Enzymes de Plasmodium falciparum impliqués dans le métabolisme des purines : conception d'inhibiteurs sur la base des études structure/fonction/activité – PLASMOPUR

Plasmodium falciparum, responsable de la forme mortelle du paludisme avec 600 000 décès par an dans le monde, est la deuxième cause de mortalité après la tuberculose. Avec plus de 215 millions de personnes infectées, cette maladie demeure un problème majeur de santé publique mondial. En dépit d’intenses efforts, il n'y a à ce jour aucun vaccin approuvé, les traitements au moyen d’antipaludiques étant parfois limités ou impactées par l'émergence de résistances. Le développement de nouvelles molécules reste donc une priorité et dans cette optique les voies métaboliques essentielles à la survie du parasite présentent un fort intérêt. A ce titre, les enzymes impliqués dans la voie de biosynthèse par « récupération » des nucléotides puriques, voie vitale pour le parasite, représentent de potentielles cibles thérapeutiques. Notre objectif est d’étudier les relations structure-fonction-activité de trois enzymes de P. falciparum appartenant à cette voie : l’inosine monophosphate déshydrogénase (IMPDH), la guanosine monophosphate synthétase (GMPS) et une nucléotidase (ISN1) spécifique à l’IMP (inosine monophosphate), toutes trois impliquées dans le métabolisme des nucléotides puriques. L’IMPDH catalyse la première étape de la synthèse du GMP (guanosine monophosphate), où l’IMP est converti en XMP (xanthine monophosphate). Par la suite, la GMPS convertit le XMP en GMP dans une réaction impliquant deux sites catalytiques appartenant à deux domaines distincts. ISN1, une nouvelle nucléotidase appartenant à une famille pour laquelle aucune structure tridimensionnelle n’avait à ce jour été déterminée, est présente uniquement chez certains parasites protozoaires et chez tous les champignons. Elle joue un rôle essentiel dans la régulation des pools de nucléotides en convertissant l’IMP en inosine, précurseur de l’hypoxanthine. Ainsi, la caractérisation structurale et enzymatique de ces trois cibles protéiques dont nous proposons l’étude est un préalable à la conception de ligands pour, à terme, minimiser et/ou contourner les phénomènes de résistance. Les structures tridimensionnelles des enzymes en présence de ligands devraient permettre de mieux appréhender la reconnaissance du substrat et le mécanisme catalytique. Ces structures, conjointement aux études cinétiques, biochimiques et biophysiques nécessaires à la compréhension des mécanismes d’action, serviront de base à la conception de nouveaux inhibiteurs. Les activités biologiques seront évaluées sur les enzymes purifiées et sur la croissance des parasites en culture. Dans ce contexte, une des stratégies proposées consiste en la conception d’analogues de substrats (tels que des mimes de 5’-mononucléotides) susceptibles d’agir comme des inhibiteurs compétitifs.
L'objectif principal de ce projet est donc de contribuer à la conception de nouveaux antipaludiques par une approche rationnelle basée sur la structure, la fonction et l’activité des protéines étudiées.
Le consortium comprend trois partenaires académiques. Deux sont localisés en France (MMSB - CNRS/Université de Lyon I et l’IBMM - CNRS/Université de Montpellier/ENSCM) et possèdent une forte expertise en biochimie et en biologie structurale ainsi que dans la synthèse d'analogues de 5'-mononucléotides. Le troisième est basé en Inde (JNCASR, Bangalore), et apporte une expertise essentielle en biologie des enzymes du métabolisme des purines et en particulier en cinétique enzymatique, mais aussi en parasitologie, au travers des évaluations biologiques in vitro sur P. falciparum et in vivo sur des souris infectées par P. berghei. Ce consortium pluridisciplinaire propose donc un large domaine de compétences. Au delà d’une contribution fondamentale sur la compréhension du fonctionnement de ces enzymes, ce projet ouvrira des perspectives prometteuses et innovantes pour le traitement du paludisme, et fournira également des informations précieuses pour la lutte contre d'autres pathogènes.