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Inhibiteurs spécifiques d'enzymes inactivant les aminoglycosides – SIAM

WP1 Définition des spécificités du site de liaison nucléotidique des APH
WP2 Optimisation chimique des inhibiteurs leaders d'APH
WP3 Caractérisations in vitro de nouveaux inhibiteurs d'APH
WP4 Tests in vivo de nouveaux inhibiteurs d'APH

WP1 Définition des spécificités du site de liaison nucléotidique des APH
1.1 Modélisation moléculaire des APH pour concevoir des inhibiteurs pan-APH : l'identification des acides aminés conservés dans la famille des APH a été réalisée par comparaison des séquences après alignements structuraux et a été utilisée pour guider l'optimisation des inhibiteurs.
1.2 Comparaison in silico avec les kinases eucaryotes : l'interaction des inhibiteurs optimisés proposés avec le kinome humain a été réalisée.
WP2 Optimisation chimique des inhibiteurs leaders d'APH
2.1 Exploration SAR de la partie sud (en vert sur la figure ci-dessous) : les quelques variations réalisées sur la position 5 suggèrent la préférence suivante : Cl > Br > Pyrazole.
2.2 Exploration SAR de la partie nord (en rose)
2.3 Exploration SAR de la partie est (en jaune)
Pour ces deux stratégies, les synthèses par le Partenaire 2 des composés suggérés ont échoué. D'autres alternatives ont été proposées par le Partenaire 1 (voir figure ci-dessous).
Seuls 5 composés ont été synthétisés au lieu des 48 prévus.
WP3 Caractérisations in vitro de nouveaux inhibiteurs d'APH
3.1 Inhibition des APH purifiées : Le Partenaire 1 a purifié 8 APH et les a utilisées pour les tests in vitro des inhibiteurs optimisés.
~ 3.2 Détermination des interactions moléculaires avec les APH : la structure de 2 APH en complexe avec l'inhibiteur leader a été obtenue par le Partenaire 1. La détermination de la structure d'autres APH en complexe avec ce composé est en cours.
~ 3.3 Identification de kinases hors cible : faible inhibition et détermination de la structure d'une potentielle kinase hors cible avec le meilleur composé leader (position inversée).
~ 3.4 Sensibilité aux aminosides des bactéries MDR : des bactéries MDR exprimant des APH ont été sélectionnées par le Partenaire 3. Les tests de sensibilité aux antibiotiques sont en cours.
3.5 Test de cytotoxicité : pas de cytotoxicité de l'inhibiteur leader démontrée par le Partenaire 4.
~ 3.6 Profilage ADME d'inhibiteurs d'APH sélectionnés : Small ADME pour 24 composés, Full ADME pour 1 composé par le Partenaire 4 sont reportés suite aux problèmes de synthèse de nouveaux composés.
WP4 Tests in vivo de nouveaux inhibiteurs d'APH : tous ces tests seront retardés pour les raisons évoquées ci-dessus, et probablement revus à la baisse.

Notre principal composé actuel montre une très bonne activité in vitro sur plusieurs APH retrouvés dans des bactéries pathogènes pour l'homme et classées en priorité 1 par l'OMS. Ce composé n'est pas toxique pour les cellules eucaryotes et il présente une excellente stabilité dans les fluides physiologiques. Il est capable de restaurer la sensibilité à la gentamicine de souches d'E. coli de laboratoire surexprimant des APH.

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Résumé de soumission

Comme le souligne l'Organisation Mondiale de la Santé, la multi-résistance aux médicaments est un problème de santé publique majeur nécessitant le développement urgent de nouveaux antibiotiques. La modification des aminoglycosides par des enzymes bactériennes est la principale source de résistance à cette classe d'antibiotiques. Des inhibiteurs de protéine kinase, qui inhibent également une classe de ces enzymes bactériennes (les aminoglycoside phosphotransférases), se sont révélés efficaces pour restaurer la sensibilité aux aminoglycosides de bactéries multi-résistantes. Cependant, étant donné que ces inhibiteurs de protéine kinase ciblent principalement des kinases humaines, ils pourraient avoir des effets secondaires indésirables empêchant leur utilisation clinique en tant que médicaments pour rétablir la sensibilité aux antibiotiques.

Sur la base de nos connaissances des structures et des spécificités des enzymes modifiant les aminoglycosides, nous proposons de concevoir des inhibiteurs spécifiques capables de restaurer la sensibilité bactérienne aux aminoglycosides sans affecter les kinases humaines. Afin de minimiser les effets sur les kinases humaines, un test de sélectivité sera effectué en routine. Le projet s'appuie sur des études préliminaires de conception de médicaments basée sur des fragments qui ont permis au coordinateur français (Guichou) d'identifier plusieurs petites molécules inhibitrices dotées d'un motif chimique commun. Ces fragments ont été co-cristallisés avec une aminoglycoside phosphotranférase. Ils ont une très grande efficacité de ligand et inhibent l'activité enzymatique in vitro dans la gamme des micromolaires. Sur la base des structures tridimensionnelles obtenues par co-cristallisation, le coordinateur allemand (Hausch) va synthétiser chimiquement, de façon itérative, des dérivés améliorés de ces fragments dans le but d’obtenir une inhibition puissante contre un large éventail de kinases bactériennes, mais pas contre les kinases humaines. Le mode de liaison sera déterminé par cristallographie aux rayons X par le coordinateur français qui réalisera également les tests d'inhibition de l'activité enzymatique et les prédictions par modélisation (sélectivité pour les bactéries par rapport aux kinases humaines). Un second partenaire français (Lavigne) testera in vitro les nouveaux composés pour leur capacité à restaurer la sensibilité aux antibiotiques sur une collection de souches cliniques multi-résistantes de Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter baumannii, Escherichia coli et Klebsiella pneumoniae, en particulier celles exprimant des enzymes modifiant les aminoglycosides. Un second partenaire allemand (Rox) analysera la cytotoxicité des composés nouvellement synthétisés, déterminera leurs propriétés ADME ainsi que leurs propriétés pharmacocinétiques, puis testera leurs effets sur des modèles animaux d'infections pulmonaires.

Le travail collaboratif de ce consortium multidisciplinaire et complémentaire, qui associe les expertises françaises et allemandes dans le domaine, ouvrira la voie à la lutte contre la résistance aux aminoglycosides et de nouvelles options de traitement pour les patients immunodéprimés souffrant d’infections pulmonaires causées par des bactéries multi-résistantes du genre Acinetobacter, Pseudomonas, Escherichia et/ou Klebsiella.

Coordination du projet

Jean-François GUICHOU (Centre de Biochimie Structurale)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

CBS UMR5048 Centre de Biochimie Structurale
VBMI Virulence bactérienne et maladies infectieuses
Technische Universität Darmstadt
HZI Helmholtz Centre for Infection Research

Aide de l'ANR 392 993 euros
Début et durée du projet scientifique : octobre 2019 - 36 Mois

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