Plateformes activables par une enzyme pour une libération ciblée de drogues vers la mitochondrie – MitoRedAct

La mitochondrie est apparue ces dernières années comme une cible thérapeutique d’intérêt. Cet organite des cellules eucaryotes joue un rôle fondamental dans la production énergétique de la cellule. Les désordres qui peuvent intervenir en son sein ont été reliés à une grande diversité de pathologies telles que des maladies neurodégénératives, métaboliques, cardiovasculaires et maladies rares mitochondriales. Ainsi, depuis la fin des années 80, différentes stratégies de vectorisation ont été développées, permettant le transport de substances actives à l’intérieur de la mitochondrie. Elles sont basées sur une association covalente non clivable entre une drogue et une fonction chimique spécifique appelée vecteur mitochondrial. Le nombre grandissant de molécules agissant sur la fonction mitochondriale actuellement en essais clinique ou sur le marché témoigne de l’importance de cet enjeu. Dans le même temps, l’activité de certaines enzymes Red/Ox a pu être mise en évidence dans les mitochondries par microscopie de fluorescence, grâce à la synthèse de sondes fluorogéniques activables enzymatiquement. Le projet MitoRedAct envisage d’utiliser ces activités enzymatiques pour l’activation de pro-drogues dites « mito-ciblées ». A notre connaissance, aucune stratégie de ce type n’a été décrite pour la libération sélective de molécules d’intérêt thérapeutique à l’intérieur de la mitochondrie. La finalité de ce projet est de concevoir puis d’appliquer des stratégies de fonctionnalisation chimique de petites molécules qui permettront leur transport puis leur libération sélectivement à l’intérieur de la mitochondrie. Pour cela des sondes tripartites (architecture moléculaire composée de trois membres) comprenant un déclencheur activable enzymatiquement, un vecteur mitochondrial, et un fluorogène ou une pro-drogue seront conçues et synthétisées. Des espaceurs "auto-immolables" (EAIs) originaux intégrant un motif mito-ciblant seront développés. Ils permettront de faire coïncider l’activation de divers déclencheurs enzymatiques avec la libération d’un fluorophore ou d’une drogue dans la mitochondrie. Le projet MitoRedAct est un projet de chimie thérapeutique qui est conçu autour de deux « workpackages ». Un premier (WP1) vise à la conception et la synthèse d’EAIs pour la construction de pro-drogues mito-ciblées activables par la nitroréductase de Type 1, dont la présence et l’activité dans les mitochondries ont déjà été démontrées. Ils doivent permettre la vectorisation puis la libération d’une grande variété de molécules d’intérêt thérapeutique à l’intérieur de la mitochondrie. La libération sélective de S-adenosyl methionine (SAM) a été choisie comme modèle pour la validation des systèmes de pro-drogue « mito-ciblée » qui auront été préparées. Elle aura pour but de compenser la déficience du transporteur SLC25A26 (nécessaire à l’entrée de SAM dans la mitochondrie), qui engendre un défaut de méthylation intra-mitochondriale à l’origine d’une insuffisance cardiopulmonaire néonatale sévère. Un second workpackage (WP2) aura pour but de trouver de nouvelles activités enzymatiques intra-mitochondriales, pouvant servir d’alternative à la nitroréductase. Cela permettra de diversifier la gamme des pro-drogues mito-ciblées. Dans ce but, des sondes fluorogéniques mito-ciblées seront conçues, synthétisées et testées in vitro et in cellulo. Ces sondes dont le comportement fluorogénique sera induit par l’activité enzymatique ciblée, seront de type intensiométriques « OFF-ON » et/ou ratiométriques afin de visualiser leur activation in cellulo. Des expériences de microscopie confocale seront menées pour localiser le signal lumineux et confirmer le caractère intra-mitochondrial de l’activation enzymatique. L’approche envisagée est exemplifiée dans ce projet par la détection de l’activité azoreductase et pourra facilement être étendue à d’autres activités enzymatiques en modifiant le déclencheur.