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Tichauer, Ruth Helena. In silico screening of NRas protein oncogenic mutations: new structural and physico-chemical insights into the catalytic activity

Tichauer, Ruth Helena (2019). In silico screening of NRas protein oncogenic mutations: new structural and physico-chemical insights into the catalytic activity.

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Résumé en francais

Les protéines Ras jouent un rôle majeur dans le développement cellulaire. Faisant partie de la catégorie de petites GTPases, elles sont dotées d'un mécanisme fonctionnant tel un interrupteur moléculaire qui, dans leur cas, contrôle la transmission de signaux de croissance cellulaire. Liées au GTP, ces protéines adoptent une conformation leur permettant d'interagir avec des effecteurs en aval et, ainsi, activer la réplication et différenciation cellulaires. La réaction d'hydrolyse du GTP qui se déroule en leur centre, est accompagnée d'un changement conformationnel qui met fin à ces interactions, conduisant ainsi à l'état inactif de Ras, lié au GDP. Des mutations spécifiques de résidus bien déterminés entraînent une baisse du taux d'hydrolyse, laissant ainsi Ras liée au GTP. Or, de fortes concentrations de cette forme active de Ras ont été associées à une prolifération cellulaire anormale, caractéristique de la dissémination de tissus cancéreux. Il apparaît alors que l'élucidation des mécanismes employés par Ras pour accélérer le clivage du GTP constitue une étape majeure dans le développement de thérapies ciblées contre le cancer. Elles consisteraient à rétablir, au sein des mutants oncogéniques, un taux d'hydrolyse proche à celui mesuré au sein du type sauvage. Dans le but de mieux comprendre au niveau atomique les propriétés catalytiques de Ras, nous avons mené des simulations de dynamique moléculaire (MD) en décrivant le domaine G à différents niveaux de théorie (Mécanique Moléculaire (MM), Semi-empirique et Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT)). Ces calculs ont été réalisés pour les formes sauvage et mutées au niveau du résidu 61 de NRas. Ils ont été couplées à des caractérisations biomécaniques des complexes protéine-ligand étudiés, en utilisant la méthode des modes statiques. Cette méthode permet d'identifier des points chauds, réactifs, de la biomolécule et qui, suivant le critère de contrainte choisi, ont une influence mécanique sur la fonction GTPase de la protéine. Par conséquent, ils pourraient servir en temps que sites appropriés pour héberger des molécules médicamenteuses contenant des groupes chimiques spécifiques qui faciliteraient l'hydrolyse du GTP. Tout d'abord, les résultats obtenus montrent que le positionnement des molécules d'eau dans le cite actif est crucial pour catalyser efficacement la réaction. En effet, la répartition précise du solvant, observée dans le type sauvage, est perdue au sein des mutants de NRas considérés ici. Cette distribution différente des molécules d'eau ainsi que les modifications structurales du site actif engendrées par les substitutions du résidu Gln 61, ont un impact direct sur la densité électronique du GTP. Cette dernière présente un profil de type GDP au sein de la protéine de type sauvage uniquement, comme déterminé expérimentalement dans des études précédentes. Il apparaît donc que les mutations oncogéniques de Gln 61 perturbent cet effet catalytique majeur de NRas. Parmi trois propositions faites au cours de cette thèse sur des modifications à apporter à la forme mutée Q61R de NRas, une est présentée pendant la soutenance tandis que toutes les trois sont décrites dans le manuscript. Les groupes chimiques insérés au niveau du site identifié permettent de rétablir une distribution de l'eau comme celle observée dans le type sauvage. Pour terminer, lors de la soutenance uniquement, un chemin réactionnel alternatif de l'hydrolyse enzymatique du GTP est proposé.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Brut, Marie
Ecole doctorale:Sciences de la matière (SdM)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (LAAS) - CNRS
Mots-clés libres :Ras - GTP - QM/MM - Dynamique moléculaire - Catalyse - Oncoprotéines
Sujets :Physique
Déposé le :14 Nov 2019 10:28