Exploration et exploitation des sites secondaires de la protéine kinase CK2 – XPLOR_CK2

La protéine kinase CK2, un membre acidophile, pléiotrope et hautement conservée de la superfamille des protéines kinases eucaryotes, existe principalement sous forme d'holoenzyme hétérotétramérique consistant en un dimère central de sous-unités régulatrices (CK2ß) avec deux chaînes catalytiques attachées. Chez l'homme, deux isoformes paralogues de la sous-unité catalytique CK2 - désignées comme CK2a et CK2a' - sont présentes.
La CK2 est régulée positivement dans de nombreux types de cancer et constitue donc une cible pharmaceutique attrayante. La région cible typique pour l'inhibition de CK2 et d'autres protéines kinases est la cavité ATP, souvent appelée site « primaire ». En raison de la conservation du site ATP, les inhibiteurs compétitifs de l'ATP sont limités dans leur sélectivité. Une stratégie pour surmonter ce problème est l'utilisation d'un site de liaison « secondaire » qui peut être traité seul ou en combinaison avec le site ATP par un inhibiteur dit bivalent. Les sites secondaires typiques sont la région de liaison au substrat et les sites allostériques situés à distance du centre actif. Les sites allostériques peuvent être préformés ou « cryptiques », c'est-à-dire non ouverts sous la forme apo et ne devenant accessibles qu'en présence d'un ligand approprié.
Un site secondaire attrayant de CK2a et CK2a' est la poche aD, un site cryptique accessible uniquement après des adaptations conformationnelles de la région de l'hélice aD. Dans le projet XPLOR_CK2, la poche aD sera exploitée pour construire des inhibiteurs bivalents de CK2 hautement puissants, sélectifs et perméables aux cellules avec des groupes d'ancrage compétitifs avec l'ATP à base d'indénoindole. Si possible, la sélectivité doit être renforcée jusqu'à un niveau permettant la distinction des deux isoformes CK2a et CK2a'. Des inhibiteurs bivalents sélectionnés à partir de ces activités seront utilisés pour déterminer les structures cristallines à haute résolution des deux holoenzymes CK2 basées sur CK2a ou CK2a'.
D'autres sites secondaires au cœur du projet XPLOR_CK2 sont la région de reconnaissance du substrat, le site de l'héparine et le site du segment N-terminal. Un peptide substrat récemment décrit sera utilisé pour résoudre la première structure CK2a/CK2a’ avec un substrat peptidique visible attaché à la région de liaison au substrat. Le site de l'héparine a été découvert dans CK2a ; maintenant, il sera également détecté dans CK2a' et exploité pour construire des inhibiteurs bivalents à base d'indénoindole, qui s'attaquent à des parties du site de l'héparine. Le site du segment N-terminal est nouveau et cryptique : il a été trouvé de manière inattendue dans des cristaux de CK2a’ après trempage avec un inhibiteur bi-substrat putatif. Dans XPLOR_CK2, son existence doit être confirmée avec CK2a et dans un état non cristallin ; en cas de validation, son chevauchement avec la région de reconnaissance du substrat sera exploité pour générer un inhibiteur sélectif de la CK2 compétitif avec le substrat.