Vers des sondes et inhibiteurs conçus pour interagir avec hsTY : une voie vers la suppression de la mélanogénèse in vivo – EPIDERMIS

Des méthodes classique de chimie médicinales ont été mobilisées, en particulier la synthèse chimique et les relations structure-activité. Des expériences de docking moléculaire ont été conduites afin de rationaliser les interactions entre les molécules et l'enzyme, en utilisant des modèles d'homologie. En outre, plusieurs tests biologiques et biochimiques ont été progressivement mis en place afin d'étudier de manière approfondie les molécules développées :

— Des tests biochimiques impliquant une réaction enzymatique entre un substrat de l'enzyme et la tyrosinase humaine, avec une détection colorimétrique mesurant la production de DOPAchrome.

— Des tests biochimiques impliquant le même type de réaction avec des lysats cellulaires de cellules humaines de mélanome, permettant une réponse rapide sur système humain sans avoir à purifier l'enzyme elle-même, avec une détection colorimétrique d'intermédiaires de la mélanogenèse.

— Des tests cellulaires sur cellules de mélanome humain, avec un dosage de la production de mélanine après 4 ou 14 jours.

— Des tests de cytotoxicité sur cellules de mélanome humain.

Le projet a permis la synthèse d'environ 150 composés testés. Parmi ces composés, 25 explorent les substitutions du cycle A des aurones, 15 explorent des cycles C alternatifs, avec notamment la déclinaison de la structure initiale vers les autres familles d'hémiindigoïdes, 35 explorent différents groupement potentiellement chélateurs du cuivre au niveau du cycle B. Le reste des molécules synthétisées proposent des combinaisons de modifications inspirées par les composés ci-dessus. Les travaux se sont organisés autour de trois générations successives d'inhibiteurs. La première série était très exploratoire, centrée sur les modifications du cycle A et du cycle C, avec l'identification d'une première molécule "hit" capable d'inhiber la tyrosinase humaine isolée avec un Ki de 0.25 µM, similaire au thiamidol. En revanche, le potentiel de cette molécule sur cellules de mélanome humain restait limité (IC50 = 29 µM), ouvrant un axe d'amélioration pour les composés suivants. Une première étude a été publiée en 2023, regroupant 38 des composés de cette première génération. La deuxième série s'est centrée sur la diversification du substituant en position 4 du squelette indanone hérité de la première génération. Ce travail a permis l'identification de nouveaux composés 4-amino ou 4-amido, combinant d'excellents résultats sur lysats cellulaires humains (IC50 = 0,14 µM) et sur cellules entières (IC50 = 3,2 µM à 4 jours, et 0,77 µM à 14 jours, des valeurs proches de celles du thiamidol). Une deuxième étude a été publiée en 2024 sur 18 de ces composés de deuxième génération. À chaque fois, des expériences de modélisation moléculaire ont permis de déterminer une géométrie de fixation cohérente au site actif de l'enzyme. Enfin, une troisième génération a été développée concernant les variations sur le cycle B, qui se trouve en interaction avec les atomes de cuivre de l'enzyme. De très bons résultats ont été obtenus sur lysats cellulaires, avec néanmoins une toxicité plus prononcée sur cellules. Des expériences sont en cours pour finaliser cette étude par le tests des meilleurs composés sur hsTYR isolée. Une publication regroupant 46 composés de cette troisième génération est en cours de préparation.

Le projet ouvre d'importantes perspectives. D'une part, les meilleurs molécules obtenus dans le cadre du projet vont faire l'objet d'une évaluation plus poussée sur la base de tests sur mélanocytes sains et d'évaluation réalisées sur explants de peau. Les résultats obtenus permettront de déterminer le potentiel préclinique des molécules développées, et d'envisager de futurs développements. Par ailleurs, les hémiindigoïdes étant également une classe importante de photoswitchs, des perspectives intéressantes seront explorées en photopharmacolgie. En effet, la localisation de la tyrosinase dans la peau en fait une cible privilégiée pour un contrôle de l'activité par la lumière, qu'autorise le squelette employé. Les premiers essais se heurtent à la difficulté d'obtenir un cycle B à la fois capable d'interagir avec le cuivre, et de promouvoir le photoswitch, mais des efforts sont actuellement en cours afin de surmonter cet obstacle, pour investir ce développement plus ambitieux du projet initial en terme de contrôle de l'activité.

B. Roulier, B. Pérès, R. Haudecoeur. Advances in the design of genuine human tyrosinase inhibitors for targeting melanogenesis and related pigmentations. J. Med. Chem. 2020, 63, 13428–13443

La tyrosinase humaine (hsTY) est une métalloenzyme impliquée dans la synthèse des principaux pigments de la peau, les mélanines, et en particulier dans les deux étapes clé de cette biosynthèse : les oxydations successives de la L-tyrosine et de la L-DOPA. Une production anarchique de mélanines est associée à plusieurs pathologies, notamment à divers types d’hyperpigmentations, ainsi qu’à l’émergence d’une résistance du mélanome aux thérapies anticancéreuses. L’inhibition de la tyrosinase est une stratégie bien établie pour contrôler la production de mélanine in vivo, mais la grande majorité des inhibiteurs décrits ont été conçus d’après des modèles non pertinents, comme la tyrosinase de champignon, disponible facilement dans le commerce mais qui ne présente que peu d’homologie avec hsTY, et dont l’interaction avec inhibiteurs et substrats a été décrite comme très différente. Ainsi, les agents dépigmentant largement utilisés dans le monde, comme l’acide kojique, ont presque tous montré une activité très faible sur hsTY, et sont par conséquent utilisés à de grandes concentrations en dermocosmétique chez l’Homme, menant à des effets secondaires nocifs voire cancérigènes. Tirant parti des récentes avancées réalisées dans la connaissance de la structure de hsTY ainsi que sur les nouveaux protocoles de production à plus large échelle, nous nous appuierons sur le squelette aurone, qui a déjà démontré un potentiel contre hsTY (un dérivé d’aurone figure parmi les inhibiteurs décrits les plus actifs), pour concevoir de manière rationnelle de nouveaux agents sélectifs, actifs dans un contexte cellulaire et en tests précliniques, en nous affranchissant complètement des tests sur systèmes non-humains. En outre, le squelette aurone ayant déjà été utilisé pour le développement de sondes fluorogéniques de biomolécules dans le cadre de travaux préliminaires, l’utilisation d’analogues appropriés permettra une détection spécifique de hsTY en milieu biologique se basant sur une stratégie de « turn-on » au contact de la cible. Cette détection sera basée sur la structure spécifique de la protéine humaine, et non sur son activité catalytique, comme c’est le cas de la totalité des sondes de tyrosinase développées à ce jour, ce qui soulève des problèmes d’interférence, notamment avec les ROS (« Reactive Oxygen Species ») et avec des enzymes à activité très proches (par exemple la tyrosine hydroxylase). Ainsi, ces biocapteurs innovants conduiront potentiellement à des outils d'analyse plus fiables en milieu humain, notamment pour la détection spécifique de hsTY dans des contextes de mélanome et de maladie de Parkinson.