Blanc SIMI 7 - Blanc - SIMI 7 - Chimie moléculaire, organique, de coordination, catalyse et chimie biologique

Conception d'agents antipaludiques ciblant les aminopeptidases M1/M17 – MAMMAMIA

Cibles thérapeutiques nouvelles pour lutter contre le paludisme

Le paludisme est toujours une infection parasitaire préoccupante dans les zones intertropicales qualifiées de « ceinture de pauvreté ». Nous nous proposons de participer à cette lutte contre P. falciparum en développant des composés originaux, à un coût raisonnable, qui ciblent deux aminopeptidases (PfA-M1 et PfA-M17) essentielles à différents stades du cycle de reproduction du parasite.

Alternatives pertinentes aux options thérapeutiques actuelles contre le paludisme.

La situation est préoccupante car dans la plupart des régions du monde, la résistance de Plasmodium a rendu inefficaces les anciens médicaments antipaludéens (quinine et chloroquine), vendu à bas prix (prix moyen 0,37$), mettant en péril la lutte antipaludique. Afin de lutter contre l’émergence de ces résistances, l’Organisation Mondiale de la Santé préconise maintenant l’utilisation de combinaison médicamenteuse à base d’artémisinine (ACT) en tant que traitement de première ligne contre le paludisme à P. falciparum. Ces dérivés d’artémisinine sont extrêmement efficaces, mais restent trop chers (prix moyen 4,96$) pour les populations défavorisées. De surcroit la neurotoxicité associée avec leur utilisation ainsi que l’émergence de cas de résistances cliniques (confirmée en 2009 à la frontière entre le Cambodge et la Thaïlande) encourage fortement la communauté scientifique à la découverte d’alternatives viables aux options thérapeutiques existantes. <br />Devant ce besoin urgent, la découverte et le développement de nouvelles cibles thérapeutiques ainsi que de nouvelles molécules, bon marché et non-toxiques, sont requises afin d’étoffer l’arsenal antipaludéen. Récemment, deux aminopeptidases, PfA-M1 et PfA-M17, impliquées dans la dernière étape de la dégradation de l’hémoglobine par Plasmodium, ont émergé comme des candidats potentiels pour la conception d’une nouvelle classe de médicaments antipalustres. Elles sont exprimées à divers stades du cycle de vie de Plasmodium. Cette possibilité de tuer le parasite à divers stades de son cycle de vie rend ces deux aminopeptidases encore plus intéressantes à étudier et à inactiver. C’est là notre principal objectif dans le cadre de ce projet.

L’objectif de ce projet est de synthétiser des inhibiteurs puissants basés sur des châssis moléculaires de type benzosubérone, sélectifs, actifs in vivo, et non toxiques pour l’homme, des deux cibles nouvelles de P. falciparum. Pour être plus ambitieux nous cherchons à concevoir une molécule bon-marché (effort sur les méthodes de synthèse) et administrable par voie orale, pour lutter contre la malaria. C’est un projet de phase de découverte « Hit to Lead » où nous allons concevoir des composés qui vont sélectivement inhiber une enzyme monométallique, puis bimétallique, et le cas échéant et si l’opportunité se présentait un inhibiteur mixte mono-et bimétallique. Pour ce faire nous envisageons de préparer des analogues de l’aminobenzosubérone à optimiser pour une inhibition de PfA-M1 ou PfA-M17 recombinantes, par des voies de synthèse efficaces et rapides, générant facilement de la diversité, et d’évaluer leurs activités et spécificités ainsi que d’évaluer rapidement leurs propriétés pharmacocinétiques (études des propriétés physicochimiques et métaboliques). Afin de mener à bien ce programme des co-cristallisations ligand-récepteur seront explorées afin de guider la synthèse organique.
Ce projet réunit deux partenaires ayant chacun des connaissances uniques dans leurs domaines respectifs : la conception d’inhibiteurs sélectifs des enzymes de la famille M1 et M17 ainsi que la découverte et la caractérisation des ces nouvelles cibles et l’évaluation de l’activité biologique différentielle des molécules les plus actives, sur les différents stades de développement du parasite en culture ainsi que sur des modèles in vivo.

Nous avons conçu et évalué des composés ciblant des enzymes essentielles à la survie de P. falciparum. Ce programme pluridisciplinaire a évolué au cours des 4 années, cherchant de nouvelles compétences pour répondre à de nouveaux questionnements. Il réunit la synthèse organique, la biochimie et biologie moléculaire, la biologie structurale et bien entendu la biologie cellulaire et parasitaire, pour concevoir de nouvelles molécules aux propriétés contrôlées afin de réaliser les premiers essais in vivo et valider l’intérêt de notre approche pour lutter contre le paludisme. Nous avons développé les outils nécessaires pour nous concentrer sur le rôle de l’aminopeptidase PfA-M1 chez le parasite.
Nous avons cloné et produit les enzymes PfA-M1 et PfA-M17 afin d’évaluer in vitro une banque de 50 inhibiteurs de type « aminobenzosuberone » synthétisés au cours de ce programme. La biologie structurale nous a aidé à améliorer leur conception. Nos travaux nous ont amené à nous concentrer rapidement sur PfA-M1. Ses inhibiteurs ont été évalués sur les parasites en culture et deux composés ont été sélectionnés pour déterminer les paramètres ADME et leur biodisponibilité chez la souris. Nous avons réalisé des études in vivo (modèles murins, test de Peter) et une diminution de 40% de la parasitémie a été observée. Ce sont les seuls composés sélectifs de PfA-M1, présentant un effet antiparasitaire in vivo.

Ces études doivent se poursuivre afin d’adapter au mieux, les propriétés intrinsèques des composés développés aux nouveaux rôles biologiques découverts au cours de nos travaux.

6 publications parues, et 6 en cours de rédaction.

Le paludisme est toujours une infection parasitaire préoccupante, endémique dans les zones intertropicales d’Amérique, d’Asie et d’Afrique, qualifiées de « ceinture de pauvreté ». La grande majorité des victimes sont des enfants de moins de 5 ans, un enfant meurt, encore aujourd’hui, toutes les 45 secondes. Les phénomènes de résistance du parasite P. falciparum aux différentes générations de traitements restent un problème majeur, auquel s’ajoute le coût des traitements et donc l’accès au soin dans ces pays de grande pauvreté. Nous nous proposons de participer à cette lutte contre P. falciparum en développant des composés originaux, à un coût raisonnable, qui ciblent deux aminopeptidases (PfA-M1 et PfA-M17) essentielles à différents stades du cycle de reproduction du parasite. Ce projet pluridisciplinaire réuni les compétences uniques de deux partenaires, l’un possédant des composés originaux (à optimiser pour cette application), spécifiques de ces familles de métallo-aminopeptidases, l’autre une connaissance fine du(des) parasite(s) impliqué(s), également à l’origine de la découverte et de la caractérisation de PfA-M1. Nous réunissons ainsi toute l’expérience nécessaire, de la chimie moléculaire aux modèles murins de paludisme. Le consortium que nous avons créé en réunissant deux laboratoires (avec leurs collaborations respectives bien établies) se veut une alternative aux démarches du consortium actuel australo-américain, le seul autre pôle actuel au niveau mondial abordant les cibles que nous décrivons. Notre collaboration, déjà initiée, a montré que les composés de type amino-benzosubérone, sont des « têtes de série » sûres (châssis moléculaire modulable, efficacité de ligand remarquable et activités inhibitrices de la croissance parasite de l’ordre du µM) pour développer de nouveaux « candidats médicaments » encore plus affins. Ainsi, ce programme de recherche sur 4 années s’articule en 4 phases (tâches) interactives menées en parallèle et/ou successives dans le temps, faisant appel à l’expertise de chacun des partenaires:
1. Production et caractérisation des enzymes PfA-M1/M17 recombinantes.
2. Synthèse organique, Chimie médicinale & études ADME (TechmedIll, Strasbourg)
Cristallisation des enzymes avec les composés identifiés afin de générer des données structurales (collaboration avec le SLS à Villingen(S))
3. Activités biologiques des composés :
in vitro : Inhibition (Ki) des enzymes recombinants produites de P. falciparum ainsi que des enzymes humaines de la même famille afin d’étudier la sélectivité
- Choix des composés les plus actifs, ayant le meilleur profil pharmacologique
in cellulo : Inhibition de la croissance des parasites en culture (IC50 & IC90)
Toxicité sur les cellules de mammifère (CD50)
- Choix des composés ayant le meilleur Indice Thérapeutique.
in vivo : Détermination de la toxicité (MTD & MTTD) chez l’animal. Inhibition du développement des parasites in vivo dans des modèles murins du paludisme.
4. Définition précise du mode d’action des nouvelles molécules: Evaluation des composés choisis à différents stades de développement du parasite & évaluation d’une synergie éventuelle avec les antipaludiques actuels.
Ces travaux conduiront à un candidat clinique à la fin des 4 années de recherche, un effort particulier en synthèse organique sera réaliser pour minimiser le coût du traitement final.

Coordinateur du projet

Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Mulhouse - Laboratoire de Chimie Organique et Bioorganique - Université de Haute Alsace - EA 4566 (Laboratoire public)

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

CNRS
Muséum National d'Histoire Naturelle, Molécules de Communication et Adaptation des Micro-organismes, CNRS-MNHN, Equipe Adaptation des Protozoaires à leur Environnement / CNRS
Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Mulhouse - Laboratoire de Chimie Organique et Bioorganique - Université de Haute Alsace - EA 4566

Aide de l'ANR 448 760 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2012 - 48 Mois

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