Nouvelle approche par fragments dédiée à la conception d’inhibiteurs de hk3 et matriptase, deux sérine protéases impliquées dans la progression tumorale – FragSPIN

Peu de stratégies permettent actuellement de concevoir rapidement des inhibiteurs sélectifs d’une sérine protéase. L'approche que nous proposons se fonde sur de récents résultats qui montrent l’intérêt de combiner de très petites molécules, appelées fragments, pour concevoir rapidement de nouvelles classes d’inhibiteurs d’enzymes. Ces approches permettent d'accélérer le processus de découverte d’un candidat médicament.

D'un point de vue fondamental, l'utilisation d'une enzyme pour sélectionner et faire évoluer à partir d'un mélange de molécules possibles son propre inhibiteur est encore rarement envisagée. Cependant, de telles approches consistant en une sélection et un auto-assemblage de fragments pourraient permettre d'accélérer de manière très importante les programmes de chimie médicinale et de raccourcir les délais de découverte d'un candidat médicament. Pour ces raisons, le programme de recherche proposé représente un réel intérêt scientifique et académique pouvant donner lieu à plusieurs communications et publications dans des revues internationales à comité de lecture.

Le ciblage sélectif de sérine protéases impliquées dans l'invasion métastatique représenterait une avancée majeure dans la lutte contre le cancer (cancer du sein, de la prostate…). Les inhibiteurs non-peptidiques identifiés seront brevetés et serviront de point de départ pour un programme de chimie médicinal traditionnel, i.e modifications chimiques visant à optimiser l'activité in-vitro et in-vivo. A terme, nous envisageons d'impliquer de nouveaux partenaires académiques et/ou industriels afin d'évaluer le potentiel anti-métastatique de nos molécules. L'objectif à long terme de ce programme est de proposer de nouveaux outils pharmacologiques et/ou thérapeutiques à l'ensemble de la communauté scientifique.

Ce projet n’a pas encore fait l’objet de publications mais s’appuie sur des résultats de méthodologie de chimie que nous avons publiés en 2005 (J. Org. Chem., 2005, 70, 6303-6312).

Les sérine protéases sont impliquées dans de nombreux processus physiologiques tels que la coagulation, l’inflammation et le remodelage tissulaire. La plupart d’entre elles sont constitutivement exprimées et il est indispensable que leur activité soit finement régulée. Cependant, au cours des dernières décennies, les preuves de l’implication de sérine protéases extracellulaires et transmembranaires dans les processus de tumorisation et d’infiltration metastatique se sont accumulées: en participant à la dégradation et/ ou à l’activation d’autres protéines (enzymes, chimiokines, facteurs de croissance...), les protéases sont considérées comme étant des enzymes essentiels dans la régulation de la survie cellulaire. Dans le dogme actuel, une cascade protéolytique initiée par une sérine protéase, l’urokinase plasminogen activator (uPA), conduit, via la protéolyse du plasminogene, à l’activation des metalloprotéases de la matrice extracellulaire (MMPs)2. Ces enzymes jouent un rôle clé dans le remaniement tissulaire permettant la croissance tumorale. Une sur-activation de l’uPA est souvent associée au caractère malin d’une tumeur, alors que l’inhibition de l’activité protéasique conduit à une diminution de l’extension metastatique. D’autres sérine protéases transmembranaires, comme les TTSPs (type II transmembrane serine proteases) et/ou extracellulaires comme les kallikreines (hK) sont aussi impliquées dans les processus de remaniement tissulaire et de néoangiogénèse associés à l’adénocarcinome prostatique, le cancer du sein et le cancer de l’ovaire. Dans ces cas, le pronostique du patient est souvent corrélé aux activités hK. Par exemple, les protéases hK1, hK2 et hK3 ont été décrites pour indirectement favoriser la multiplication et la survie des cellules tumorales: en dégradant les IGFBPs (insulin-like growth factor binding proteins), ces enzymes participent à la libération de l’IGF-1, un facteur de croissance qui induit la prolifération cellulaire et inhibe les processus d’apoptose. Par des mécanismes similaires, les TTPs, telles que la Matriptase participent aussi à la progression tumorale en participant à la maturation du pro-enzymes pro-UPA ainsi que de précurseurs de cytokines et de facteurs de croissance comme l’HGF. A ce titre, les hk et les TTSPs représentent des cibles thérapeutiques innovantes dans la lutte contre le cancer.
La stratégie actuelle pour concevoir des inhibiteurs sélectifs de protéases repose à la fois sur l’étude de la spécificité de substrat de l’enzyme, et sur la synthèse d’analogues peptidiques ou pseudo-peptidiques de ce même substrat. En règle générale, cette approche permet d’accéder à des inhibiteurs très sélectifs et de haute affinité pour la protéase cible mais présentant des structures proches de peptides peu compatibles avec un développement clinique. Aucune stratégie générale ne permet actuellement d’accéder rapidement à des inhibiteurs non-peptidiques et sélectifs d’une sérine protéase. Dans le cadre de ce projet, nous proposons de développer une nouvelle approche par fragments, générale pouvant être appliquée à l’ensemble des sérine protéases, parmi lesquelles les hK et TTSPs. L’objectif est d’utiliser l’enzyme pour 1/ sélectionner des fragments complémentaires et 2/ pour les connecter de telle manière à obtenir un inhibiteur non-peptidique de haute affinité et de haute sélectivité. Notre stratégie dépend de la capacité à sélectionner deux fragments possédant des réactivités complémentaires capables d’interagir avec deux poches adjacentes du site actif: leur co-localisation au sein du site catalytique permet alors d’accélérer la réaction de connexion des deux fragments entre eux. D’un point de vue chimique, nous nous limitons ainsi à ne synthétiser que les molécules possédant une bonne affinité pour la cible. Nous allons utiliser ce concept pour concevoir des inhibiteurs non-peptidiques de deux protéases impliquées dans la progression des cancers de la prostate, hk3 et matriptase.