Criblage virtuel : voie d’accès à des substances médicamenteuses 

Figure II. 6. Principales étapes de l’élucidation d’un pharmacophore5 . Une fois le pharmacophore généré, il peut ensuite être utilisé dans le processus de R&D pour cribler une chimiothèque à la recherche de nouveaux hits « pharmacophore searching ». Il est très important de prendre en compte la flexibilité des molécules composant cette chimiothèque, sous peine d’éliminer une molécule qui aurait pu satisfaire les critères du pharmacophore si elle avait été proposée dans la bonne conformation.

La conception de novo « de novo design » 

Cette approche consiste à définir des composés bioactifs par une construction incrémentale de ligands dans le site actif du récepteur (la cible en question), utilisant la structure du site d’interaction comme point de départ de la recherche de nouveaux composés actifs. La première étape consiste à extraire toutes les informations concernant les interactions ligand-récepteur de type liaisons hydrogène, électrostatiques et hydrophobes pour déterminer les sites d’interactions nécessaires au placement de divers blocs dans le site d’interaction ligand-récepteur. Ces blocs peuvent être soit un atome, soit un fragment de molécule. L’utilisation des atomes comme blocs permet d’avoir plus de diversité structurale et conduit à un nombre très important de solutions possibles ce qui rend l’extraction des composés les plus prometteurs très compliqué. En revanche, l’approche basée sur les fragments permet de réduire la taille de l’espace chimique à étudier, et ce de manière rationnelle lorsque les fragments sont correctement choisis. En conséquence, les approches Chapitre II. Criblage virtuel : voie d’accès à des substances médicamenteuses 66 basées sur les fragments sont les plus utilisées et les fragments obtenus sont ensuite assemblés pour créer de nouveaux composés53 (Figure 7). Figure II. 7. Représentation schématique des étapes principales d’une conception de novo

Docking moléculaire

Les interactions entre molécules sont à la base de la plupart des mécanismes biologiques. Les détails de ces interactions, au niveau moléculaire, sont donc d’un très grand intérêt et peuvent être étudiés par cristallographie aux rayons X ou résonance magnétique nucléaire (RMN). Ces techniques expérimentales coûteuses et peu accessibles, ne permettent pas de détailler la totalité de ces interactions étant donné le nombre incalculable de molécules différentes au sein d’une seule cellule. Il y a plus de 30 ans, l’utilisation des méthodes de docking moléculaire in silico dans le processus de conception de nouvelles molécules actives a débuté, afin d’étudier les modes d’interactions des ligans avec la cible biologique pour l’inhiber ou l’activer. Ce qui est considérablement plus facile à mettre en œuvre, moins cher et plus rapide que l’utilisation d’une méthode expérimentale54 . Ces méthodes de docking visent à prévoir la capacité ou non d’un ligand à se lier au site actif du récepteur et comprendre comment il interagit avec, en se basant pour cela sur la prédiction de la conformation et de l’orientation de la molécule lors de sa liaison au récepteur55. Les méthodes de docking s’attachent donc, d’une part, à identifier les molécules qui sont des ligands véritables du récepteur parmi toutes celles étudiées, mais aussi d’autre part, à déterminer les poses correctes soit les conformations adoptées par les ligands lors de la liaison au récepteur56. A cet effet, les méthodes de docking combinent l’utilisation d’un algorithme de recherche, permettant de générer des modes d’interactions putatifs du ligand dans le récepteur, ou « poses », et d’une fonction de score, employée pour classer les différentes poses selon un score prédit d’affinité.

Les approches de Docking

En réduisant le système biologique en question à la zone d’interaction ligand-protéine, la flexibilité du ligand permet de distinguer deux approches principales de docking: le docking à ligand rigide et rigide, le dockings à ligand flexible.

Le Docking avec ligand rigide «docking rigid-body »

Historiquement, les premiers outils de docking obéissaient au principe dit « clefserrure » ou « lock-and-key » selon lequel le ligand qui représente la clef, est complémentaire au niveau géométrique du site actif du récepteur, qui représente la serrure. Considérant donc le ligand et le récepteur comme deux entités rigides, la recherche de la pose optimale se limite au positionnement en énumérant toutes les rotations et les translations possibles pour le ligand à l’intérieur du site d’interaction. Ensuite toutes les poses incompatibles avec le site actif sont éliminées par une image négative du site actif. Enfin, les poses sélectionnées se voient attribuées un score et les meilleures sont optimisées56 . Cette approche de docking ,peu coûteuse en terme de temps de calcul, est utilisée de nos jour comme un premier filtre lors des criblages virtuels, permettant de ne pas retenir des molécules aberrantes (trop grandes, mauvaise complémentarité avec le site de liaison,…) 57 . 

Le Docking avec ligand flexible 

La présentation du systeme biologique comme un systeme dynamique dont la liaison du ligand à un site d’interaction se fait en réalité dans la majorité des cas par un processus de sélection de conformation qui se termine par une étape d’adaptation du ligand et du récepteur l’un à l’autre donc le ligand mais également le récepteur sont susceptibles de subir des changements conformationnels importants58 . Cette représentation simpliste du problème a donc été améliorée par l’introduction de la flexibilité sur le ligand avec l’essor des moyens de calcul, permettant l’exploration des conformations adoptées par celui-ci lors de l’arrimage dans le site actif de la protéine56. En effet cette approche représente actuellement l’approche la plus utilisée dans la plupart des logiciels de docking car elle permet une évaluation rapide de bases de milliers, voire de millions de molécules59. Néanmoins, celle-ci reste approximative mais la prise en compte de la flexibilité du récepteur, proposée Chapitre II. Criblage virtuel : voie d’accès à des substances médicamenteuses 68 actuellement par quelques logiciels de docking, entraine une augmentation importante du nombre de degrés de liberté du système et cela représente un coût trop élevé en terme de temps de calcul pour être systématiquement envisagée dans les protocoles de docking.