Les polyoxométallates comme inhibiteurs de la protéine kinase CK2 – POM-CK2

Les perturbations des protéines kinases responsables de la transmission de signaux intracellulaires peuvent amener à diverses maladies. La protéine kinase CK2 est une kinase multifonctionnelle avec une importance médicale, puisqu'elle se retrouve dérégulée dans plusieurs cancers. Pour cette raison, le développement d'inhibiteurs de CK2 est considéré comme un objectif important. Plusieurs inhibiteurs ont été décrits. Ils ont en commun le fait de cibler le site de fixation de l’ATP. Dans une étude préliminaire, nous avons identifié les polyoxométallates (POMs, des agrégats inorganiques d'ions métalliques et d'oxygène) comme nouveaux inhibiteurs de CK2. [P2Mo18O62]6- présente la plus grande activité avec une inhibition de l'ordre du nanomolaire. Il cible un domaine en dehors du site de fixation de l’ATP et du substrat peptidique. Plusieurs autres POMs montrent également une forte activité inhibitrice avec des valeurs IC50 inférieures à 10 nM. De plus, ces composés inorganiques ont démontré une spécificité surprenante pour CK2 lors d'un test sur 29 proteines kinases. Par conséquent, les POMs sont des inhibiteurs de CK2 très efficaces en terme d'activité et de sélectivité, et ils représentent des inhibiteurs non conventionnels qui interagissent avec CK2 par un mode unique. Ce nouveau mode de compléxation pourrait fournir un mécanisme pour le développement de médicaments avec des propriétés recherchées, telles qu’une sélectivité accrue par rapport aux inhibiteurs ATP-mimétiques. Au cours de ce projet, nous envisageons d'explorer ces possibilités par une étude systématique du complexe CK2-POM. Nous planifions l'identification et la caractérisation du site de complexation du POM au sein de CK2. Ceci sera entrepris par plusieurs approches complémentaires : (i) co-cristallisation ; pour cette tâche nous chercherons les conditions qui stabilisent le POMs suffisamment pour permettre la cristallisation du complexe CK2-POM. (ii) Marquage par affinité ; nous allons préparer des hybrides organiques-inorganiques polyoxométalliques qui portent des groupes réactifs permettant l'attachement covalent du POM à la protéine en proximité du site de compléxation. (iii) Mutagenèse dirigée pour produire des mutants de CK2 non sensibles aux POMs. (iv) Spectrométrie de masse ; l'utilisation de techniques sophistiquées de spectrométrie de masse permettra de caractériser le complexe CK2-POM en solution. (v) Modélisation par ordinateur ; une combinaison de méthodes DFT et de mécanique moléculaire permettra d'obtenir une connaissance plus profonde des interactions POM-protéine. Toutes ces stratégies impliquent la synthèse de POMs hybrides originaux, et les mesures de leur activité inhibitrice. Une telle approche intégrée comportant la synthèse chimique, l'étude biologique, l'analyses spectrométrique, et la modélisation par ordinateur n'a jamais été réalisée avec de tels composés inorganiques. De plus, nous envisageons d'étudier le synergisme des POMs avec les inhibiteurs organiques connus, en particulier lorsque les deux composés sont liés d'une manière covalente. Cette méthode pourrait fournir des inhibiteurs encore plus puissants et plus spécifiques. Finalement, nous envisageons de modifier les POMs chimiquement pour assurer leur pénétration dans des cellules. Nous serions ainsi en mesure de tester et d'optimiser leur activité inhibitrice de CK2 dans des tests cellulaires. L'effet de ces POMs modifiés sur des voies clefs de transmission de signaux sera exploré par des approches transcriptomiques et protéomiques. Nos progrès le long de ces axes seront utiles dans d'autres domaines où les POMs ont démontré une activité biologique intéressante, mais leur faible pénétration dans les cellules a limité les développements.