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Les ligands covalents ciblés réactifs à la cystéine (molécules qui exercent un effet biologique en réagissant avec un résidu de cystéine sélectionné sur une protéine spécifique) sont devenus de plus en plus populaires en tant qu’outils chimiques et thérapeutiques au cours des dernières décennies1. Ceux-ci consistent généralement en un électrophile légèrement réactif (tel qu’un acrylamide, un chloroacétamide ou un vinylsulfone) ajouté à un fragment ligand ayant une forte affinité pour une cible protéique2. Idéalement, l’interaction ligand-protéine se déroule via un mécanisme en deux étapes impliquant une liaison initiale du ligand non covalent, suivie de la formation d’une liaison covalente irréversible entre la cystéine cible et l’électrophile3.
Plusieurs ligands covalents ciblés précocement, y compris l’inhibiteur de la tyrosine kinase de Bruton, l’ibrutinib, ont été développés en fournissant un ligand réversible précédemment identifié avec une poignée électrophile4. Cependant, cette approche n’est pas toujours couronnée de succès, et d’autres tentatives ont montré que l’installation électrophile nécessitait une optimisation significative5. Au lieu de cela, les approches électrophiles, en particulier l’utilisation de fragments électrophiles, sont devenues plus populaires ces dernières années. Celles-ci impliquent généralement l’incubation d’une bibliothèque d’électrophiles avec une protéine, puis la sélection de composés ayant un taux de réaction accru envers une cystéine, qui est supposé être induit par des interactions non covalentes productives entre le ligand et la poche de liaison6. Notamment, ces méthodes ont été appliquées avec succès lors du développement de l’inhibiteur de KRAS (G12C) Sotorasib1.
Le criblage électrophile d’abord pose plusieurs défis uniques par rapport au criblage traditionnel de ligands non covalents, principalement en raison de la grande variabilité de la réactivité au sein et entre les classes d’ogives7. La plupart des électrophiles réactifs à la cystéine réagiront, au fil du temps, avec tous les résidus de cystéine exposés au solvant, indépendamment de toute interaction sélective pour la protéine cible. L’occupation des ligands augmentera donc avec le temps pour presque tous les électrophiles, et sans contrôle de la réactivité, la sélection des coups sera souvent biaisée vers des fragments plus réactifs qui engagent une cible plus rapidement8.
De plus, les méthodes de dépistage électrophiles utilisent souvent la spectrométrie de masse pour détecter la formation d’adduits protéine-ligand, qui est limitée dans le débit9. Un échantillonnage réactionnel régulier est nécessaire sur une longue période (de quelques heures à quelques jours) pour caractériser correctement la cinétique réactionnelle d’une bibliothèque de composés ayant une électrophilie variée10. Un criblage de 300 fragments échantillonnés à 10 points temporels nécessitera donc la réalisation de 3000 spectres de masse, dépassant le débit de la plupart des systèmes de spectrométrie de masse protéique. Des méthodes à haut débit de surveillance de la formation d’adduits protéine-ligand sont donc souhaitables.
L’approche décrite ici, le dosage du partage de connexion irréversible quantitatif (qIT), est une méthode de criblage électrophile qui contrôle la réactivité intrinsèque et utilise une simple lecture de fluorescence7. Les protéines, ou glutathion (un tripeptide non structuré contenant des thiols utilisé comme contrôle de la réactivité intrinsèque) sont incubées avec une bibliothèque de fragments électrophiles, et des échantillons réguliers sont prélevés pour être trempés dans une solution de CPM (7-Diethylamino-3-(4'-Maleimidylphenyl)-4-Methylcoumarin, un agent fluorogène de quantification des thiols). La formation d’adduits entre la cystéine et le fragment électrophile réduit la quantité de thiol disponible pour la réaction avec le CPM, réduisant ainsi la fluorescence résultante lors de l’extinction. La fluorescence CPM agit donc comme un proxy pour le thiol n’ayant pas réagi, ce qui permet de déterminer la cinétique de la réaction thiol avec chaque fragment électrophile. Les fragments électrophiles présentant une réactivité protéique significativement améliorée par rapport au glutathion sont sélectionnés comme résultats positifs et prioritaires pour un développement ultérieur (Figure 1).

Figure 1 : Schéma de qIT. Un aperçu schématique du test qIT. (créé à l’aide de BioRender). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
La sélection des occurrences à l’aide des valeurs REF contrôle la réactivité intrinsèque et garantit que les fragments ne sont sélectionnés comme occurrences que s’ils forment des interactions productives non covalentes avec une cible protéique. La simple lecture de fluorescence signifie également que le test qIT est hautement évolutif et ne nécessite pas de méthodes de surveillance de réaction basées sur la spectrométrie de masse.
Ici, une procédure complète pour le test qIT est décrite, avec des exemples de résultats inclus pour illustrer les performances du test et la sélection des résultats.