Molécules de réversion de la résistance aux prodrogues chez M. tberculosis – SMARt-TB

WP1: « Chimie médicinale et optimisation hit to lead ». Dans cette partie du projet, nous nous concentrons sur l'optimisation chimique des molécules SMARt-PRE. Les hits de départ sont optimisés, afin d'améliorer leur puissance, leurs propriétés physico-chimiques et leur profil PK. L'amélioration de la puissance est en effet essentielle pour confirmer l'engagement de cible des composés in vitro.
Parallèlement à l'augmentation de la puissance des composés, l'amélioration de leurs propriétés physico-chimiques et PK sera nécessaire pour mener le projet jusqu'à la preuve de concept in vivo.
WP2: « Identification et validation des cibles ». Cette partie du programme aborde la question essentielle de l'identification des cibles des molécules SMARt-PRE. Une étude transcriptomique a déjà permis d’ouvrir des pistes concernant le mode d'action de ces molécules. Dans un processus parallèle, les composés SMARt-PRE seront utilisés pour sélectionner des mutants de résistants.
WP3: « Profilage in vitro et preuve de concept in vivo ». Les combinaisons boosters/prodrogues seront testées sur M. tb dans des modèles de privation d'oxygène et de nutriments. Le potentiel de ces combinaisons sera évalué in vitro sur des isolats cliniques, y compris sur des souches MDR et XDR. Le mécanisme et la fréquence de résistance seront également évalués in vitro. Enfin, nous validerons ce concept avec un composé SMARt-PRE optimisé, utilisé en combinaison avec le prétomanide, dans un modèle de tuberculose aiguë et chronique chez la souris.

Des souches de M. tb ont été utilisées pour sélectionner des mutants de résistance à la combinaison Prétomanide/SMARt-PRE. Au total, huit clones ont été sélectionnés pour l'extraction d'ADN et le séquençage du génome entier. Le séquençage de l'ARN a été effectué sur M. tb traité avec SMART-PRE seul ou en combinaison avec du prétomanid. Le métabolisme du prétomanide en association avec SMARt-PRE a été étudié par LC-MS/MS avec des souches de M. tb sauvage et résistantes. L'impact de la combinaison sur la paroi cellulaire des bactéries est également à l'étude. La modulation chimique et l’introduction de diversité chimique large à partir du hit SMARt-PRE ont été réalisées avec la synthèse de plus de 150 analogues. La puissance des composés a été évaluée en association avec le prétomanide sur des souches résistantes et sensibles. L'étude des relations structure-activité a conduit à l’identification de composés dont la puissance et de l’ordre du nanomolaire. D'autres explorations chimiques sont toujours en cours. Neuf composés ont été sélectionnés pour un profilage plus complet.

Les avancées réalisées dans la série SMARt-PRE, tant d’un point de la biologie que de l’optimisation par chimie médicinale, vont pouvoir faire l’objet de publications. Une preuve de concept in vivo est également prévue dans les prochains mois.

Communications orales:
1. Léo Faïon, Aurore Dreneau, Kamel Djaout, Marion Prieri, Rosangela Frita, Catherine Piveteau, Benoit Deprez, Marion Flipo, Alain Baulard, Nicolas Willand; Structure-Activity Relationship Studies Within The First Chemical Family Of Boosters Of The Nitroimidazole Anti-Tb Drug Pretomanid; 4th Drug Discovery Day - From Concept to Scale up, Lille, France,17th Dec 2019.

2. Aurore Dreneau, Léo Faïon, Kamel Djaout, Marion Prieri, Rosangela Frita, Catherine Piveteau, Benoit Deprez, Marion Flipo, Alain Baulard, Nicolas Willand; Discovery, Optimization and Biological Evaluation Of The First Boosters Of The Nitroimidazole Anti-TB Drug Pretomanid, 27th SCT Young Research Fellow Meeting, Caen, France, January 29-31 2020.

Posters:
1. Aurore Dreneau, Léo Faïon, Kamel Djaout, Marion Prieri, Rosangela Frita, Catherine Piveteau, Benoit Deprez, Marion Flipo, Alain Baulard, Nicolas Willand; Discovery, Optimization and Biological Evaluation Of The First Boosters Of The Nitroimidazole Anti-TB Drug Pretomanid, 4th Drug Discovery Day - From Concept to Scale up, Lille, France,17th Dec 2019.

2. Léo Faïon, Aurore Dreneau, Kamel Djaout, Marion Prieri, Rosangela Frita, Catherine Piveteau, Benoit Deprez, Marion Flipo, Alain Baulard, Nicolas Willand; Structure-Activity Relationship Studies Within The First Chemical Family Of Boosters Of The Nitroimidazole Anti-Tb Drug Pretomanid; 27th SCT Young Research Fellow Meeting, Caen, France, January 29-31 2020.

Depuis une dizaine d’année, le monde est confronté à une augmentation spectaculaire du nombre et de la diversité des bactéries résistantes aux antibiotiques. Ce phénomène pourrait à terme mettre péril l’ensemble de notre arsenal antibiothérapeutique. La tuberculose est particulièrement concernée par l’émergence de souches multi-résistantes. Ces résistances obligent très souvent les médecins à prolonger la prise en charge des patients et à modifier le cocktail d’antibiotiques en cours de traitement, ce qui retarde d’autant plus la guérison. En outre, si les souches résistantes à tous les antibiotiques sont exceptionnelles, elles constituent une menace importante. Il y a donc aujourd’hui un réel besoin médical pour des approches thérapeutiques innovantes de lutte contre l’antibiorésistance.
Le traitement de la tuberculose repose sur l’usage d’un grand nombre de pro-antibiotiques dont le pyrazinamide (PZA), et les nitro-imidazoles prétomanide et délamanide, qui présentent la particularité d’être actifs sur les bacilles dormants. Néanmoins, l'avenir du PZA est compromis par le taux élevé de souches résistantes circulantes, et malgré qu’ils ne soient encore qu’en phase d’évaluation clinique, les nitro-imidazoles présentent déjà des cas de résistance.
Nos précédentes recherches ont montré qu’il est possible de restaurer chez des souches résistantes la sensibilité au pro-antibiotique éthionamide. Dans le cadre de ce nouveau projet, en utilisant un criblage phénotypique sur bactéries résistantes nous avons identifié de petites molécules appelées SMARtPZA et SMARtPRE (Small Molecules Aborting Resistance) qui permettent, en combinaison avec le PZA et le prétomanide, de lever la résistance à ces deux antibiotiques. Nos premiers résultats suggèrent que les SMARtPRE stimulent des voies alternatives de bioactivation des nitro-imidazoles.
Les principaux objectifs du projet SMARt-TB sont (1) de synthétiser de puissants analogues des SMARt-hits identifiés dans nos criblages, (2) de caractériser les bases moléculaires du mode d'action des hits et des leads SMARtPZA et SMARtPRE, (3) d’identifier les mécanismes de bioactivation du PZA et des nitro-imidazoles mis en jeux au travers de ces nouvelles voies d’activation, (4) de développer des leads « drug-like » permettant d’évaluer le potentiels thérapeutique de cette approche in vivo sur des modèles de souris infectées par des souches de tuberculose résistantes au PZA ou au nitro-imidazoles. Nos objectifs à 42 mois sont donc d’identifier et de valider de nouvelles voies de bioactivation du PZA, du prétomanide, et du délamanide, et de permettre le développement de combinaisons de molécules drug-like permettant de lever la résistance à ces antituberculeux majeurs, voire même de la prévenir.