Etude de l'interaction d'inhibiteurs synthetiques avec l'elastase leucocytaire humaine et des enzymes apparentees : relations structure-activite, mecanisme d'action et approche structurale par modelisation graphique moleculaire

par Isabelle Vergely

Thèse de doctorat en Sciences médicales. Biochimie

Sous la direction de Michèle Reboud-Ravaux.

Soutenue en 1994

à Paris 7 .

mots clés

Résumé

L'elastase leucocytaire humaine des polynucleaires ou elh (role normal: la phagocytose) est impliquee dans une grande variete de processus degradatifs et degeneratifs tels que l'inflammation, l'emphyseme pulmonaire et l'arthrite rhumatoide. L'elaboration d'inhibiteurs synthetiques de faible poids moleculaire de cette enzyme est un domaine de recherche tres actif. Deux autres cibles therapeutiques sont interessantes: la cathepsine g (cg) des polynucleaires qui agirait en synergie avec l'elh, et l'elastase pancreatique humaine (eph) dont l'elastase pancreatique porcine (epp) est un modele. L'objectif du travail de these est l'etude d'inhibiteurs potentiels de l'elh et de l'epp se basant sur differents concepts et susceptibles de conduire a des molecules d'interet pharmacologique. Six series ont ete etudiees s'apparentant toutes aux antibiotiques beta-lactamiques. Les n-aryl azetidinones (beta-lactames) et les 5-methylene pyrrolidinones (gamma-lactames) sont des substrats suicides potentiels. Les 4-methylene-azetidinones et les triazolin(ethi)ones sont susceptibles de former des (thio)acyl-enzymes stables. Enfin, les sels de 4-acylamino-4h-1,2,4-triazolium et de 5-phenylacetylamino-thiazolium peuvent etre transformes en analogues d'etat de transition apres reaction avec la serine active. Les etudes biochimiques et cinetiques ont demontre que seules les n-aryl azetidinones 2(ou 4)-ch#2x-5-y-phenyl 3,3-dihaloazetidin-2-ones sont reconnues par l'elh et l'epp. Les composes avec un groupe partant halogene (x = br, cl, f) remplissent les criteres d'une inactivation de type suicide. Un groupe alkylant latent est demasque apres l'ouverture du cycle beta-lactame. Une meilleure efficacite d'inactivation est observee lorsque ch#2x est en position 2. D'autre part, la presence de deux halogenes sur le carbone c3 de l'azetidinone est necessaire pour que se manifeste l'inactivation. La nature du substituant y influe beaucoup sur le pouvoir inactivateur. La nature cyclique de l'inhibiteur semble essentielle. Lorsque x = h ou ococh#3 ou oco-o,o'-bis-cf#3-c#6h#3, les n-aryl azetidinones se comportent comme de simples substrats. Les inhibiteurs, stables en milieu aqueux, sont specifiques des elastases (pas d'inhibition de la cg et d'autres proteinases de specificite chymotrypsique ou trypsique). Des analyses conformationnelles systematiques combinees a des calculs de mecanique moleculaire ont ete conduites pour certaines n-aryl azetidinones et leurs complexes formes avec l'elh (complexe de michaelis, acyl-enzyme et enzyme inactivee). Ces etudes confirment des resultats experimentaux (biochimiques et cristallographiques) en faveur de l'alkylation de l'histidine 57 par les inhibiteurs. La methode de modelisation mise au point au cours de ce travail a l'originalite d'utiliser la structure complete de l'enzyme. Utile a la comprehension de la relation structure-activite, elle constitue aussi une aide a la conception. Les etudes d'evaluation biologique conduites parallelement dans le laboratoire ont montre que ce type d'inhibiteur, de faible toxicite aigue, protege les fibres elastiques du tissu pulmonaire et les constituants de la membrane basale glomerulaire (rein) de la degradation induite par l'elastase leucocytaire. Un effet protecteur a aussi ete observe vis-a-vis de l'hemorragie microvasculaire intradermique. Les n-aryl azetidinones constituent d'ores et deja des outils utiles pour la recherche physiopathologique dans le domaine de l'inflammation. Leur optimisation peut aboutir a de nouveaux agents therapeutiques

Titre traduit

Study of the interaction of synthetic inhibitors with human leukocyte elastase and related enzymes : structure-activity relationships, mechanism, and structural approach by molecular modelling

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