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Développement d'inhibiteurs de pompes d'efflux pour contourner la résistance aux antibiotiques – EFFORT

EFFORT : inhibiteurs de pompes d’efflux pour lutter contre la résistance aux antibiotiques

Le consortium EFFORT a pour but de caractériser et développer une nouvelle famille d’inhibiteurs de pompes d’efflux capable de booster l'activité d'un panel d'antibiotiques substrats des pompes RND des bactéries à Gram négatif. Ce programme de recherche vise à identifier le mécanisme d'action de ces nouveaux inhibiteurs et à optimiser leurs structures afin de sélectionner des molécules puissantes et drug-like dans le but d’effectuer une preuve de concept in vivo.

Développement d'une nouvelle classe d'inhibiteurs de pompes d’efflux pour potentialiser l'activité d’antibiotiques sur des bactéries à Gram négatif

Les principaux objectifs du projet EFFORT sont de définir le mécanisme d'action des nouveaux inhibiteurs de pompes d’efflux identifiés, de développer des connaissances en biologie structurale sur les pompes d’efflux des bactéries à Gram négatif et d’optimiser ces inhibiteurs en molécules drug-like pour effectuer une preuve de concept in vivo.<br /><br />Ce programme de recherche permettra de définir le potentiel de cette famille chimique en tant qu'inhibiteur à large spectre des pompes d’efflux des bactéries à Gram négatif, en particulier celles d'E. coli, A. baumannii, P. aeruginosa et K. pneumoniae. Le rationnel de ce projet est que l’inhibition de ces pompes permettra de contrer à la fois la résistance innée/basale et la résistance acquise aux antibiotiques par les bactéries Gram négatives, ce qui les rendra plus vulnérables aux antibiotiques. En lien avec ce travail, la cristallographie et la cryo-EM enrichiront non seulement nos connaissances sur la biologie structurale des pompes d’efflux, mais permettront également la caractérisation de l’interaction des inhibiteurs avec leur cible et de leur mode d'action. De plus, ces études seront appuyées par des simulations de dynamique moléculaire pour aider à mieux comprendre le mécanisme d'action. Enfin, la chimie médicinale permettra d’améliorer la puissance des composés et leurs propriétés ADME afin d'effectuer une preuve de concept in vivo.

Des approches de biologie moléculaire et de génétique seront utilisées pour définir si les inhibiteurs de pompes d’efflux identifiés agissent sur les pompes elles-mêmes ou non. Des études de sensibilité aux antibiotiques permettront d'évaluer le spectre d'antibiotiques pouvant être boostés dans une bactérie donnée. L'utilisation de systèmes d'expression de pompes d’efflux recombinantes permettra d'analyser la sensibilité relative de différentes pompes RND bactériennes aux inhibiteurs développés. La biologie structurale permettra de définir la poche de liaison des inhibiteurs et de mieux comprendre comment améliorer leur structure. La biologie structurale des pompes RND non étudiées jusqu’à présent permettra de révéler leurs structures, ce qui aidera au développement d’inhibiteurs. Des simulations de dynamique moléculaire permettront de comprendre comment les inhibiteurs entrent et interagissent avec la pompe ciblée. La chimie médicinale permettra d’établir des relations structure-activité robustes, d'améliorer la puissance des inhibiteurs et d'optimiser leurs propriétés ADME pour permettre une preuve de concept in vivo. Les études in vivo permettront de définir le potentiel clinique de ces inhibiteurs.

Les travaux actuels au sein du projet EFFORT ont permis le développement d’une nouvelle classe d'inhibiteurs de pompes d'efflux de la famille RND présentant un mode d’action unique. Les études sur bactéries et sur cible ont montré que ces inhibiteurs agissent dans une nouvelle poche de liaison et permettent l'inhibition complète de l'activité de la pompe d'efflux RND. Ceci permet de booster l'activité antibactérienne de tous les antibiotiques substrats des pompes d’efflux RND chez les entérobactéries, mais aussi chez d'autres bactéries à Gram négatif. La chimie médicinale a permis le développement d'analogues ayant une puissance 20 fois supérieure au hit identifié, rendant l'inhibiteur actuel supérieur au PABN. La chimie médicinale a également permis d'améliorer les propriétés physico-chimiques et pharmacocinétiques des composés, permettant de sélectionner des molécules pour effectuer une preuve de concept in vivo.

En plus, le développement de la technologie nécessaire à la biologie structurelle de nouvelles pompes RND Gram négatives alternatives par cryo-EM et cristallographie avance bien..

Continuer l’optimisation des inhibiteurs pour qu'ils soient puissants sur d'autres bactéries à Gram négatif où la pénétration des composés est plus difficile.
Définir l’étude in vivo dans un modèle de souris où ces inhibiteurs seront administrés en combinaison avec des substrats de pompe d'efflux RND.
Finaliser les études de cristallographie, de cryo-EM à particules uniques et in situ pour élucider les structures de nouvelles pompes d’efflux des bactéries à Gram négatif impliquées dans la résistance aux antibiotiques.

La description globale des tâches et le calendrier de la recherche progressent comme prévu initialement

A ce jour, un brevet a été préparé avec l'aide de l’INSERM transfert pour couvrir la PI sur les inhibiteurs de pompes d’efflux. La soumission aura lieu juste avant la publication du travail de recherche.

Un manuscrit décrivant la découverte et la caractérisation de cette nouvelle classe d'inhibiteurs de pompes d’efflux est prêt à être soumis (début juillet 2021).

La découverte de nouvelles classes d'antibiotiques pour traiter les infections aux entérobactéries, à A. baumannii et P. aeruginosa (les agents pathogènes les plus critiques dans la liste des priorités de l'OMS) est particulièrement freinée par l'efficacité et la prépondérance de leurs pompes d’efflux qui empêchent l’activité de nouvelles molécules. La surexpression de ces pompes dans les souches cliniques entraîne indéniablement une résistance aux antibiotiques actuels. Il est donc clair que le développement d'inhibiteurs de ces systèmes d'efflux, ainsi que l'enrichissement de nos connaissances sur la biologie fondamentale de ces pompes, constitueront une avancée majeure dans la lutte contre le système de défense de ces bactéries.

Les inhibiteurs de pompe d’efflux (IPE) découverts jusqu’à présent n’ont pas conduit à des candidats cliniques, mais ont grandement aidé à comprendre le mécanisme de fonctionnement de ces pompes et ont prouvé la « druggabilité » de ces cibles. Le renforcement et l’extension des connaissances sur les pompes d’efflux de bactéries telles que A. baumannii sont fondamentales pour le développement de nouveaux IPE permettant de lutter contre les infections à bactéries Gram négatif. Grâce à un criblage de fragments, nous avons identifié une petite molécule hydrosoluble capable de potentialiser l'activité d'un large spectre de substrats de la pompe d’efflux AcrAB-TolC chez E. coli et K. pneumoniae. Les données préliminaires obtenues par le consortium EFFORT montrent que cet IPE pourrait se lier à la poche hydrophobe de AcrB, qui a une importance critique pour l’inhibition de la pompe. Chez A. baumannii, il a été constaté que cet inhibiteur potentialisait l'activité du chloramphénicol. Cette similitude de mode d’action laisse penser que cette molécule pourrait donc également inhiber l'efflux chez A. baumannii.

Le consortium EFFORT cherchera à identifier la poche de liaison de ce nouvel IPE chez E. coli, K. pneumonia et A. baumannii, et étudiera le potentiel de modulation de son squelette moléculaire pour la découverte d’inhibiteurs d'autres pompes d’efflux chez A. baumannii et P. aeruginosa. (telles que les pompes d’efflux non exprimées). Ce travail sera renforcé par des études structurales permettant de définir le mode de liaison exact des inhibiteurs dans E. coli AcrB, dans K. pneumoniae AcrB et dans la pompe d’efflux d’A. baumannii à identifier. La biologie structurale s'appuiera à la fois sur la cristallographie aux rayons X et sur une technologie de pointe qu’est l'imagerie par Cryo-EM, ce qui maximisera les chances d'enrichir les connaissances sur la biologie des pompes d’efflux et leurs inhibiteurs. La taille et les propriétés chimiques de l’IPE identifié sont idéales pour facilement diversifier sa structure chimique. Les modifications rationnelles réalisées pour améliorer sa puissance seront guidées par les données de biologie structurale, la dynamique moléculaire et les activités biologiques. Les propriétés physico-chimiques et pharmacocinétiques des composés seront également mesurées pour identifier rapidement des molécules optimisées afin d’effectuer une preuve de concept in vivo. De manière générale, le projet EFFORT enrichira, grâce à des techniques de pointe, les connaissances de biologie structurale des pompes d’efflux des bactéries Gram négatif et permettra le développement d’un inhibiteur prometteur afin d’envisager de nouvelles solutions thérapeutiques.

Coordination du projet

Ruben HARTKOORN (Centre d'infection et d'immunité de Lille)

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

CIIL Centre d'infection et d'immunité de Lille
GUF Goethe University Frankfurt - Institute of Biochemistry
U1177 M2SV : Médicaments et Molécules pour Agir sur les Systèmes Vivants
GUF Goethe University Frankfurt

Aide de l'ANR 498 960 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2019 - 36 Mois

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