Dr. Thomas J. Magliery, Université d'État de l'Ohio

Thomas J. Magliery est né à Oak Park, dans l'Illinois, en 1974 et a grandi dans les environs de Chicago et d'Indianapolis. Il a mené des recherches en génétique médicale avec M. Ed Hodes au centre médical de l'université d'Indiana à Indianapolis, ce qui l'a conduit à un projet demi-finaliste dans le cadre du Westinghouse Science Search en 1992. M. Magliery s'est spécialisé en chimie au Kenyon College de Gambier, dans l'Ohio, et a reçu son Ph.D. (2001) en chimie à l'université de Californie, à Berkeley, sous la direction de Peter G. Schultz. En tant que boursier pré-doctoral de la NSF, il a travaillé sur plusieurs aspects clés de l'ingénierie des bactéries vivantes pour l'insertion spécifique de sites d'acides aminés non naturels. Rejoignant Lynne ReganinMolecular Biophysics & Biochemistry à l'Université de Yale en 2001, Magliery a introduit un crible cellulaire pour la protéine à quatre hélices Rop et a démontré son utilisation dans le tri des bibliothèques de variantes de protéines avec des noyaux hydrophobes aléatoires. M. Magliery a rejoint la faculté de l'Ohio State University à l'automne 2005 en tant que professeur adjoint au département de chimie et au département de biochimie. Il est membre du programme de biochimie de l'Ohio State, du programme d'études supérieures en biophysique et du programme de formation à l'interface chimie-biologie.

J'ai donc littéralement dessiné sur une serviette de table une idée sur la façon de lier l'activité de Rop à l'expression de la GFP à partir d'un plasmide régulé par Rop. J'y suis arrivé, et quelques mois plus tard, nous avions une image d'une plaque de gélose LB qui était exactement comme cette image sur la serviette, et c'était l'un de ces moments où vous réalisez que vous pouvez une fois de temps en temps faire un dessin sur une serviette et qu'il en résulte une expérience vraiment utile. Je veux dire que cette expérience est à elle seule la base d'une grande partie du travail combinatoire que nous faisons maintenant dans la stabilité des protéines.

Interviewé par Barry Bunin, PhD, PDG, Collaborative Drug Discovery, Inc.

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Transcription de l'interview éditée

Barry Bunin
J'ai pensé qu'une première question intéressante, étant donné que la plupart de nos chercheurs travaillent sur la découverte de médicaments, serait de parler de votre travail de dépistage de la découverte de médicaments par rapport à certains des travaux d'ingénierie des protéines que vous avez également effectués, en termes de ce que vous faites dans chaque domaine, ce qui est différent, ce qui est similaire, comment ils pourraient se compléter ?

Tom
Je pense qu'en ce qui concerne le travail de criblage pour la découverte de médicaments que nous effectuons, nous nous sommes principalement concentrés sur cette protéine appelée paraoxonase 1, qui est une protéine sérique humaine associée au cholestérol HDL et qui est une hydrolase, mais dont la cible est inconnue. Mais commodément, du moins à un faible taux, elle est capable d'hydrolyser les composés organophosphorés. Nos efforts ont donc consisté à modifier la protéine pour en faire une thérapie réaliste contre les organophosphorés, les pesticides et les agents neurotoxiques, ce qui implique un certain nombre d'étapes différentes. L'une d'entre elles est que l'activité est trop faible et que nous ne comprenons pas vraiment comment modifier la spécificité, d'autant que nous ne savons même pas exactement à quoi ressemble le mécanisme ou le côté actif de la protéine. Nous avons donc utilisé les relations structure-activité pour essayer de comprendre cela en créant un grand nombre de mutants autour de ce que nous pensons être le site actif, et en l'étudiant contre un grand nombre d'analogues d'esters et d'organophosphates.

Mais ce travail s'est allié à d'autres travaux du laboratoire, car l'autre aspect de ce programme a été d'essayer d'améliorer la médicamentabilité, de faire de la protéine une molécule plus proche du médicament. Il est vraiment difficile de travailler avec elle, car elle est normalement liée à ces particules grasses de HDL, et nous avons donc fait un certain nombre de choses pour essayer de rendre la protéine plus soluble, plus stable et plus facile à travailler, par exemple en retirant les cystéines et en les réorganisant. Nous nous efforçons également d'améliorer la solubilité tout en essayant de faire en sorte que la surface du médicament ressemble le plus possible à la protéine humaine, afin d'éviter les effets immunologiques.

La raison pour laquelle cela concorde avec les autres activités que nous menons est qu'en fait, mon laboratoire se concentre sur un certain nombre d'approches différentes pour comprendre la stabilité des protéines et leurs interactions. Nous avons inventé un certain nombre de méthodes de dépistage, puis de mesure quantitative à haut débit, de la stabilité de bibliothèques de protéines. Nous avons également mis au point des méthodes permettant de prédire les mutations stabilisantes à partir de statistiques sur les séquences, en plus de certaines choses concernant la compréhension des interactions entre protéines à l'aide de ce type d'approches. Nous avons donc été en mesure de prendre certaines de ces connaissances fondamentales et de les appliquer à la fabrication de meilleurs produits thérapeutiques, plus stables ou plus solubles, etc. Il y a donc des thèmes communs, comme l'utilisation d'approches à haut débit et l'utilisation des relations structure-activité, mais les deux choses différentes ont vraiment pu s'informer mutuellement.

Barry Bunin
Et si la recherche connaît un succès modeste ou extrême, quels résultats prévoyez-vous à court et à long terme ?

Tom
Eh bien, cela dépend de la partie du projet, parce qu'une partie est très fondamentale et une autre est très appliquée. Je pense donc que nous avons déjà obtenu un certain nombre de succès préliminaires. Et je devrais dire, en passant, que le travail sur la paraoxonase que nous effectuons fait partie d'une importante subvention centrale dirigée par David Lenz à l'Institut de recherche médicale de l'armée américaine pour la défense chimique ( U.S. Army Medical Research Institute for Chemical Defense). David Lenz, de l'Institut de recherche médicale de l'armée américaine pour la défense chimique (ICD), et qui comprend un groupe de l'Institut Weizmann, notamment Danny Tawfik et Joel Sussman, qui ont réalisé une grande partie de l'ingénierie des activités, ainsi que des personnes d'ici - Chris Hadad, qui est un chimiste computationnel, et George Wang, qui travaille sur la modification des protéines.

Mais je pense que nous avons déjà fait des progrès substantiels. Je veux dire que nous avons pu, entre Weizmann, nous et l'ICD, concevoir, produire et tester sur des animaux des variantes de la paraoxonase capables de protéger contre des doses létales d'authentiques agents neurotoxiques. Elles ne sont pas encore toutes disponibles, et elles ne sont peut-être pas encore la molécule idéale, mais je pense que c'est déjà un succès. Je pense donc que si le succès était au rendez-vous, nous disposerions d'une molécule ou d'un cocktail de molécules capables d'hydrolyser un large spectre d'organophosphates contre des doses létales élevées, de sorte qu'elles soient vraiment totalement protectrices. Mais comme je l'ai dit, en cours de route, il y a des choses fondamentales à apprendre qui s'accordent mieux avec certains de nos autres travaux.

En termes de propriétés techniques, notre objectif à long terme est d'être en mesure, au moins empiriquement, sinon fondamentalement, de mieux prédire quelles mutations des protéines vont modifier leurs propriétés physiques, en particulier en termes de stabilité et de solubilité - des choses qui sont actuellement très difficiles à calculer et qui ont également été difficiles à méta-analyser à partir d'un tas de mutations différentes et non liées de protéines. Notre stratégie consiste à générer, nous l'espérons, de grands ensembles de mutations hautement apparentées et à étudier leurs propriétés physiques, afin d'obtenir une sorte de réponse statistiquement significative à des questions telles que : Comment les modifications de la séquence des protéines et de parties particulières des protéines, par exemple le noyau, les boucles ou la surface, sont-elles réellement corrélées à des modifications de propriétés telles que la stabilité et la solubilité, qui sont très difficiles à prévoir ?

Barry Bunin
Super. Alors, comment avez-vous utilisé CDD? En quoi CDD vous a-t-il été utile pour vos recherches scientifiques ?

Tom
Je pense que nous l'utilisons beaucoup dans un domaine et je pense que nous avons commencé à l'utiliser dans un autre domaine. Pour être honnête, je pense que nous devons y consacrer plus de temps, mais je pense qu'il a un grand potentiel dans ce domaine. Le premier domaine concerne donc les relations structure-activité avec la paraoxonase. Cette enzyme et d'autres enzymes similaires, comme la phosphotriestérase et quelques autres estérases, sont excellentes pour transformer les OP [composés organophosphorés], du moins dans une certaine mesure. Ces composés ont fait l'objet de nombreuses études au fil des ans, et il existe donc un large éventail de substrats plausibles, notamment des imitations d'agents neurotoxiques, des agents neurotoxiques réels, des pesticides, des imitations de pesticides, des esters, des lactones - la base de connaissances est énorme. Je veux dire qu'à part les nombreux mutants que nous avons créés dans notre laboratoire, il existe déjà une énorme base de connaissances sur les différentes mutations.

Le simple fait d'être capable de rassembler toutes ces données et de les transformer en connaissances réelles est un défi très important, et c'est une façon importante d'utiliser les ressources du site CDD : être capable de rassembler ces données de façon à ce qu'elles soient consultables et que nous puissions les organiser, sur la base des propriétés des différents substrats, et espérer pouvoir tirer des conclusions, et je pense que cela a été fructueux. Je pense que nous comprenons maintenant beaucoup mieux quelles mutations sont importantes pour des choses comme les grands substrats par rapport aux petits, par exemple. Je pense que la possibilité de calculer les propriétés moléculaires et de les trier facilement dans CDD en fait une ressource inestimable pour nous.

L'autre chose que nous avons essayé de faire et que nous n'avons pas explorée autant, c'est de voir si nous pouvons faire quelque chose de similaire avec les grandes bibliothèques de variantes de protéines que nous générons. Il est évidemment possible de les intégrer, y compris les séquences et même les structures si nous le souhaitons. En principe, nous pouvons intégrer beaucoup plus de calculs simples, car c'est ainsi que nous commençons pour beaucoup de nos bibliothèques : par exemple, pour les endroits où nous avons effectué des mutations, quelle est la charge nette ? quelle est l'hydrophobie ? et des choses comme ça. Et nous avons fait cela avec une combinaison de CDD et Excel, mais j'aimerais que nous puissions utiliser votre ressource [CDD] un peu plus pour cela. Principalement parce que je pense qu'il est plus facile d'organiser tous les résultats de cette façon. Et c'est ma cinquième année en tant que professeur maintenant, avoir un groupe d'étudiants qui font un groupe de bibliothèques de même juste un couple de protéines modèles - nous regardons des milliers de variantes de ces protéines, et donc cela devient juste un cauchemar d'organisation.

Barry Bunin
Super. Revenons à la science, car je sais que vous avez une vaste expérience de la chimie et de la biologie. Parlez-nous d'un moment "ah-ha", qui a résonné en vous pour votre carrière ou simplement par curiosité, pour explorer des choses et vous catapulter dans votre développement en tant que scientifique.

Tom
Absolument. Vous avez tout à fait raison, et en tant que scientifique vous-même, vous savez qu'il y a beaucoup de jours où vous êtes juste... Laissez-moi vous dire ceci : rien que pour mes études supérieures, j'ai sept ou huit cahiers contenant probablement 30 pages publiables. Il y a beaucoup, beaucoup de jours où vous essayez simplement de comprendre comment les choses se passent, mais il y a des événements vraiment décisifs dans votre développement, quand vous avez ces moments, et je pense qu'à presque tous les niveaux, j'ai eu des choses comme ça.

Une chose vraiment fondamentale qui m'a façonné lorsque j'ai commencé dans les sciences est que j'ai fait un projet Westinghouse lorsque j'étais au lycée et je n'avais aucune idée de ce que je faisais. J'ai consulté l'annuaire téléphonique et j'ai appelé Ed Hodes au centre médical de l'université de l'Indiana, sans savoir qu'il était un géant de la génétique médicale et des tests génétiques, et il m'a très généreusement fait venir dans son laboratoire, où je travaillais avec un post-doc sur un projet de polymorphisme de conformation à souche unique. Je pense que lorsque nous avons visualisé ce premier gel, et que j'ai vraiment réalisé en pratique que cela allait fonctionner comme méthode de test génétique, cela a été extrêmement excitant pour moi et je pense que cette expérience a été vraiment formatrice. Mais je pense que j'ai eu des expériences comme celle-là à presque tous les niveaux.

Une autre fois, j'ai commencé comme post-doc avec Lynne Regan. Lynne faisait depuis longtemps des plans dirigés de cette protéine Rop, qui est une protéine groupée sur laquelle nous travaillons encore beaucoup. Une des choses qu'ils n'avaient pas était un moyen à haut débit pour évaluer la fonction de Rop. J'ai donc littéralement dessiné sur une serviette de table une idée sur la façon de lier l'activité de Rop à l'expression de la GFP à partir d'un plasmide régulé par Rop. J'y suis arrivé, et quelques mois plus tard, nous avions une image d'une plaque de gélose LB qui était exactement comme cette image sur la serviette, et c'était l'un de ces moments où vous réalisez que vous pouvez une fois de temps en temps faire un dessin sur une serviette et en faire une expérience vraiment utile. Je veux dire que cette expérience à elle seule est la base d'une grande partie du travail combinatoire que nous faisons maintenant sur la stabilité des protéines, donc je pense que ces choses sont des moments vraiment formateurs et moteurs.

Barry Bunin
C'est peut-être ma dernière question : Avant d'utiliser CDD, comment gériez-vous vos données et pourquoi avez-vous choisi initialement CDD?

Tom
Je dirais que nous l'avons fait assez mal, c'est probablement la réponse. Principalement avec Excel, et nous utilisons toujours Excel pour beaucoup de choses car c'est très pratique pour beaucoup de calculs, mais le résultat est que nos données finissaient dans un tas de feuilles de travail différentes et dans les dossiers de groupe des gens. Je pense que l'analyse entre les expériences et entre les projets était beaucoup plus difficile. Sans parler du fait que vous vous retrouvez avec des problèmes de nomenclature, parce que les gens ne vont pas nécessairement entrer la structure de la molécule dans votre base de données Excel, alors vous la nommez de façon aléatoire et ensuite, lorsque vous revenez pour analyser, vous devez être capable de décoder toutes ces choses. En fait, je dois dire que je ne suis pas vraiment sûr de me souvenir du moment où j'ai entendu parler de CDD pour la première fois. Je pense que vous et moi en avons discuté lors d'une réunion de l'AEC, puis je suis retourné voir en ligne et j'ai pensé : C'est exactement ce dont nous avons besoin pour pouvoir cataloguer des molécules et des choses comme ça d'une manière beaucoup plus raisonnable, des choses qui sont vraiment au-delà des simples ressources d'Excel. D'une certaine manière, c'est un peu bizarre, car ce que nous faisons a une composante bioinformatique très importante, et j'ai des étudiants qui utilisent Perl et Java, mais nous n'avions apporté aucune de ces ressources à la partie chimio-informatique. C'est ce que CDD a vraiment fait pour nous, et c'est une interface extraordinaire pour cela.

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Ce blog est rédigé par des membres de la communauté CDD Vault . CDD Vault est une plateforme informatique hébergée de découverte de médicaments qui gère en toute sécurité les données biologiques et chimiques privées et externes. Elle offre des fonctionnalités de base, notamment l'enregistrement des produits chimiques, la relation structure-activité, l'inventaire des produits chimiques et les carnets de notes électroniques.l'inventaire chimique et le carnet de laboratoire électronique.

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