Les microtubules sont des polymères cylindriques de tubuline-αβ, membres du cytosquelette eucaryote. Ils possèdent une dynamique intrinsèque nécessaire à de nombreuses fonctions cellulaires telle que la mitose. L’hydrolyse du nucléotide GTP dans les polymères de tubuline-αβ ainsi que les interactions entre la tubuline et les protéines partenaires ou les molécules à visées pharmacologiques, jouent un rôle critique sur la dynamique des microtubules. Durant cette thèse, des approches de modélisation moléculaire ont été utilisées pour mieux appréhender les interactions tubuline-ligand à l’échelle atomique et contribuer au développement de nouvelles molécules actives. Des simulations de dynamiques moléculaires ont été réalisées pour étudier l’effet de différents nucléotides dans la tubuline-β sur la structure et la dynamique du protofilament de tubuline. Nous proposons un rôle du résidu αE254 dans la coordination du magnésium catalytique. Nous observons également des changements conformationnels aux interfaces latérales et un réarrangement de structure aux interfaces longitudinales qui peuvent affecter la stabilisation du microtubule. Des travaux menés au laboratoire ont montré que la colchicine et le carbendazime se fixent dans des poches voisines dans la sous-unité tubuline-β et inhibent la prolifération cellulaire. Nous avons proposé un site de fixation du carbendazime dans les complexes tubuline-colchicine à l’aide de l’amarrage moléculaire et de simulations de dynamiques moléculaires. Ces expériences ont mené au design de molécules hybrides composées des noyaux colchicine et carbendazime reliés par un linker. Une de ces molécules hybrides a été synthétisée et testée avec succès sur des lignées de cellules HeLa. Enfin, nous avons construit des peptides cycliques dérivées d’I19L, un peptide anti-microtubule identifié au laboratoire. Des simulations de dynamique moléculaire et des calculs d’énergie libre de liaisons ont permis d’évaluer ces peptides. Enfin, des mutations ont été proposées afin d’optimiser l’interaction entre le meilleur peptide et la tubuline. / Microtubules are cylindrical polymers of αβ-tubulin heterodimers, members of the eukaryotic cytoskeleton. They possess an intrinsic dynamics which is necessary to any cellular functions such as the mitosis. It has long been recognized that GTP hydrolysis in αβ-tubulin polymers plays a critical role in this dynamics as well as the interactions between tubulin and the protein partners or the drugs. In this thesis, molecular modeling approaches are applied to three theoretical studies to gain insight at the atomic scale about tubulin-ligand interactions and to contribute to the development of new active compounds. Molecular dynamics simulations were used to study the effect of the different nucleotide states at β-tubulin on the protofilament structure and dynamics. We propose a role for residue αE254 in catalytic magnesium coordination. We also observe conformational changes and structure rearrangement at lateral and longitudinal interfaces that can affect the microtubule stabilization. Previous work carried out in the laboratory showed that colchicine and carbendazime bind neighboring pockets in the β-tubulin subunit and inhibit cell proliferation. We proposed a binding site of carbendazime on the tubulin-colchicine complex, using docking and molecular dynamics simulation, which lead to the design of hybrid molecules composed of both colchicines and carbendazime moieties attached with a linker. One of these hybrid molecules has been synthesized and successfully tested on HeLa cells. Finally, we designed four cyclic peptides based on I19L, an anti-microtubule peptide identified at the laboratory. Molecular dynamic simulations and binding free energy calculations were used to evaluate these peptides. Mutations were then proposed on the best peptide to increase its interactions with tubulin.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2011EVRY0026 |
| Date | 11 January 2012 |
| Creators | André, Joseph |
| Contributors | Evry-Val d'Essonne, Manivet, Philippe |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text, Image, StillImage |
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