Découverte de nouveaux antibiotiques : ciblage des systèmes toxine-antitoxine avec de nouveaux ligands d'ARN – InnovAntibio

Un des problèmes majeurs de la thérapie antibiotique est l’émergence constante de nouvelles souches bactérienne multirésistantes. Parmi les difficultés majeures rencontrées lors de la recherche de nouveaux antibiotiques, une concentration intra-bactérienne réduite, due à un manque de pénétration cellulaire ainsi que la toxicité sur les cellules de l’hôte, sont les plus marquantes. Par ailleurs, le nombre de cibles bactériennes actuellement exploitées reste faible. Toutes ces limitations ont mené à une forte diminution des efforts effectués vers la découverte de nouveaux antibiotiques.
Dans ce contexte, le but de ce projet est la validation d’une nouvelle cible antimicrobienne vers la découverte de nouvelles molécules potentiellement antibactérienne : les systèmes toxine-antitoxine (TA). Les toxines de tous les systèmes TA connus sont des protéines capables d’inhiber la croissance bactérienne ou mener à la mort cellulaire, alors que les antitoxines peuvent être des protéines ou des petits ARN non-codants capables de neutraliser la toxine. Nous nous proposons de cibler les systèmes TA de type I dans lesquels l’antitoxine est un petit ARN non codant qui se fixe sur l’ARN messager (ARNm) qui code pour la toxine et inhibe sa traduction. Alors que ces systèmes sont activés par la bactérie en cas de stress externe, tel qu’un traitement antibiotique, notre but est d’activer artificiellement la toxine et induire la mort cellulaire. Dans le but de valider notre approche, nous proposons d’étudier le ciblage d’une famille de systèmes TA de type I chez Helicobacter pylori, qui est une bactérie Gram-négative responsable d’infections chez 50% de la population mondiale. Nous avons récemment découvert cette famille de TA de type I chez H. pylori appelés Aaap/IsoA dans lesquels l’ARN de l’antitoxine et l’ARNm de la toxine possèdent une structure tige-boucle. Leur interaction est basée sur la formation de deux complexes boucle-boucle. Les systèmes TA de type I sont les seuls capables d’induire la mort bactérienne et une petite molécule qui serait capable d’inhiber l’interaction entre les deux ARN en question pourrait activer l’expression de la toxine bactérienne et induire la mort cellulaire.
L’inhibition de ce système chez H. pylori par l’aminoglycoside néomycine mène à l’activation de la toxine et à la mort cellulaire de la bactérie. Sur la base de notre expertise dans la conception et la synthèse de nouveaux ligands d’ARN sélectifs, une librairie de nouveaux composés constitués de plusieurs motifs capables d’interagir avec l’ARN de l’antitoxine sera synthétisée via une synthèse multicomposante. Les composés ainsi synthétisés seront ensuite criblés in vitro pour leur capacité à inhiber les interactions boucle-boucle entre l’antitoxine et l’ARNm de la toxine. Leur évaluation biologique sur des cultures bactériennes permettra aussi d’étudier leur capacité à induire la synthèse de la toxine, leur activité antibiotiques, leur pénétration cellulaire et enfin leur toxicité sur les cellules eucaryotes. Les composés les plus actifs seront ensuite optimisés afin d’en améliorer l’activité antimicrobienne et les propriétés pharmacodynamiques/pharmacocinétiques vers une perspective d’étude in vivo sur l’animal à plus long terme. Il est important de noter que des composes possédant une activité d’inhibition du système TA seraient non seulement des outils thérapeutiques intéressants pour le développement de nouveaux antibiotiques, mais aussi des outils biochimiques pour une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans le systèmes TA qui restent largement inconnus. En conclusion, nous proposons une approche originale vers la validation d’une nouvelle cible antimicrobienne et la découverte de nouvelles molécules potentiellement antibiotiques ciblant H. pylori. La même approche pourrait être ensuite appliquée à d’autres pathogènes majeurs tels que Staphylococcus aureus et Mycobacterium tuberculosis.