Inhibition des Pompes d’Efflux Bactériennes – IBEF

Notre programme associait les aspects biophysique, biochimique, chimique et bactériologique avec les expertises complémentaires des partenaires afin de disséquer les divers paramètres du transport. Au cours de l'étude, des points clés ont été ainsi définis tels que l'activité biologique de la pompe AcrB d'E. aerogenes et sa sélectivité pour divers substrats, la modélisation et la simulation dynamique ainsi que la reconnaissance-fixation de certaines molécules à l'intérieur de AcrB, l'identification, le design et la synthèse rationnelle de molécules originales qui pouvaient inhiber l'efflux. Le modèle ainsi construit a été utilisé afin d'analyser les sites de fixation de différentes molécules dans la pompe AcrB et pour identifier les domaines «clés«. La synthèse rationnelle a été réalisée en utilisant les différentes voies de synthèse développées précédemment chez le partenaire et l'activité biologique a été déterminée sur des souches bactériennes définies.

Le résultat majeur est l'identification de pharmacophores actifs dans certaines molécules inhibitrices, une information essentielle afin d'améliorer le design de la molécule.

La pharmacomodulation du groupe chimique portant l'affinité importante pour les sites de la pompe et induisant un défaut de l'activité d'efflux est une application future prometteuse afin de potentialiser la concentration des antibiotiques dans les pathogènes MDR.

La liste est présentée plus loin dans ce document :
5 publications monopartenaire, 2 multipartenaires en préparation; 3 revues et chapitre d'ouvrage, une revue multipartenaire prévue pour 2017. 5 Conférences, 7 communications orales et 3posters effectués depuis le début de IBEF.

Chez les bactéries à Gram négatif, la surproduction des pompes d'efflux est impliquée dans le phénotype de Multi-Drug-Resistance (MDR). Les pompes d’efflux expulsent une large gamme de molécules dont les antibiotiques et les biocides. Elles favorisent également l'acquisition de mécanismes de résistance additionnels comme la mutation de cible ou l'altération de l'antibiotique. Une pompe d’efflux majeure, AcrAB-TolC appartenant à la famille des transporteurs RND, est active chez les isolats cliniques MDR d'entérobactéries et contribue à un niveau significatif de résistance. Notre projet associe des aspects biophysiques et structuraux, biochimiques, chimiques et microbiologiques à des expertises multidisciplinaires et complémentaires afin de déchiffrer les bases moléculaires du transport des antibiotiques. Dans ce programme, des points spécifiques seront ainsi étudiés : l'activité fonctionnelle de la pompe AcrB d'E. aerogenes, sa sélectivité pour divers substrats, la structure 3D des domaines d’affinités de la pompe pour les substrats, la modélisation de l’efflux des antibiotiques, l'identification des pharmacophores et la synthèse dirigée de molécules originales inhibant la pompe. Pour atteindre ces objectifs, nous allons développer quatre axes : - une analyse biologique et fonctionnelle de la pompe d’efflux (EP): cette partie comprend la détermination de l’activité de EP dans le niveau de résistance et sa détection dans les isolats MDR, l'identification de la sélectivité de la pompe (ß-lactamines, quinolones, etc), et la caractérisation des nouveaux inhibiteurs. - une approche de modélisation et de dynamique moléculaire : nous utiliserons diverses méthodes (docking, dynamique libre ou dirigée) afin de générer un modèle pour le flux d'antibiotique dans AcrB. Ce modèle permettra d'étudier les sites possibles d'interactions dans EP. - une analyse structurale de la pompe : la détermination de la structure de AcrB d'E. aerogenes (seule ou en complexe) déterminera les sites d'affinité. L’analyse NMA et la structure combinée permettront d'affiner le modèle proposé pour les sites d’affinité. - QSAR et synthèse dirigée : les caractéristiques de molécules inhibitrices seront définies en utilisant les résultats de modélisation et de structure associés à l'analyse QSAR. La synthèse dirigée sera alors réalisée en adaptant les voies de synthèse chimiques développées précédemment. L'activité de ces molécules sera évaluée sur la collection de souches caractérisées dans l'axe 1. Ce programme de recherche devrait déterminer: - les caractéristiques fonctionnelles, moléculaires et structurales de l'efflux des antibiotiques - les paramètres de nouvelles cibles localisées dans la pompe d'efflux impliquée dans les isolats MDR - la synthèse de nouvelles molécules capable de bloquer l'activité des pompes d’efflux. Une donnée majeure concerne la dynamique et le mécanisme de l’efflux: l'identification des pharmacophores est une donnée clé pour le design de molécules, e.g. la modification de groupes chimiques ayant une forte affinité pour les sites de la pompe (inhibiteur), ou la diminution de l'affinité induisant un défaut dans l'efflux (mauvais substrat) qui augmente la concentration en antibiotique. Les résultats obtenus sur les transporteurs représentent un gain important pour le biologiste, le physico-chimiste et le pharmaco-chimiste car un très petit nombre de données sont actuellement disponibles sur les protéines membranaires bactériennes (2 pompes RND seulement ont été cristallisées).