Dans une étude récente publiée dans Communications naturellesles chercheurs ont décrit la détection d’un antagoniste de l’interleukine-1β humaine (hIL-1β) de faible poids moléculaire (LMW) qui perturbe les interactions avec le récepteur de l’interleukine-1, récepteur de type I (IL-1R1).
Sommaire
Arrière-plan
Les antagonistes oraux de la cytokine pro-inflammatoire IL-1 ne sont actuellement pas disponibles. Malgré leurs avantages thérapeutiques, les antagonistes de la LMW ne sont pas disponibles pour traiter un plus large éventail de maladies.
Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour développer des antagonistes de type LMW avec des efficacités comparables à celles des anticorps ciblant l’interleukine-1β humaine afin de réduire le fardeau des maladies inflammatoires et d’améliorer la norme de soins.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont rapporté le développement d’un composé antagoniste de l’interleukine-1β humaine LMW qui a inhibé la liaison de la cytokine à son récepteur, le récepteur de l’interleukine 1 de type I, dans des expériences cellulaires et biochimiques avec une concentration inhibitrice demi-maximale (IC50) valeurs dans des plages μM à un chiffre.
Les chercheurs ont effectué un criblage basé sur des fragments pour identifier les composés susceptibles de se lier à l’interleukine-1β humaine. La bibliothèque d’environnement fluoré local (LEF4000) de 3 452 composés contenant des fragments CF, CF2 ou CF3 a été criblée à l’aide d’études de relaxation transversale par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) conventionnelle du 19F. Les succès ont été désignés en fonction de l’ampleur de l’augmentation de la relaxation de la présence de protéines.
Le liant hIL-1 1 a été découvert par un criblage de fragments. La résonance magnétique nucléaire (RMN) a ensuite été utilisée pour cartographier l’emplacement de liaison de 1. Les variations de déplacement chimique des résonances amide 1H et 15N ont été cartographiées sur des séquences protéiques pour identifier le site de liaison du ligand. Le composé 1 a été optimisé pour obtenir la forme optimisée de l’énantiomère antagoniste de l’interleukine-1β humaine (S)-2.
Des études de résonance magnétique nucléaire 1H-13C-HMQC ont été menées pour évaluer les affinités de liaison des dérivés du composé 1. Un test de déplacement basé sur un rapporteur 19F a été conçu pour améliorer le débit, minimiser l’apport en protéines et fournir une lecture précise. Une étude de la relation structure-activité (SAR) a été réalisée.
Une expérience de déplacement de récepteur basée sur FRET a été réalisée une fois que les médicaments ont atteint une affinité de liaison M à deux chiffres. Les chercheurs ont complété les résultats obtenus en évaluant les affinités de liaison de produits chimiques choisis par résonance plasmonique de surface (SPR). La liaison du composé à l’interleukine-1β humaine et la liaison de l’IL-1 à l’IL-1R1 ont été étudiées.
Utilisant une expérience de libération d’IL-6 dans des fibroblastes dermiques primaires humains, les chercheurs ont évalué si l’occupation du site de liaison mentionné ci-dessus pouvait influencer l’activité cellulaire induite par hIL-1β. Les chercheurs ont également utilisé un test de gène rapporteur dans des cellules de rein embryonnaire humain (HEK) 293 pour détecter la signalisation de l’IL-1.
Pour valider l’existence de cet équilibre et caractériser davantage les résidus participant au mécanisme d’échange conformationnel associé, les chercheurs ont utilisé des mesures RMN de transfert de saturation par échange chimique (CEST).
Résultats
Dans des études biochimiques et biophysiques cellulaires, il a été démontré que l’énantiomère (S)-2, un hit 1 de dépistage basé sur des fragments de faible affinité, se liait à hIL-1β et l’inhibait avec une activité micromolaire à un chiffre. Le produit chimique s’est avéré attaché à une poche cryptique jusqu’alors inconnue sur hIL-1β, impliquant des résidus à l’interface avec le troisième domaine Ig du complexe. Cette découverte souligne le potentiel thérapeutique du ciblage de hIL-1β avec des molécules de faible poids moléculaire.
Le site de liaison du composé 1 est situé près du brin 5, dont les résidus hydrophobes ont été modifiés de la même manière par l’interaction du ligand dans les spectres HMQC 13C et 1H. Le composé 1 a été vérifié en tant que liant par RMN 2D et une analyse supplémentaire comprenait la séparation des énantiomères du composé 1, donnant les énantiomères I-1 et (S)-1, seul l’énantiomère (S)-1 se liant à la protéine.
L’énantiomère (S) -2 s’est lié à l’interleukine-1β humaine et a bloqué les interactions avec son récepteur apparenté, l’interleukine 1, récepteur de type I avec une efficacité comparable dans l’expérience basée sur FRET. La modification chimique du fragment principal a amélioré les interactions ligand-protéine sous la forme liée, elle n’a pas affecté le processus indépendant du ligand précédant la liaison du médicament.
Les altérations structurelles induites par l’antagoniste dans hIL-1β ont empêché le contact avec le récepteur hétérodimère à la surface des cellules natives. La liaison de la (S)-2 à l’interleukine-1β humaine n’a pas modifié la conformation structurelle des résidus d’IL-1β humaine au site A, mais lorsqu’elle est liée à des ligands, la boucle 4-5 a adopté une conformation incompatible avec la forme liée au récepteur de la cytokine en B. site. C’est le fondement structurel de (S)-2 et de l’action antagoniste de son analogue.
La liaison de l’énantiomère (S)-2 à l’interleukine-1β humaine a été affectée par un équilibre conformationnel. Il a été démontré que Val47, un résidu clé dans la poche cryptique, était positionné au centre dans hIL-1β non ligandé et se déplaçait de 4,3 Å lorsqu’il était déplacé par (S)-2. La mutation cryptique de poche a modifié l’équilibre de l’interleukine-1β humaine vers sa forme mineure, aboutissant à la forme hIL-1β capable de se lier au ligand.
Le processus de liaison est désormais régulé par une cinétique d’échange relativement rapide, les résonances protéiques se déplaçant en fonction de la concentration du ligand. Ce mécanisme d’échange conformationnel impliquant Val47 s’est produit en même temps que la liaison du médicament, établissant une connexion mécaniste entre la poche cryptique et l’état mineur de l’interleukine-1β humaine.
L’engagement de la cytokine sur deux sites de liaison clés (sites A et B) était nécessaire pour la liaison de l’interleukine-1β humaine à l’IL-1R1. Le ciblage par les antagonistes de la poche cryptique permet la spécificité des cytokines.
Conclusions
Dans l’ensemble, les résultats de l’étude ont mis en évidence l’identification du fragment 1 et son développement en molécule antagoniste optimisée de l’interleukine-1β humaine (S)-2, démontrant le potentiel des sites de liaison cryptiques dans la découverte de médicaments.
Ce résultat s’ajoute au nombre croissant de cas dans lesquels des poches cryptiques jouent un rôle dans les interactions entre des ligands de petites molécules et des cibles thérapeutiques, soulignant l’importance des sites de liaison cryptiques dans le développement actuel de médicaments.
