Reprogrammation de la bioactivation des thioamides comme alternative antituberculeuse – Tea-4-Two

Le premier WorkPackage se focalise sur la synthèse de boosters efficaces, soit spécifiques du nouveau pathway de bioactivation de l'ETH, soit en équilibre sur les deux pathways. L'effort sera mis sur le développement de composés présentant un profilage pharmacologique compatible avec de futurs essais clinique.
Tâche 1: Optimisation des composés par design rationnel sur base de structures cristallographiques
Tâche 2: Optimisation des composés par l'approche clic-chemistry
Tâche 3: Mesure des constantes d'inhibition de la cible
Tâche 4: Profilage DMPK
Le WorkPackage 2 a pour objectif d'évaluer les composés pour leur activité in vitro et in vivo, ainsi que les mécanismes d'échappement de la bactérie à cette nouvelle pression
Tâche 1: Mécanismes d'échappement
Tâche 2: Evaluation et classification des boosters en fonction de leur efficacité sur des souches cliniques résistantes et ultra-résistantes
Tâche 3: Evaluation des activités en modèle animal
Le WorkPackage 3 a pour objectif d'évaluer les mécanismes sous-jacent à l'activation de l'ETH par la nouvelle voie.
Tâche 1: Par une approche génétique impliquant la surexpression et délétion des gènes d'intérêt.
Tâche 2: Par l'analyse des intermédiaires par HRMAS et/ou spectrométrie de masse
Tâche 3: Par mesure de l'impact de cette voie sur la synthèse de l'enveloppe mycobactérienne

A ce stade du travail, nous avons acquis une connaissance approfondie du mode d'action des inhibiteurs sur EthR2, de la mécanistique d'inhibition du binding de EthR2 sur l'AND et de l'impact de cette inhibition sur la production de EthA2. Nous avons montré que certains composés active une voie supplémentaire potentiellement impliquée dans la bioactivation de l'ETH. Nous avons développés plusieurs séries de composés qui présentent des propriétés pharmacologiques compatibles avec leur évaluation en pré-clinique.

L'objectif de ce programme est de valider la reprogrammation bactérienne pour contourner la résistance acquise aux pro-antibiotiques. Les entreprises pharmaceutiques Bioversys et GSK ont montrés un grand intérêt pour cette approche. Une partie de nos brevets ont ainsi été valorisés par la signature d'accords de coopération sur cette approche. A notre connaissance, ce travail est une première en ce qui concerne la réversion pharmacologiquement contrôlée d'une résistance à un antibiotique par manipulation du transcriptome bactérien.
En outre, nous avons également mis à jour un nouveau mode de régulation génétique impliquant la transcription alternative de l'ADN en différents ARNm.

The results of this first part of the project are under review in a high impact journal.
Other related publications: Palladium-free Sonogashira-type cross-coupling reaction of bromoisoxazolines or N-alkoxyimidoyl bromides and alkynes. N.P. Probst, B. Deprez, N. Willand, Tetrahedron Letters, Volume 57, Issue 10, 9 March 2016, Pages 1066–1070
Communications:
A. Baulard. Invited speaker at the Swiss tropical Institute for the annual TbX meeting. Le 27 Mai 2015: Boosting ETH as a new anti-TB therapeutic approach
A. Baulard. Invited Speaker at the «Institut des Sciences de la Vie« of the University of Louvain, 25th of March 2016, Belgium: Resetting innate and acquired
drug resistance in Mycobacterium tuberculosis.
N. Willand. Invited speaker at In silico drug design meeting, 30 Novembre 2015, Villeneuve d'Ascq, France.. New tricks for old drugs: using Fragment-based Drug Discovery and in silico screening for the discovery.
N. Willand. Invited speaker at SCT-DMCCB Joint Meeting, 16 October 2015, Dijon, France. Using Aged Drugs in New Ways, the Concept of Boosting Antibiotics.
N. Willand. Invited speaker at Université de Namur, Belgique, 25 September 2015, New tricks for old antibiotics.
N. Willand. Invited speaker at Duhram University, 25 Février 2015, Boosting antibiotics using transcriptional regulators: how an old drug can become a new drug.
Patents:
COMPOSES DE TYPE SPIROISOXAZOLINE AYANT UNE ACTIVITE POTENTIALISATRICE DE L'ACTIVITE D'UN ANTIBIOTIQUE, 26.06.2014, PCT/EP2013/077706
HÉTÉROCYCLES AZOTÉS SATURÉS ET N-ACYLÉS POTENTIALISANT L'ACTIVITÉ D'UN ANTIBIOTIQUE ACTIF CONTRE LES MYCOBACTÉRIES, 26.06.2014, PCT/EP2013/077732
Spiroisoxazoline Compounds Having an Activity Potentiating the Activity of an Antibiotic, 03.12.2015 US, 28.10.2015 EP
COMPOSES DE TYPE SPIROISOXAZOLINE AYANT UNE ACTIVITE POTENTIALISATRICE DE L'ACTIVITE D'UN ANTIBIOTIQUE, 28.10.2015 EP, 14.09.2015 CR, 30.07.2015 SG

La tuberculose, fléau persistant de l’humanité. L'émergence à l’échelle mondiale de tuberculose (TB) résistante et pan-résistante aux antibiotiques constitue un inquiétant problème de santé publique. L’arsenal antibiotique de première ligne date des années 1960. Si de récents efforts ont permis la découverte du délamanide et de la bédaquiline, leur utilisation reste conditionnelle. Face au besoin de remplacer plusieurs molécules de la polythérapie actuelle, il est essentiel de poursuivre la quête afin si possible de raccourcir le temps de traitement, d'améliorer la sécurité et la tolérance des patients, tout en surmontant le problème majeur de la résistante.
Pro-drogues et Innovation thérapeutique. Hors des sentiers classiques de recherche de nouvelles classes d’antituberculeux, Tea-4-Two propose un concept thérapeutique innovant basé sur des molécules capables d’hypersensibiliser les souches MDR et XDR à l’éthionamide (ETH) un antibiotique déjà validé. Le projet repose sur le constat que de nombreux antituberculeux sont des prodrogues qui requièrent une bioactivation spécifique pour acquérir leur pouvoir antibactérien. Plusieurs travaux ont montré que cette étape est contrôlée par la mycobactérie, limitant ainsi sa sensibilité à ces composés. Au cours des dernières années, nous avons développé des molécules capables d’amplifier la bioactivation de l’ETH.
Booster la bioactivation c’est booster l’ETH ! La bioactivation de l’ETH est catalysée par la monooxygénase mycobactérienne EthA, dont le gène est faiblement actif, car placé sous contrôle du régulateur fort EthR. Notre stratégie a été de développer des composés qui inhibent l’activité de EthR, stimulant ainsi la bioactivation de l’ETH par EthA, ce qui hypersensibilise les bactéries. Cette approche, testé dans un modèle murin de tuberculose, a montré que l’on pouvait réduire la dose d’ETH d’au moins 3 fois, ce qui chez l’homme équivaudrait à une dose dépourvue d’effet secondaire (Willand et al. 2009 Nature Med.). Ceci constitue une avancée majeure pour combattre l’inobservance des patients, source de résistance.
Limites actuelles. L’ETH est une des molécules incontournables de l’antibiothérapie de seconde ligne. Son usage intensif, associé à ses effets secondaires favorisant l’inobservance, a provoqué l’émergence de bactéries résistantes, dont certaines mutées dans ethA. Chez ces souches, l’augmentation de la production de EthA par nos boosters ne permet pas de recouvrer la sensibilité à l’ETH.
Reprogrammation génétique de la sensibilité. Au cours de nos récents développements, nous avons identifié des boosters qui sensibilisent la bactérie à l’ETH sans inhiber EthR et donc sans effet sur EthA. Ces boosters agissent sur un pathway jumeau de EthR-EthA. En inhibant le gène baptisé EthR2, nos boosters de 2nd generation induisent la production d’EthA2, une oxydoreductase bioactivant l’ETH par un mécanisme enzymatique nouveau. L’interaction entre EthR2 et les nouveaux boosters a été montrée par TSA et par cristallographie, l’effet sur l’ADN confirmé par SPR, et la surproduction de EthA2 par un plasmide s’est montré à elle seule capable d’augmenter d’un facteur 5 la sensibilité de la mycobactérie à l’ETH. Enfin, nos molécules boostent l'efficacité de l'ETH sur toutes les souches cliniques MDR testées à ce jour, y compris celles mutées dans ethA.
Tea4Two a pour objectifs de développer, des boosters plus efficaces, potentiellement capables d’inhiber les deux voies de bioactivation de l’ETH, de valider le concept dans un modèle animal, de décrypter les voies d’activation de l’ETH par EthA2, d’étudier les fréquences et les voies d’échappement que la bactérie sera capable de mettre en place sous pression de sélection, et enfin d’étendre notre étude de sensibilité à un large panel de souches cliniques.
Dans la lutte contre l’émergence des formes multirésistantes de tuberculose, Tea-4-Two présente donc un potentiel fondamentale et clinique majeur.