée à un taux de réplication élevé de HIV, facilitent la sélection de mutations dans le génome viral entraînant une perte progressive de sensibilité aux traitements. En particulier, les mutations dans le gène pol de la RT s’accumulent au cours des cycles de réplication et conduisent à l’échec thérapeutique. Les inhibiteurs de type nucléosidique et nucléotidique (nRTI) sont reconnus et incorporés par la RT dans l’ADN de la même manière que leurs homologues nucléotidiques naturels mais ils agissent en tant que terminateurs de chaîne. Deux mécanismes de résistance ont été caractérisés : les mutations de discrimination qui diminuent la capacité de substrat des nRTI, et les mutations TAMs qui favorisent l’excision du terminateur de chaîne. Nous nous sommes tout d’abord intéressés à la caractérisation moléculaire du mécanisme de résistance du mutant L74V et des contraintes du site actif de la RT pour les phosphonates acycliques. Ces connaissances mécanistiques au niveau moléculaire sont importantes et doivent être exploitées pour la conception et le développement de nouveaux inhibiteurs. Ainsi nous avons synthétisé au laboratoire une nouvelle génération de nucléotides : les -boranophosphonates acycliques. L’évaluation du potentiel inhibiteur de ces composés montre qu’ils sont capables d’inhiber in vitro la RT mutée résistante aux phosphonates acyclique existants. Nos résultats montrent également que des modifications sur le phosphate  permettent de changer le comportement des phosphonates acycliques. Dans la même veine, nous avons donc envisagé d’autres substitutions comme des dérivés -thio-, -séléno- et -fluorophosphonates acycliques. Cette étude présente également un travail de cristallogenèse de la transcriptase inverse du HIV-1 en complexe avec un inhibiteur de type non-nucléosidique (NNRTI) dans le but de comprendre son mécanisme d’inhibition. Cet inhibiteur (MC 1220), de haute affinité pour le site allostérique de la RT et capable d’arrêter la réplication du HIV-1 de manière irréversible, est prometteur pour l’interruption précoce de la réplication du HIV-1 au niveau de la muqueuse vaginale et en fait un excellent candidat comme produit microbicide.

  • Titre traduit

    Structural and functional studies of reverse transcriptase HIV-1 inhibition by non-nucleosides and nucleosides inhibitors


  • Résumé

    The Human Immunodeficiency Virus (HIV) is the etiologic agent of AIDS. AZT, the first antiviral used in therapy in 1987, has introduced inhibition of the reverse transcriptase (RT) as a central concept to control a HIV infection. However, because of their low efficiency, the RT’s error-prone property, and a high HIV replication rate, resistant mutations in the viral genome are rapidly selected leading to a progressive loss of antiviral sensitivity. Indeed, accumulation of mutations in the RT pol gene after several cycles of replication is the main cause of clinical therapeutic failures. Like natural nucleotides, nucleoside and nucleotide analogues inhibitors (nRTI) are pro-substrates for RT and act as chain terminators after their incorporation into the proviral DNA. Two mechanisms of resistance have been characterized depending of the type of mutations involved : discrimination mutations decreasing the substrate properties of nRTI, and Thymidine-Associated Mutations (TAMs) leading to the excision of the chain terminator. We have first characterized the molecular mechanism of resistance of the L74V mutant towards acyclic phosphonates using purified the RT. These mechanistic results obtained at the molecular level are of great importance and absolutely necessary for the rational design and development of new inhibitors. Based on these first analyses, we have synthesized a new generation of nucleotides: the acyclic -boranophosphonates. These compounds are efficient inhibitors in vitro towards mutant RT resistant to current acyclic phosphonates. Moreover our results show that modifications on the  phosphate can change the properties of the acyclic phosphonates. Indeed, other substitutions of the phosphates. For example -thio-, -seleno- or -fluoro syntheses are underway to further characterize the role of this substitution on the inhibition properties of acyclic phosphonates. Crystallogenesis of RT in complex with the non-nucleoside inhibitor (NNRTI) MC 1220 has also been attempted in order to better understand the molecular mechanism of its inhibition properties. MC 1220 is a tight-binding inhibitor that targets the RT allosteric site. Its ability to irreversibly knock out the HIV replication in vitro makes the MC 1220 a very promising compound to prevent HIV infection by stopping the replication occurring at the mucosa level and an excellent candidate as microbicide.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (189 f. + annexes))
  • Annexes : Bibliogr. :p.152-189

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  • Bibliothèque : Université Aix-Marseille (Marseille. Luminy). Service commun de la documentation. Bibliothèque de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 45098
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