Régulation des inosine 5'-monophosphate déshydrogénases bactériennes et identification d'inhibiteurs allostériques à visée thérapeutique

Regulation of bacterial inosine-5'-monophosphate dehydrogenases and identification of allosteric inhibitors for therapeutic

• Auteur / Autrice : Thomas Alexandre
• Direction : Hélène Munier-Lehmann
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biomolécule, biologie structurale, pathologie, biothérapie
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nucléotides

Inosine

Résumé

L'inosine 5'-monophosphate déshydrogénase est une enzyme essentielle et ubiquitaire intervenant dans la voie de biosynthèse-de novo du métabolisme des purines en permettant la conversion du XMP en IMP. Elle est décrite sous forme tétramérique et chaque monomère est constitué d'un domaine central contenant le site actif et d'un domaine Bateman. Les IMPDHs humaines ont été largement documentées et sont la cible de médicaments utilisées en clinique. Par contre, les IMPDHs bactériennes ont été peu étudiées et font l'objet de cette thèse. Deux classes d'IMPDHs bactériennes ont été définies dans ces travaux. Les IMPDHs de la classe 1 présentent une coopérativité vis-à-vis de l'IMP avec une activation par le MgATP et sont sous forme octamérique, ces deux propriétés n'ayant encore jamais été décrites. Les IMPDHs de la classe 2 ont une cinétique michaelienne comme ce qui a été rapporté dans la littérature sur les IMPDHs eucaryotes, mais leur état d'oligomérisation est régulé par le MgATP en passant d'un état tétramérique à un état octamérique. De plus, différentes approches ont permis de montrer que le domaine Bateman joue un rôle clé dans la régulation de l'activité catalytique et du degré d'oligomérisation. En se basant sur ces nouvelles propriétés biochimiques et structurales spécifiques des IMPDHs bactériennes, une famille d'inhibiteurs allostériques compétitifs du MgATP a été découverte, inhibant l'activité catalytique des IMPDHs de la classe 1. Certains composés ont aussi un impact sur la croissance bactérienne. Ces résultats préliminaires suggèrent que l'IMPDHs serait une cible intéressante pour le développement de nouveaux antibiotiques avec un nouveau mode d'action.

Inosine-5'-monophosphate dehydrogenase is an essential and ubiquitous enzyme involved in the de novo purine biosynthesis metabolism and catalyses the conversion of IMP to XMP. It is described as tetrameric, each monomer being organised into two 'domains: the core domain containing the catalytic site, and the Bateman domain. Human IMPDHs are well documented and are the target of various drugs. In contrast, bacterial IMPDHs were less studied and are the subject of this thesis. Our findings led to the classification of bacterial IMPDHs. Class 1 IMPDHs are cooperative enzymes for IMP, which are activated by MgATP, and are octameric. These two properties had never been described before. Class 2 IMPDHs behave as Michaelis¬Menten enzymes for both substrates, like eucaryotic IMPDHs, but their oligomeric state is regulated by MgATP, shifting from a tetrameric state to the octameric state. Furthermore, different approaches demonstrated that the Bateman domain plays a key rote in the regulation of the catalytic activity and the quaternary structure. Based on those bacterial IMPDHs novel biochemical and structural properties, a new allosteric inhibitors family competitive for MgATP was discovered, inhibiting class 1 IMPDHs catalytic activity. Several compounds have an impact on bacterial growth. These preliminary resuits suggest that IMPDH would be an interesting target for the development of new antibiotics with an original mode of action.