Virtual Screening of the p62/SQSTM1–KEAP1 Interaction Interface in KRAS-Mutant Colorectal Cancer: Pan-Kelch Binding and a p62-Selective Aminobenzothiazole Scaffold

À l'intérieur des cellules de notre corps, un équilibre délicat détermine si une cellule survit à une attaque toxique ou si elle y succombe. L'un des acteurs clés de ce drame est une protéine appelée NRF2, qui agit comme un interrupteur maître pour les systèmes de défense de la cellule. Dans des conditions normales, une autre protéine nommée KEAP1 maintient NRF2 sous contrôle, la marquant pour destruction afin que la cellule ne surréagisse pas. Cependant, dans certaines formes agressives de cancer colorectal, une protéine différente appelée p62 détourne ce système. Elle s'agrippe à KEAP1 et l'en tire, libérant NRF2 pour qu'elle fonctionne sans entrave. Ce mécanisme de défense débridé aide les cellules cancéreuses à résister à un type spécifique de mort cellulaire appelé ferroptose, un processus qui détruit les cellules en les laissant rouiller de l'intérieur. Lorsque les cellules cancéreuses deviennent résistantes à la ferroptose, elles deviennent beaucoup plus difficiles à tuer avec les traitements existants.

Les scientifiques soupçonnent depuis longtemps que s'ils pouvaient trouver une petite molécule — un produit chimique de type médicament — qui empêche p62 de s'agripper à KEAP1, ils pourraient être en mesure de restaurer la capacité naturelle de la cellule à mourir lorsqu'elle est attaquée. Le défi réside dans l'architecture des protéines impliquées. À la fois p62 et NRF2 se lient à la même zone générale sur KEAP1, une surface plate en forme de roue. C'est comme essayer de trouver une clé qui s'insère dans une serrure spécifique sur une porte, pour découvrir ensuite que la serrure est si similaire à celle d'à côté que toute clé ouvrant l'une ouvrira probablement l'autre. Si un médicament bloque le mauvais endroit, il pourrait perturber les défenses normales de la cellule plutôt que de les aider. La question à laquelle les chercheurs étaient confrontés était de savoir s'il est possible de concevoir une molécule qui cible uniquement le site de liaison de p62 sans perturber le site de NRF2, ou si les deux sites sont simplement trop similaires pour être distingués.

Un chercheur travaillant de manière indépendante s'est lancé dans la résolution de cette question en effectuant une simulation numérique massive. Au lieu de tester des produits chimiques dans un laboratoire, il a utilisé un ordinateur pour modéliser comment trente-huit composés différents interagiraient avec la protéine KEAP1. L'équipe s'est concentrée sur la région spécifique où p62 s'attache, connue sous le nom de site KIR, et a comparé la manière dont chaque composé s'ajustait là par rapport à la manière dont il s'ajustait au site NRF2 voisin. Ils ont examiné une collection diversifiée de molécules, allant de petits fragments conçus pour sonder la surface à des structures plus complexes inspirées de médicaments connus. Le but était de voir si un seul composé pouvait adhérer étroitement au point p62 tout en ignorant le point NRF2, agissant ainsi comme un bloqueur sélectif.

Les résultats de ce criblage numérique ont révélé une réalité surprenante, mais avec une mise en garde majeure. Pour la grande majorité des composés testés, l'ordinateur ne pouvait pas distinguer les deux sites. Lorsqu'une molécule s'ajustait bien dans la poche de p62, elle s'ajustait presque toujours tout aussi bien dans la poche de NRF2. Sur les trente-huit composés, trente-quatre présentaient des forces de liaison presque identiques pour les deux emplacements. Cependant, les chercheurs ont explicitement averti que ce résultat pourrait être un artefact de la méthode de simulation elle-même. Les modèles informatiques utilisaient deux « boîtes de recherche » de tailles différentes qui se chevauchaient considérablement, ce qui peut forcer le logiciel à rapporter des scores similaires pour les deux sites, indépendamment du fait qu'un médicament préfère réellement l'un ou l'autre. En raison de ce défaut méthodologique, la conclusion selon laquelle un inhibiteur « pan-Kelch » (un médicament qui bloque les deux sites) est la meilleure stratégie est actuellement provisoire et non prouvée. Les chercheurs ont clairement déclaré que cette lecture est l'interprétation la plus probable basée sur les données, mais qu'elle doit être confirmée en relançant la simulation avec des boîtes de recherche parfaitement assorties avant de pouvoir être traitée comme un fait.

Cependant, l'étude a identifié un candidat exceptionnel qui brise le schéma. Un composé nommé Arg_Anchor_004, qui présente une structure chimique spécifique appelée aminobenzothiazole, a montré une préférence modeste pour le site p62 par rapport au site NRF2. Il s'est lié plus étroitement à la cible que les chercheurs voulaient bloquer. Cette molécule a passé les contrôles standards de sécurité et de qualité des médicaments, ce qui en fait un point de départ prometteur pour un développement futur. Les chercheurs ont noté que la légère différence de force de liaison était faible et nécessitait des tests supplémentaires pour être confirmée, mais la raison structurelle de cette préférence était claire : la molécule formait une connexion spécifique avec une partie de la protéine qui n'existe que dans la zone de liaison de p62. Cette découverte offre une piste concrète pour les chimistes qui pourraient tenter de construire de meilleures versions de cette molécule à l'avenir.

L'étude a également mis en évidence un autre composé, JKE-1674, qui semble interagir avec plusieurs cibles impliquées dans la mort cellulaire, y compris la protéine KEAP1 et d'autres enzymes qui gèrent le stress cellulaire. Bien que les simulations informatiques aient suggéré que cette molécule pourrait toucher plusieurs points différents, les chercheurs ont pris soin de présenter cela comme une hypothèse plutôt que comme un fait prouvé. Ils ont souligné que ces étaient des prédictions numériques qui devraient être vérifiées dans un laboratoire humide. Ce travail sert de carte du paysage chimique, montrant que bien que la recherche d'un médicament parfaitement sélectif pour cette interaction protéique spécifique soit difficile, il existe des voies viables. La conclusion la plus immédiate est que les deux sites de liaison semblent presque indiscernables dans cette simulation spécifique, mais cette conclusion dépend fortement de la configuration imparfaite du modèle informatique. Tant que la simulation n'est pas corrigée, l'idée d'un médicament bloquant les deux sites reste une hypothèse, tandis que le composé unique présentant une légère préférence offre une nouvelle direction pour ceux qui recherchent une solution plus ciblée.