Synthèse, biologie et structure pour guider l'optimisation d'Inhibiteurs de la peptidase SUB1 de Plasmodium, une cible potentielle pour le traitement du paludisme – SPIM

Le paludisme est la principale épidémie parasitaire humaine. La constante sélection de parasites multirésistants, y compris aux multi-thérapies à base d’artémisinine, et leur dissémination en menacent gravement le traitement et le contrôle. Pour la première fois depuis 15 ans, l’OMS a noté en 2017 une reprise de l’épidémie dans plusieurs pays. Poursuivre l’identification et le développement de candidats médicaments actifs sur de nouvelles cibles exprimées à des stades essentiels de Plasmodium est crucial : c’est le cas de la sortie des mérozoïtes des cellules hôtes qui dépend strictement de protéases du parasite, définissant ces enzymes comme cibles thérapeutiques potentielles.

Nous explorons une nouvelle cible très prometteuse, la subtilisine parasitaire SUB1, pour laquelle aucun inhibiteur utile n’existe :
i) Elle joue un rôle clé et non redondant via la maturation de protéines impliquées dans la sortie des mérozoïtes des érythrocytes infectés et dans l’invasion de nouveaux érythrocytes, ainsi que dans la sortie des mérozoïtes hépatiques (Partenaire 2). Cette dernière propriété est importante car le stade hépatique est la première étape parasitaire suite à l’infection initiale via la piqûre d’un moustique : cibler ce stade permet d’envisager également une approche prophylactique. De plus, selon les critères de l’OMS, les futurs anti-paludiques doivent cibler au moins deux stades biologiques du cycle du Plasmodium, critère rempli par SUB1.
ii) Le site actif de SUB1 diffère significativement de celui des subtilisines humaines.
iii) SUB1 est conservée chez des isolats de P. falciparum et vivax, suggérant d’une part une forte pression de sélection, et d’autre part qu’un même inhibiteur sera également efficace sur les deux espèces, ce qui a été confirmé expérimentalement : des inhibiteurs synthétisés par le Partenaire 1 sont aussi efficaces contre les deux enzymes.
iv) Ces résultats suggèrent que la probabilité de mutations compensatoires simultanées dans le site actif de SUB1 et les substrats, qui pourraient entrainer une résistance, est faible.
v) Les données structurales issues de la résolution de la structure 3D de PvSUB1 et PfSUB1 (Partenaire 2) ainsi que de complexes avec des inhibiteurs synthétisés par le Partenaire 1 contribuent avantageusement à l’optimisation rationnelle des inhibiteurs.

Ainsi, le projet SPIM a-t-il pour objectif d’identifier des inhibiteurs puissants et sélectifs de SUB1 actifs contre Plasmodium in vitro et in vivo. SPIM combinera pour cela des expertises en conception moléculaire, chimie médicinale, biochimie, biologie structurale et parasitologie, et s’articule autour de trois tâches principales :

1) Conception et synthèse d’inhibiteurs spécifiques de SUB1 (Partenaire 1) aidée par la modélisation moléculaire (Partenaire 2).
2) Evaluation biochimique et biologique des inhibiteurs (Partenaire 2) :
a) Détermination de l’affinité des inhibiteurs pour Pf/Pv/PbSUB1 recombinantes.
b) Evaluation de l’inhibition du cycle érythrocytaire de P. falciparum et P. vivax.
c) Démontrer la corrélation entre l’inhibition de croissance en culture et celle de SUB1.
d) Evaluation de la sélectivité des inhibiteurs vis-à-vis de peptidases à sérine humaines et de la toxicité sur cellules humaines.
e) Evaluation de l’inhibition de la libération des mérozoïtes hépatiques.
f) Evaluation de l’activité anti-parasitaire in vivo des meilleurs candidats.
3) Etude du mode de liaison des composés pour SUB1 pour proposer des molécules optimisées : structures 3D de complexes, modélisation moléculaire (Partenaire 2).

Les résultats attendus sont : i) obtenir des inhibiteurs spécifiques de SUB1 affectant la croissance de P. falciparum et vivax ex vivo avec une IC50 inférieure à 100 nM ; ii) démontrer qu’ils ciblent SUB1 dans les parasites ; iii) la preuve de principe qu’ils sont actifs in vivo et l’identification de composés dits « pre-leads » ayant un nouveau mécanisme d’action contre Plasmodium.