Films moléculaires de la réaction des neurotoxiques organophosphorés avec leur cibles biologiques et antidotes par cristallographie sérielle synchrotron résolue en temps. – SerialX-OP

Depuis l’utilisation récente de neurotoxiques de guerre organophosphorés (NOP) en Syrie (sarin), et de nouveaux agents neurotoxiques en Angleterre et Russie (cas Skripal et Navalny), le spectre de cette menace chimique suscite de grandes inquiétudes au niveau mondial, et renouvelle l’intérêt scientifique de développer de nouveaux antidotes contre les intoxications aux NOP. Leur action mortelle repose sur l'inhibition irréversible de l'acétylcholinestérase (AChE), une enzyme essentielle du système nerveux central qui hydrolyse le neurotransmetteur acétylcholine. En cas d’empoisonnement par un NOP, sur un théâtre d'opération militaire ou lors d’une attaque terroriste, le traitement conventionnel médical d'urgence consiste en l’injection d’antidotes, constitués de principes actifs contrant les effets de l'excès d'acétylcholine, dont l'excitation neuronale destructrice dans le système nerveux central (SNC), et des molécules capables de réactiver l’AChE (réactivateurs). Ces réactivateurs à base d'oximes ont une efficacité variable suivant le NOP ayant inhibé l'AChE, et sont particulièrement inefficaces sur les phosphoramidates (tabun, novichoks). Ces réactivateurs ne traversent pas la barrière hémato-encéphalique et ne peuvent donc pas accéder à l'AChE inhibée dans le SNC pour la réactiver. De nouvelles générations de réactivateurs oximes ont donc été développées cette dernière décennie, certains montrant une efficacité in vitro sur un large spectre de NOP. D'autre part, des épurateurs biocompatibles ont également été développés. Ces bioépurateurs sont des protéines capables de rapidement se lier au NOP pour les neutraliser dans l'organisme des intoxiqués. Lors de l'inhibition de l'AChE, ou de la réaction avec un bioépurateur de type estérase, le NOP modifie covalemment la sérine catalytique de l'enzyme qui devient alors inactive. Les oximes sont capables de réaliser une attaque nucléophile du groupement organophosphoré issu du NOP pour le déplacer de la sérine catalytique lui rendant son activité. Si ce mécanisme général est connu depuis des décennies, le déroulement précis de ces réactions à l'échelle atomique reste largement hypothétique. Les simulations moléculaires pour les reproduire ne donnent que des informations parcellaires, qui n'ont pu être vérifiés expérimentalement. Des études structurales par cristallographie aux rayons X ont été réalisées mais elles ne donnent que des images statiques avant ou après réaction. Les progrès récents de la cristallographie aux rayons X permettent maintenant d'étudier les réactions résolues dans le temps (« cristallographie sérielle résolue en temps ») et donc de combler ces importantes lacunes dans les connaissances. L’augmentation de puissance du synchrotron européen (ESRF) à Grenoble donne accès à cette technique et permet de visualiser à une résolution atomique et à l'échelle de temps adéquate (ms, s) le déroulement d'une réaction entre une protéine et un ligand. Notre but est de mettre en œuvre cette nouvelle technique pour : objectif 1 : étudier le mécanisme de réaction des NOP avec de petites estérases thermophiles faciles à produire et optimisables par intelligence artificielle, pour augmenter leur capacité de captation des NOP dans le but les utiliser comme moyen de décontamination biocompatible capable de rapidement neutraliser les NOP dans l'organisme ; et objectif 2 : étudier les mécanismes d'inhibition de l'AChE par les NOP et de réactivation par les oximes afin de mieux les comprendre et acquérir les informations structurales qui permettent d'optimiser les oximes et les rendre plus efficaces sur les NOP réfractaires à la réactivation. La pluridisciplinarité des équipes impliquées dans ce partenariat (biochimie, biologie moléculaire, enzymologie, biologie structurale et modélisation moléculaire) sera le facteur déterminant pour l’aboutissement de ce projet.