DÉVELOPPEMENT DE MOLÉCULES LIBÉRATRICES DE MONOXYDE DE CARBONE CONJUGUÉES À DES POLYSACCHARIDES POUR CIBLER LE TISSU ADIPEUX DANS L'OBÉSITÉ – SWEET-CO

Chimie. La synthèse des Glyco-CORM résulte du greffage de complexes métalliques carbonyles sur des molécules A et A1. Trois stratégies de synthèse ont été étudiées : (i) synthèse d'une molécule A fonctionnalisé capable de se coordonner directement sur des complexes carbonylés, (ii) modification d'une molécule A et installation sur le squelette polymérique d'un espaceur permettant le greffage de complexes carbonylés, (iii) synthèse d'un CO-RM dérivé de la pipérazine capable de se conjuguer avec une molécule A activé. Alors que les deux premières stratégies se sont avérées infructueuses ou limitées, la troisième a donné avec de bons rendements des conjugués dérivés des molécules A et A1, présentant diverses charges de CO-RM. De plus, la troisième stratégie a été appliquée avec succès à un composé sulfate qui est le médicament breveté fourni par le partenaire industriel OTR3.
Biologie. Le test biologique et la caractérisation des nouveaux dérivés de CORMs synthétisés en collaboration avec le chimiste sont réalisés grâce à une série de méthodes qui nous permettent de : 1) évaluer la libération de CO des nouveaux composés in vitro en cuvette, en utilisant HemoCD1 et l'hémoglobine qui lient le CO avec une haute affinité et modifier leurs spectres d'absorption une fois liés au CO ; 2) déterminer la capacité des Glyco-CORM à provoquer une accumulation de CO dans les préadipocytes et les adipocytes. Dans ce test, nous utilisons une sonde qui lie avidement et spécifiquement le CO et qui modifie son absorbance spectrale une fois liée au CO, qui peut être mesurée par spectrophotométrie. Cette sonde, HemoCD1, est mise à la disposition du groupe de biologie grâce à une collaboration avec le Prof japonais Hiroaki Kitagishi de l'Université Doshisha de Kyoto, après avoir développé une méthode pour détecter le CO dans les cellules et les tissus ; 3) déterminer l'accumulation de CO en fonction du temps dans les organes/tissus les plus importants après administration orale de CORM-401 ; 4) évaluer si les Glyco-CORMs sont efficaces contre l'obésité, en utilisant un modèle de régime riche en graisses déjà établi dans notre laboratoire.

En utilisant les méthodes décrites ci-dessus, nous avons détecté et quantifié le CO libéré par nos composés et déterminé que les Glyco-CORM obtenus avec la 3ème stratégie étaient ceux libérant du CO avec une cinétique prédite. Plus précisément, les Glyco-CORM avec 25, 50, 75 et 100 % de carbonyles métalliques greffés sur du dextrane ont libéré du CO en quantités proportionnelles, GlycoCORM 100 % libérant environ le double de la quantité de CO que GlycoCORM 50 % et poursuivant la même tendance pour les Glyco-CORM. avec un nombre inférieur de CORM greffés. Dans de nombreux cas, nous avons constaté que le CO libéré était inférieur aux prévisions, un résultat probablement dû à un encombrement stérique lorsque le dextrane est lié à un très grand nombre de carbonyles métalliques. Cette première partie était également importante pour déterminer le meilleur solvant pour obtenir une bonne solubilisation des nouveaux composés. En effet, le dextrane est soluble dans l'eau alors que le CORM-401 est soluble dans le DPBS. Cependant, le complexe GlycoCORM n'a pu être solubilisé que dans du DMSO (mais pas complètement) et nous travaillons à trouver des formulations qui permettent une solubilisation complète des composés, en particulier compte tenu des travaux in vivo que nous prévoyons dans des modèles murins de régime rcihe en graisses. Dans notre caractérisation dans les préadipocytes et les adipocytes complètement matures, nous avons également constaté que le CO intracellulaire augmentait fortement après incubation des cellules pendant trois heures avec des Glyco-CORM à différentes concentrations, mettant en évidence à nouveau une relation entre le nombre de carbonyles métalliques attachés au dextran et la quantité de CO détecté dans les cellules. Les adipocytes avaient une forte rétention de CO et, si Glyco-CORMS était utilisé à de très faibles concentrations (=0,5 µM), ils n'affectaient pas beaucoup la viabilité cellulaire. Dans une première série d'expériences in vivo où CORM-401 a été administré à des souris, nous avons constaté que les niveaux de CO augmentaient significativement dans le foie, les reins, l'intestin et le tissu adipeux avec un pic à 6h pour la plupart des organes et diminuant à des niveaux proches de la base à 24h. ou 48h. Ces données serviront de référence pour tester la distribution du CO en utilisant les Glyco-CORM les plus prometteurs.

Chimie. Les évaluations biologiques sur des modèles in vivo nécessiteront de grandes quantités de Glyco-CORMS. De ce fait, les composés qui se sont révélés les plus prometteurs biologiquement parmi la douzaine obtenue selon la 3ème stratégie seront resynthétisés à l'échelle du gramme dans le temps restant. Utilisé comme composé de référence pour ces mêmes expériences, CORM-401 devra également être resynthétisé à l'échelle du multigramme.
Biologie. Les travaux suivants sont prévus pour la période restante : 1) Nous devons continuer à tester en cuvette le nouveau complexe composé de RGTA-CORM. Ceci est conforme à l'objectif fixé pour notre collaboration avec la société OTR3 ; 2) tests in vitro de Glyco-CORM sélectionnés pour leur effet sur le métabolisme dans les cellules, en se concentrant sur la glycolyse et la respiration mitochondriale comme les voies biochimiques les plus importantes pour la production d'énergie qui pourraient être modulées par les composés ; 3) caractérisation in vivo de Glyco-CORM sélectionnés, y compris l'accumulation de CO dans différents organes/tissus, effet sur le métabolisme (résistance à l'insuline-tolérance au glucose) et prise de poids dans un modèle murin d'obésité induite par HFD. Nous espérons que ce travail nous fournira des effets positifs des Glyco-CORM pour contrecarrer les effets négatifs d'un régime riche en graisses sur la prise de poids et le dysfonctionnement métabolique.

Article: Highly sensitive quantification of carbon monoxide (CO) in vivo reveals a protective role of circulating hemoglobin in CO intoxication. Mao Q, Kawaguchi AT, Mizobata S, Motterlini R, Foresti R, Kitagishi H.. Communications Biology, 4(1):425, 2021.
Chapitre: Metal-based carbon monoxide-releasing molecules (CO-RMs) as pharmacologically active therapeutics. Roberta Foresti, Djamal Edine Benrahla, Shruti Mohan, Roberto Motterlini. In: Carbon Monoxide in Drug Discovery: Basics, Pharmacology, and Therapeutic Potential (B. Wang, and L. Otterbein Editors), Wiley Series in Drug Discovery and Development, by John Wiley and Sons, 2022.

Le monoxyde de carbone (CO), qui est produit dans les tissus par la protéine défensive inductible hème oxygénase-1 (HO-1), est un médiateur anti-inflammatoire et cytoprotecteur connu. Notre groupe a été un pionnier dans la découverte de molécules libérant du CO (CO-RMs) pour délivrer des quantités contrôlées de CO dans les systèmes biologiques et a confirmé leur applicabilité thérapeutique dans les maladies vasculaires, ischémiques et inflammatoires. Nous avons récemment publié que les CO-RM agissent comme des découpleurs de la respiration mitochondriale dans différents types de cellules. Dans ce contexte, nos données qui viennent d'être acceptées pour publication montrent que l'administration orale d'un porteur de CO à base de manganèse (CORM-401) stimule la perte de poids et neutralise l'altération du métabolisme chez les souris obèses via un mécanisme impliquant un découplage mitochondrial dans les tissus adipeux. Cet effet rappelle celui des agents de découplage connus pour induire une perte de poids. Étant donné que la délivrance de CO in vivo n’est pas spécifique, nous visons à synthétiser et à évaluer de nouvelles molécules qui dirigent le CO spécifiquement vers les adipocytes afin de maximiser l’efficacité des CO-RM. Pour y parvenir, nous proposons une stratégie visant à développer des CO-RM conjugués à des polysaccharides bioactifs connus pour améliorer la délivrance de médicaments au tissu adipeux. Nous désignerons ces nouvelles entités chimiques sous le nom de «glyco-CORMs».

Sur la base de nos données préliminaires, les principaux objectifs de ce projet sont les suivants:

1) synthétiser des glyco-CORMs en conjuguant des homologues de CORM-401 à des sucres bioactifs en vue de l'administration ciblée de CO dans le tissu adipeux;

2) caractériser in vitro les activités biologiques des glyco-CORMs en se concentrant sur leurs effets sur le métabolisme et l'inflammation des adipocytes;

3) évaluer in vitro et in vivo l'aptitude des glyco-CORMs à cibler préférentiellement les cellules adipeuses et les tissus;

4) évaluer l'efficacité des glyco-CORMs pour réduire le dysfonctionnement métabolique chez les souris obèses.

La réussite de ce projet reposera sur l’expertise et la collaboration synergique entre biologistes possédant une solide connaissance des effets pharmacologiques du CO/CO-RMs sur le métabolisme (Dr Foresti-Coordinator-Partner 1), des chimistes organiques ayant acquis une expérience de la synthèse de CO-RMs hybrides (Dr Rivard-Partner 2) et un partenaire industriel (CarboMimetics) ayant une longue expérience de la chimie du sucre et de la découverte de médicaments (Dr El Hadri-Partner 3). La synthèse de glyco-CORMs est un objectif réalisable car les Dr Foresti et Dr Rivard ont établi une collaboration de longue date basée sur la synthèse réussie de CO-RMs hybrides à des molécules bioactives à l'étude en tant qu'agents anti-inflammatoires. Le consortium appliquera des techniques de pointe développées pour étudier le rôle biologique du CO dans le métabolisme cellulaire (Seahorse Analyzer) et pour évaluer son accumulation préférentielle dans le tissu adipeux in vivo. De plus, pour nos futures applications translationnelles, nous travaillons en partenariat avec CarboMimetics, une société dédiée à la découverte et au développement de fragments de saccharides actifs entièrement synthétiques qui exercent une action thérapeutique contre le diabète et peuvent être conjugués à des CO-RMs. Bien que les CO-RMs aient des effets pharmacologiques incontestés, nous nous attendons à ce que les glyco-CORMs agissent spécifiquement sur le tissu adipeux, créant de nouvelles entités chimiques à appliquer dans le cadre de l'indication clinique définie de l'obésité et des dérangements métaboliques.