Fiche de révision : Screening et optimisation du médicament

📋 Plan du Cours

1. Méthodes générales de screening
2. Screening haut débit HTS
3. Criblage de fragments FBDD
4. Screening virtuel et docking
5. Du hit au lead
6. Affinité et stéréochimie
7. RSA et modèles QSAR
8. Pharmacophore et QSAR 3D
9. Lipophilie et propriétés physicochimiques
10. Ionisation et solubilité
11. Perméabilité et biodisponibilité
12. Règles de biodisponibilité orale

📖 1. Méthodes générales de screening

🔑 Notions clés & Définitions

• Criblage : Tester ou analyser presque simultanément une collection spécifique de petites molécules appelée bibliothèque.

📝 Points essentiels

• Les trois principales catégories de screening sont:
  • le criblage haut débit
  • le criblage par la méthode des fragments
  • le criblage virtuel ou in silico

📖 2. Screening haut débit HTS

🔑 Notions clés & Définitions

• Screening haut débit : Repose sur des tests miniaturisés effectués de manière robotisée sur des microplaques.

📝 Points essentiels

• Dans le test d’intensité de fluorescence, le clivage enzymatique d’un substrat non fluorescent produit un composé fluorescent, de sorte qu’une enzyme active donne une fluorescence élevée tandis qu’une enzyme inhibée donne une fluorescence faible ou nulle.

📌 Le screening haut débit permet de cribler rapidement un grand nombre de composés et de détecter des composés très actifs entre 1 μM et 1 nM, mais il peut produire un taux élevé de faux positifs.

💡 Astuce mémo

Enzyme active → fluorescence élevée ; enzyme inhibée → fluorescence faible

📖 3. Criblage de fragments FBDD

🔑 Notions clés & Définitions

• Molécule fragment : Molécule organique de poids moléculaire inférieur à 300 g/mol qui peut se lier spécifiquement à une protéine cible malgré une activité modeste de l’ordre du μM.

★ À maîtriser

• En FBDD, les fragments identifiés comme hits sont optimisés pour augmenter leur affinité, puis peuvent être combinés ou développés afin d’obtenir une adaptation optimale à la cible.

Compléments

📌 Le FBDD réduit les faux positifs en identifiant les composés qui se lient directement à une cible protéique, mais il exige une importante optimisation synthétique du linker.

💡 Astuce mémo

Fragments → hits faibles → optimisation → combinaison

📖 4. Screening virtuel et docking

🔑 Notions clés & Définitions

• Screening virtuel : Analyse informatique permettant de prédire l’activité de composés au sein de bibliothèques virtuelles.

📝 Points essentiels

📌 Le screening virtuel peut être basé sur la structure lorsque la structure tridimensionnelle de la protéine cible est connue, ou basé sur le ligand lorsque seuls des ligands connus sont disponibles.

• Le docking ajuste des composés dans le site de liaison protéique, minimise leur conformation, les amarre au site actif, puis les note selon leur forme, leur taille et leurs interactions clés.

💡 Astuce mémo

Structure connue → docking ; structure inconnue → ligands connus

📖 5. Du hit au lead

🔑 Notions clés & Définitions

• Lead : Composé caractérisé par une concentration inhibitrice 50 inférieure à 1 mM, une certaine sélectivité, des relations structure-activité définies et des propriétés physiques et pharmaceutiques appropriées.

📝 Points essentiels

• La découverte médicamenteuse suit généralement une optimisation itérative allant du hit au lead puis au candidat clinique, avec conception, synthèse et tests successifs.

💡 Astuce mémo

Hit → hit-to-lead → lead → candidat clinique

📖 6. Affinité et stéréochimie

★ À maîtriser

📐 Formule — La constante de dissociation du complexe médicament-protéine vérifie $K_d = \frac{[M][P]}{[MP]}$, et plus Kd est petit, plus l’affinité médicament-protéine est importante.

📌 La stéréochimie peut modifier l’activité d’un médicament : les deux énantiomères peuvent avoir la même activité, des activités différentes, une activité et une inactivité opposées ou une activité et une toxicité opposées.

Compléments

• L’énantiomère S de l’escitalopram est 167 fois plus actif que l’énantiomère R.

• À partir de 1961, la thalidomide a été retirée du marché mondial après la découverte de graves malformations congénitales de type phocomélie chez des enfants exposés pendant la grossesse.

💡 Astuce mémo

Kd faible → affinité forte ; énantiomère actif ≠ énantiomère inactif

📖 7. RSA et modèles QSAR

🔑 Notions clés & Définitions

• Relation structure-activité : Décrit comment une modification de la structure d’une molécule entraîne une variation de son activité biologique.
• QSAR : Modèle rationnel qui relie quantitativement les propriétés physicochimiques d’une série de molécules à leur activité biologique afin de guider la conception de nouveaux composés.

📝 Points essentiels

• En QSAR, l’activité biologique est généralement exprimée par log(1/C), où C est la concentration minimale nécessaire pour induire une réponse biologique définie.

💡 Astuce mémo

QSAR : Quantitative Structure–Activity Relationship

📖 8. Pharmacophore et QSAR 3D

🔑 Notions clés & Définitions

• Pharmacophore : Ensemble tridimensionnel des caractéristiques stériques et électroniques d’une molécule qui détermine son activité biologique.

★ À maîtriser

• Les éléments classiques d’un pharmacophore comprennent: les donneurs ou accepteurs de liaisons hydrogène, les régions hydrophobes, les régions aromatiques, les groupes ionisables

Compléments

• La modélisation d’un pharmacophore minimise et superpose des conformères de faible énergie de ligands actifs et inactifs afin d’identifier des points communs d’interaction et des contraintes de distance.

💡 Astuce mémo

Un squelette tridimensionnel porte les points de liaison essentiels

📖 9. Lipophilie et propriétés physicochimiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Lipophilie : Affinité d’une molécule pour les lipides ou un milieu apolaire.

★ À maîtriser

📐 Formule — Le coefficient de partage vérifie $P = \frac{[substance\ active\ dans\ l’octanol]}{[substance\ active\ dans\ l’eau]}$ ; un log(P) positif indique une substance plus soluble dans l’octanol et un log(P) négatif une substance plus soluble dans l’eau.

Compléments

• La relation entre lipophilie et activité biologique est parabolique : une lipophilie trop faible ou trop élevée réduit la biodisponibilité, tandis qu’un log(P) optimal favorise l’activité.

💡 Astuce mémo

Trop hydrophile : traverse mal ; trop lipophile : se séquestre et se solubilise mal

📖 10. Ionisation et solubilité

🔑 Notions clés & Définitions

• Solubilité : Quantité de composé qui se dissout dans une solution aqueuse et constitue un paramètre fondamental de la pharmacocinétique et de la formulation.

📝 Points essentiels

📌 La forme ionisée d’un médicament est hydrosoluble et hydrophile, tandis que sa forme non ionisée est hydrophobe et non hydrosoluble.

📌 Une substance acide est non ionisée à pH acide et ionisée à pH basique, tandis qu’une substance basique est non ionisée à pH basique et ionisée à pH acide.

💡 Astuce mémo

Acide : ionisé à pH basique ; base : ionisée à pH acide

📖 11. Perméabilité et biodisponibilité

🔑 Notions clés & Définitions

• Perméabilité : Aptitude d’un composé à atteindre le flux sanguin ou un organe cible.
• Biodisponibilité orale : Fraction du médicament administré par voie orale qui atteint la circulation générale.

📝 Points essentiels

• Pour être biodisponible par voie orale, un médicament doit survivre à l’environnement acide du tractus gastro-intestinal, pénétrer les membranes et ne pas subir trop rapidement le métabolisme hépatique.

💡 Astuce mémo

Absorption → distribution → métabolisme → élimination

📖 12. Règles de biodisponibilité orale

★ À maîtriser

• En 1997, Christopher Lipinski a proposé un ensemble de règles permettant de prédire la biodisponibilité orale.

• Les critères mentionnés dans les règles de Lipinski concernent:

  • le poids moléculaire
  • le nombre de donneurs de liaisons hydrogène
  • le nombre d’accepteurs de liaisons hydrogène
  • le logP

Compléments

📌 La règle des 3 est une version modifiée des règles de biodisponibilité qui s’applique aux composés de faible poids moléculaire identifiés par fragmentation, tandis que les règles de Veber intègrent la flexibilité moléculaire et la surface polaire.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des méthodes de screening