Thapsigargine et analogues : Synthèse et hémisynthèse d’inhibiteurs de la SERCA à profil thérapeutique spécifique – THASER

Le programme est composé de trois parties interactives :
- La première partie porte sur l'élaboration d'une stratégie de synthèse viable pour accéder à la Tg. Deux voies de synthèse ont été définies.
- L'objectif de la deuxième partie du programme est d'élaborer des analogues originaux au moyen de deux approches stratégiques complémentaires : l’hémisynthèse et la synthèse totale.
- Dans la troisième partie, les molécules synthétisées seront analysées sur la base de leurs interactions avec la SERCA par des expériences de co-cristallisation et de leur activité ATPasique. La cytotoxicité (en particulier sur des lignées cellulaires cancéreuses de prostate) et l'effet sur l'apoptose des analogues seront étudiés. Enfin, si nécessaire, des essais in vivo seront réalisés.

Il a préalablement été démontré la pertinence de la structure d’analogues originaux de la thapsigargine envers l’activité anti-SERCA.
La thapsigargine a été extraite à grande échelle, à partir de racines de Thapsia garnica grâce à un extracteur financé par l’ANR. Le rendement excellent a permis d’isoler la thapsigargine pure en grandes quantités. Des premiers essais de transformation de la Tg en analogues originaux par hémisynthèse ont été effectués. Les activités anti-SERCA et cytotoxiques de ces analogues ont été évaluées avec des premiers résultats très intéressants. Les analogues les plus actifs vont être co-cristallisés avec la SERCA d’où une meilleure compréhension des interactions avec cette enzyme. Ces résultats nous permettrons de concevoir d’autres structures d’analogues.
Les étapes-clés de la synthèse totale de la Tg ont été validées avec élaboration de précurseurs avancés. Il reste encore à mettre en place certaines fonctions chimiques pour finaliser la synthèse totale de la Tg. En se basant sur les stratégies de synthèse développées, de nouveaux analogues sont en cours d’élaboration.

L’objectif de ce travail est d’obtenir des analogues originaux et actifs de la Tg, de structure simplifiée et/ou plus actifs que la Tg. Ces analogues sont élaborés soit par hémisynthèse à partir de la Tg, soit par synthèse totale. L’ensemble des analogues seront testés envers leur activité anti SERCA et leur activité cytotoxique. Les plus actifs seront co-cristallisés avec la SERCA d’où une meilleure compréhension des relations structure-activité et la conception de nouveaux analogues. Ces analogues seront ensuite évalués en tant que prodrogue dans le cadre du cancer de la prostate non-hormono dépendant.

Ce projet a fait l’objet de trois publications (revues internationales à comité de lecture) :
Deux publications concernent les approches de synthèse totale développée :
A. Tap, M. Jouanneau, G. Galvani, G. Sorin, M.-I. Lannou, J.-P. Férézou, J. Ardisson. Asymmetric synthesis of a highly functionalized enantioenriched system close to thapsigargin framework. Org. Biomol. Chem.2012, 10, 8140-8146.
Jouanneau, M.; Tap, A.; Ardisson, J.; Férézou, J.-P. One-pot synthesis of 3,4-disubstituted-2-methylcyclopent-2-enols as useful building blocks. Synlett 2014, 25, 2171-2175.
Une troisième publication décrit le travail réalisé pour l’extraction et la purification de la Tg : Ollivier, A.; Grougnet, R.; Cachet, X.; Meriane, D.; Ardisson, J.; Boutefnouchet, S.; Deguin, B. J. Chromat. B 2013, 926, 16-20.
Les deux doctorants (Aurélien Tap, et Morgan Jouanneau,) soutiennent leur thèse courant décembre.
Onze communications par affiche, nationales et internationales, ont été présentées.
Sept présentations orales (communications ou conférences) ont également été réalisées.

La thapsigargine (Tg) est un sesquiterpène de type 6,12-guaianolide, isolé d’espèces méditerranéennes du genre Thapsia. La Tg présente une structure complexe avec un noyau [5,7,5] tricyclique polyoxygéné à huit centres stéréogènes. Ce composé est un inhibiteur puissant (subnM) des Ca2+-ATPases du reticulum sarco-endoplasmique (SERCA), avec induction d’apoptose cellulaire. Le complexe Tg/SERCA a pu être cristallisé, d’où une meilleure compréhension des principales interactions entre la Tg et l’enzyme. Il a été montré que cette molécule, de part son activité cytotoxique indépendante de la phase du cycle cellulaire, était très active sur les cellules cancéreuses de prostate à développement lent, contrairement aux antimitotiques classiques. Pour augmenter la sélectivité, des prodrogues ont été synthétisées et sont actuellement en développement clinique dans le traitement du cancer de la prostate non-hormono-dépendant. A ce jour, seules des études de RSA succinctes ont été réalisées ainsi qu’une synthèse totale.
Des progrès importants restent à accomplir pour synthétiser efficacement des analogues de Tg, surtout des molécules à squelette modifié.
Nous proposons un programme de recherche « multifacettes » pour élaborer des analogues de Tg de façon la plus diversifiée possible. Ces molécules devraient contribuer à une meilleure compréhension du mécanisme d’action des Tgs et donc permettre in fine de définir des molécules mieux ciblées pharmacologiquement.
Le projet proposé comporte trois volets interactifs :
- Volet 1 : l'élaboration d’une voie de synthèse efficace de la Tg, tout en permettant un maximum de diversité au niveau des analogues potentiels. Nous proposons l'association étroite de plusieurs chercheurs renommés dans le domaine de la chimie organique de synthèse pour répondre à deux types principaux de défis :
* Equilibre ambition/risque : La complexité structurale de la molécule cible pour laquelle une nouvelle stratégie efficace et pratique doit être développée exige des efforts importants. Nous avons choisi d'explorer dès le départ deux approches pour affronter les difficultés prévisibles et réussir à définir la voie la plus efficace.
* Devoir de résultat : Pour mener à bien le projet dans son ensemble, il est impératif d'obtenir des molécules pures, à l’échelle de +/-100 mg, prêtes pour l'évaluation biologique dans un délai réaliste, compatible avec les autres phases du programme. Une approche « hémisynthèse » à partir de la molécule naturelle viendra dès le début renforcer les efforts de synthèse.
Les synthèses seront conduites par J. Ardisson (voie « Pauson-Khand intramoléculaire », Partenaire 1) et par J.-P. Férézou (voie « métathèse ényne cyclisante », Partenaire 2). Dans ce dernier cas un collaborateur extérieur (co-partenaire lors de la présentation précédente du projet en 2009), J. Prunet, viendra épauler les efforts.
- Volet 2 : Elaboration d’analogues originaux de Tg par la voie la plus appropriée. Des transformations chimiques de Tg naturelle seront entreprises pour préparer par hémisynthèse une première « salve » de molécules à squelette modifié. Cette partie du projet sera effectuée par B. Deguin (Partenaire 3). Par ailleurs, en synthèse totale, le caractère modulaire des stratégies permet d’envisager une bonne diversité structurale des analogues.
- Volet 3 : étude de l’activité des analogues et de leur interaction avec SERCA. L'activité ATPasique des différents analogues sera analysée et des expériences de co-cristallisation des complexes SERCA-analogues de Tg seront réalisées (M. Picard et A. Ducruix, Partenaire 4).
La cytotoxicité, en particulier sur des lignées de cellules de cancer de prostate, et l'activité sur l’apoptose seront mesurées par le Laboratoire CNRS/Pierre Fabre à Toulouse.
Une collaboration sera établie avec des pharmacologistes au Brésil pour évaluer les molécules contre une SERCA spécifique de Schistosoma mansoni.