hNEIL1 and hOGG1, potential therapeutic targets in cancer : search, functional and structural characterization studies on inhibitors

Abstract

L’ADN de tout organisme est continuellement endommagé par des agents physiques ou chimiques d’origines endogène ou exogène. Les dommages de l’ADN qui en résultent peuvent être à l’origine de l’apparition de mutations ou de mort cellulaire. Pour pallier à ces effets délétères, les organismes ont développé des systèmes de réparation de l’ADN. Le système de réparation par excision de base (BER) est la voie majeure de réparation des bases endommagées et est initié par des ADN glycosylases telles que hOGG1 et hNEIL1. Ces enzymes reconnaissent spécifiquement les bases lésées et les éliminent. Paradoxalement, les réparations initiées par ces protéines peuvent diminuer l’effet thérapeutique de certains traitements, notamment anti-cancéreux. En exploitant le principe de létalité synthétique, le ciblage thérapeutique de hOGG1 et hNEIL1 pourrait être pertinent pour lutter contre certains cancers, mais aussi contre des maladies neurodégénératives (Huntington) ou des processus inflammatoires pathologiques. Au travers du criblage « moyen débit » de banques de petites molécules naturelles ou synthétiques, mon travail de thèse a consisté en l’identification de nouveaux inhibiteurs sélectifs de hNEIL1 et hOGG1 et en la caractérisation de leur mode d’action par des études biochimiques et structurales. Si nous avons pu mettre en lumière des fonctions chimiques essentielles et quelques déterminants structuraux et fonctionnels relatifs à leurs modes d’action, de nombreuses zones d’ombre demeurent et mériterons d’être explorés dans le futur. En revanche, l’utilisation d’un homologue archéen de hOGG1, l’enzyme PabAGOG, a permis de proposer un modèle tridimensionnel cohérent d’un complexe hOGG1/inhibiteur pour l’un des meilleurs inhibiteurs que nous avons identifiés. Finalement, ces nouveaux composés comptent parmi les meilleurs inhibiteurs de hOGG1 et hNEIL1 identifiés à ce jour et certains d’entre eux devraient bénéficier d’une évaluation in cellulo.DNA is continuously damaged by physical or chemical agents from endogenous or exogenous sources. These damages can induce mutation or cell death. To counteract these deleterious effects, organisms have developed DNA repair systems. The Base Excision Repair System (BER) is the major pathway to repair damaged bases. It is initiated by DNA Glycosylases such as hNEIL1 and hOGG1 which specifically recognize and remove oxidized bases. However, in some situation like conventional cancer treatment, the repairs initiated by these enzymes can lead to therapeutic resistance. Therefore, based on the synthetic lethality concept, selective inhibition of hNEIL1 and hOGG1 could be relevant in some pathologic contexts like cancer, but also against neurodegenerative diseases (Huntington) or pathological inflammatory processes. This thesis work aimed to identify new selective inhibitors of hNEIL1 and hOGG1 with a "medium throughput" screening of natural or synthetic small molecule libraries, and to characterize their mode of action through biochemical and structural studies. Although we identified some essentials chemicals functions and some leads to understand the action mode of our inhibitors, many areas remains unveiled and deserve to be explored in the future. However, the use of an archaeal homologue of hOGG1, the enzyme PabAGOG, has allowed us to propose a coherent three-dimensional model of an hOGG1/inhibitor complex for one of the best inhibitors we have identified. Finally, these new inhibitors are among the best inhibitors of hOGG1 and hNEIL1 identified to date and some of them will undergo in cellulo evaluation