Complexes de Mn à activité antioxydante : conception, évaluation et délivrance intestinale pour le contrôle des maladies inflammatoires – MAGIC

Le projet MAGIC a impliqué des développements en chimie de synthèse des mimes de SOD :
-une série de mimes purement artificiels, sur lesquels nous avons travaillé pour améliorer l’activité, l’adressage cellulaire mais aussi la stabilité (inertie) en contexte cellulaire.
-une série de mimes peptidiques, pour lesquels une approche combinatoire avec une criblage par l’activité a été mise en place.
Des approches en biologie cellulaire ont permis de tester l’activité de ces composes directement dans un environnement biologique. Ces composés sont destinés à restaurer la vie normale d’une cellule en situation de stress oxydant. La plupart des composés métalliques aujourd’hui utilisés en chimie médicinale inorganique sont mis à profit pour leurs propriétés de toxicité : anti-cancéreux destinés à tuer les cellules cancéreuses, anti-bactériens destinés à tuer les bactéries, anti-fongiques destinés à tuer les champignons, anti-parasitaires destinés à tuer des parasites. Au contraire, avec la série des mimes de SODs nous souhaitons avoir des composés non toxiques qui restaurent l’équilibre redox de la cellule. Il nous a donc fallu mettre au point des tests spécifiques bien distincts de ceux de la littérature. Comme l’activité biologique dépend (a) de la quantité qui a pénétré dans les cellules, (b) de la localisation intracellulaire, nous avons mis en place des méthodes de quantification des complexes dans les cellules et d’imagerie intracellulaire. L’étude de la question de la spéciation (nature des complexes) en contexte cellulaire a pu être amorcée en fin de projet et est encore en cours (deux articles, un en révision et un en cours de préparation).
Une dernière frontière est le passage in vivo. Nous l’avons abordée avec un modèle murin de colite. Il a fallu réfléchir à des méthodes de délivrance dans l’intestin en évitant la destruction acide lors du passage par l’estomac, qui ne pourront pas être explicité ici (brevet envisagé).
Globalement, le projet MAGIC a été l’occasion de développements pluridisciplinaires comme anticipé. Il a permis d’ouvrir de nouvelles pistes de recherche (voir paragraphe perspective plus bas), et a vu ont pérennisé la collaboration entre les trois équipes.

Dans la mouvance d'études récentes de chimie dans la cellule, le projet MAGIC a visé à contrôler et à caractériser les petits complexes métalliques dans des cellules. C'est un champ émergent en chimie inorganique biologique pour lequel nous devons transposer aux cellules les savoirs acquis dans le ballon du chimiste. Améliorer la pénétration cellulaire, contrôler l'adressage sub-cellulaire des SODm sont de réels défis, comme l'est la détermination de la spéciation de ces SODm dans les cellules. Les techniques physico-chimiques de quantification et d'imagerie des cations métalliques à l'échelle sub-cellulaire sont en pleine expansion : nous avons utilisé, outre l'imagerie conventionnelle de fluorescence avec des complexes marqués, des techniques innovantes comme la microfluorescence X pour la cartographie sub-cellulaire directe du Mn.
Outre la mise au point de complexes métalliques à activité SOD avec une activité et une stabilité en contexte biologique améliorées, le projet a permis la mise en place et l’optimisation de méthodes d’évaluation en contexte biologique de ces mimes de SODs : non toxicité, propriétés anti-inflammatoires liées au propriétés anti-oxydantes, possibilité de corréler à la distribution cellulaire et à la quantité intracellulaire, premières approches de l’étude de la spéciation intracellulaire, études prometteuses sur modèle murin et premières approches de question de délivrance.
Des résultats intéressants ont été obtenus, tant du point de vue de la conception rationnelle ou combinatoire des mimes de SODs que de leurs études en contexte biologique, avec d’importantes avancées en imagerie et sur la question de la spéciation (publications en cours d’écriture).

Le projet a été l’occasion, pour le développement des mimes peptidiques, de la consolidation d’un partenariat avec l’équipe du Pr. V. Pecoraro (Michigan Univ.) avec des échanges d’étudiants (voir publication). Il a aussi permis d’explorer d’autres propriétés des mimes de SODs : comme adjuvant limitant les effetssecondaires de l’oxaliPt, comme inhibiteur des effets du Cu(II) dans le processus de génération de plaques Aß par échange métallique (Cu-Mn) avec des partenaires français (CNRS Toulouse, LCC et hôpital Cochin).
Des résultats prometteurs ont été enregistrés et vont faire l’objet d’un nouveau financement ANR à partir d’avril 2022, porté par l’un de nous (P. Seksik) et avec un consortium similaire, projet cette fois plus centré sur les applications bio-médicales. En parallèle, un projet de l’équipe ENS très tourné vers les développements analytiques (spéciation et imagerie des complexes métalliques en conditions cellulaires ; études fonctionnelles des voies d’action ; criblage) a aussi vu le jour et a été financé par l’ANR avec un démarrage en avril 2021.

-Production scientifique

SOD mimics: from the tool box of the chemists to cellular studies, C. Policar*, J. Bouvet, H. C. Bertrand, N. Delsuc, Curr. Op. Chem. Biol., April. 2022, ASAP (IF 2021: 7.64)

Evaluation of the compounds commonly known as superoxide dismutase and catalase mimics in cellular models, A. Vincent, M. Thauvin, E. Quévrain, E.Mathieu, S.Layani, P. Seksik, I. Batinic-Haberle, S. Vriz, C. Policar,* N. Delsuc*, Journal of Inorganic Biochemistry, 219, 2021, 111431, IF(2020) 3.94 doi.org/10.1016/j.jinorgbio.2021.111431

Intracellular location matters: rationalization of the anti-inflammatory activity of a manganese(II) superoxide dismutase mimic complex, E. Mathieu […] P. Seksik, N. Delsuc, Clotilde Policar*, Chem.Commun., 2020, 56, 7885 - 7888, IF(2020) 5.996, doi.org/10.1039/D0CC03398G

Anti-inflammatory activity of superoxide dismutase mimics functionalized with cell-penetrating peptides, E. Mathieu […] P. Seksik, N. Delsuc, C. Policar*, Dalton trans, 2020, 2323-2330, IF(2020) 4.174, doi: 10.1039/c9dt04619d

An easy-to-implement combinatorial approach involving an activity-based assay for the discovery of a peptidyl copper complex mimicking superoxide dismutase, A. Vincent, J. Rodon-Fores, E. Tauziet […] P. Seksik, […] C. Policar and N. Delsuc*, Chem. Commun., 2020, 56, 399-402, IF(2018-19) 6.164, doi : 10.1039/C9CC07920C

Rational De Novo Design of a Cu-Metalloenzyme for Superoxide Dismutation; E.Mathieu, C. Policar*, and V. Pecoraro*, Chem. Eur. J., 2020, 26, 249-258, IF(2018-19) 5.16, doi.org/10.1002/chem.201903808

Oxaliplatin-induced neuropathy: The preventive effect of a new Super-Oxide Dismutase modulator ; M.-A. Guillaumont, […] H. C. Bertrand, […] C. Policar, R. Coriat, Oncotarget, 2019, 10, 6418-6431, IF(2016) 5.06, doi.org/10.18632/oncotarget.27248

A metallo pro-drug to target Cu(II) in the context of Alzheimer’s disease A. Conte-Daban, […] N. Delsuc, C. Policar* and C. Hureau*, Chem. Eur. J., 2018, 24, 5095 –5099 ; IF(2018) 5.16 ; doi : 10.1002/chem.201706049

A cell-penetrant manganese SOD-mimic is able to complement MnSOD and exerts an anti-inflammatory effect on cellular and animal models of inflammatory bowel diseases, E. Mathieu, […], N.Delsuc, […], F. Chain, P. Langella, […], P. Seksik, and C.Policar*, Inorg Chem. 2017, 56, 2545-2555 ; IF(2017) 4.86 ; doi: dx.doi.org/10.1021/acs.inorgchem.6b02695

-Vulgarisation

Conférence théâtralisée «Les métaux, la vie et le chimiste», C. Policar, la Reine Blanche cycle «Des savants sur les planches»

Publication d’un «highlight» dans la newsletter de la Société Chimique de France Publication d’un «highlight» sur le site du CNRS, en direct des laboratoires

Interview sur France Culture, Emission divers aspects de la pensée contemporaine 22 mai 2016

Emission de télévision : E=M6 23 septembre 2020 «les mystères du ventre».
Conférence Pilège 30 mars 2021: conférence grand public sur ‘inflammation et MICI’

Les superoxyde-dismutase (SODs) sont des métalloenzymes impliquées dans la protection cellulaire contre le stress oxydant. Leur activité catalytique de dismutation du superoxyde peut être reproduite par des complexes de Mn de bas poids moléculaire, dits mimes de SOD (SODm). Les caractéristiques générales des SOD (potentiel redox, attraction électrostatique du superoxyde, compartimentation sub-cellulaire) peuvent servir de guide pour la conception de SODm efficaces. Le stress oxydant, d'origine essentiellement mitochondriale, est impliqué dans l'inflammation et dans les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin (MICI), qui ont été choisies comme cible biologique. Nous développerons des SODm directement inspirés de la SOD à manganèse mitochondriale et pouvant exercer un effet anti-inflammatoire via une action anti-oxydante intracellulaire. Nous les étudierons sur des modèles cellulaires du stress oxydant dans les MICI. Ce projet suppose plusieurs étapes. Tout d'abord, nous conjuguerons un SODm déjà développé au sein du consortium, et dont l'activité a été démontrée en milieu cellulaire, à différents vecteurs et sondes pour obtenir une série de complexes de pénétration cellulaire ajustable, avec des possibilités d'adressage sub-cellulaire, et détectables dans les cellules. Leur activité intrinsèque vis-à-vis du superoxyde sera déterminée. Nous évaluerons leurs effets sur différents modèles cellulaires pertinents pour les MICI, à savoir des cellules épithéliales et des monocytes/macrophages, en mesurant des marqueurs du stress oxydant et de l'inflammation ainsi que les espèces réactives dérivées du dioxygène. Quels sont les principaux défis de ce projet ? Dans la mouvance d'études récentes de chimie dans la cellule, il vise à contrôler et à caractériser les petits complexes métalliques dans des cellules. C'est un champ émergent en chimie inorganique biologique pour lequel nous devons transposer aux cellules les savoirs acquis dans le ballon du chimiste. Améliorer la pénétration cellulaire, contrôler l'adressage sub-cellulaire des SODm sont de réels défis, comme l'est la détermination de la spéciation de ces SODm dans les cellules. Les techniques physico-chimiques de quantification et d'imagerie des cations métalliques à l'échelle sub-cellulaire sont en pleine expansion : nous utiliserons, outre l'imagerie conventionnelle de fluorescence avec des complexes marqués, des techniques innovantes comme la microfluorescence X pour la cartographie sub-cellulaire directe du Mn. Cela conduira à une avancée en chimie bio-inorganique dans la mesure où peu d'informations sont aujourd'hui disponibles sur la distribution intracellulaire de SODm. Cette approche donnera des pistes pour l'amélioration de SODm à activité antioxydante intracellulaire. Ce projet de développement de SODm, avec leur évaluation cellulaire, leur quantification et cartographie intracellulaire, impliquera un consortium rassemblant les expertises pluridisciplinaires requises, à la fois des chimistes, des spectroscopistes, des biologistes cellulaires et des médecins.