9
© 2007. Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés Ann Pharm Fr 2007, 65 : 5-13 5 Glycochimie et thérapeutique Les Iminosucres : applications thérapeutiques actuelles et futures O. Martin, Résumé. Le remplacement du cycle oxygéné (pyranose, furanose) des structures monosaccharidiques par un cycle azoté (pipéridine, pyrrolidine) conduit à une classe de « gly- comimétiques » particulièrement intéressante : les iminosu- cres. La première synthèse par le Pr Hans Paulsen en 1966 d’un tel analogue de sucre (le 5-amino-5-désoxy-D-glucose) a été suivie par la découverte au Japon, quelques mois plus tard, de ce produit dans des extraits bactériens par S. Inouye, dès lors appelé nojirimycine. Si de modestes pro- priétés antibiotiques avaient été mises en évidence dès 1966 par les chercheurs japonais, ce sont les chimistes de la société Bayer qui ont découvert à partir de 1976 que les iminosucres étaient de puissants inhibiteurs de glycosida- ses. Depuis, ces composés ont fait l’objet d’un grand nom- bre d’études et d’autres activités biologiques ont été mises en évidence, par exemple l’inhibition de glycosyl transféra- ses, de la glycogène phosphorylase, de purine nucléoside phosphorylases, entre autres. Le premier agent thérapeuti- que de cette famille est le Miglitol ® , utilisé pour moduler l’absorption des sucres en cas de diabète non-insulino- dépendant ; un deuxième iminosucre a été récemment mis sur le marché, la N-butyl-1-désoxynojirimycine, sous le nom de Zavesca ® , pour le traitement de maladies lysosomiques (maladie de Gaucher). D’autres applications thérapeutiques sont actuellement en cours d’étude, par exemple pour le trai- tement de certains cancers, de la maladie de Fabry, d’infec- tions virales (hépatite B). Mots-clés : Iminosucres, Inhibiteurs de glycosidases, Dia- bètes, Maladies Lysosomiques, Maladies virales. Summary. The replacement of the oxygen-containing ring (pyranose, furanose) of monosaccharides by a nitrogen- containing ring (pyrrolidine, piperidine) leads to a particularly interesting class of glycomimetics : iminosugars. The first synthesis of such a sugar analog by Prof. H. Paulsen in 1966 (5-amino-5-deoxy-D-glucose) was followed by the discovery in Japan, a few months later, of the same compound from bacterial extracts by S. Inouye. The compound was named nojirimycin. Whereas this compound was shown in 1966 to exhibit modest antibiotic activities, the properties of imino- sugars as powerful glycosidase inhibitors were discovered only many years later (1976) by chemists at Bayer. Since then, these compounds have been extensively studied and other biological properties have been discovered : inhibition of glycosyltransferases, of glycogen phosphorylase, of purine nucleoside phosphorylases, etc. The first therapeutic agent of this family is Miglitol ® , a drug that is used to modu- late sugar absorption in the case of non-insulin-dependent diabetes ; a second iminosugar has been recently put on the market, N-butyl-1-deoxynojirimycin, under the trade name Zavesca ® , for the treatment of lysosomal diseases (Gaucher disease in particular). Other therapeutic applications are under investigations, for example for the treatment of cer- tain forms of cancer, of Fabry disease and viral infections (hepatitis B). Key-words: Iminosugars, Glycosidase Inhibitors, Diabetes, Lysosmal Diseases, Viral Diseases. Iminosugars: current and future therapeutic applications. O. Martin. Ann Pharm Fr 2007, 65 : 5-13. ICOA, Cnrs & Université d’Orléans, BP 6759, F 45067 Orléans Cedex. Présentation devant l’Académie nationale de pharmacie, séance du 18 janvier 2006. Correspondance : O. Martin, à l’adresse ci-desssus. E-mail : [email protected]

Les Iminosucres : applications thérapeutiques actuelles et futures

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Page 1: Les Iminosucres : applications thérapeutiques actuelles et futures

© 2007. Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés Ann Pharm Fr 2007, 65 : 5-13

5

Glycochimie et thérapeutiqueLes Iminosucres : applicationsthérapeutiques actuelles et futures

O. Martin,

Résumé.

Le remplacement du cycle oxygéné (pyranose,

furanose) des structures monosaccharidiques par un cycle

azoté (pipéridine, pyrrolidine) conduit à une classe de « gly-

comimétiques » particulièrement intéressante : les

iminosu-

cres

. La première synthèse par le Pr Hans Paulsen en 1966

d’un tel analogue de sucre (le 5-amino-5-désoxy-D-glucose)

a été suivie par la découverte au Japon, quelques mois plus

tard, de ce produit dans des extraits bactériens par

S. Inouye, dès lors appelé

nojirimycine

. Si de modestes pro-

priétés antibiotiques avaient été mises en évidence dès

1966 par les chercheurs japonais, ce sont les chimistes de

la société Bayer qui ont découvert à partir de 1976 que les

iminosucres étaient de puissants inhibiteurs de glycosida-

ses. Depuis, ces composés ont fait l’objet d’un grand nom-

bre d’études et d’autres activités biologiques ont été mises

en évidence, par exemple l’inhibition de glycosyl transféra-

ses, de la glycogène phosphorylase, de purine nucléoside

phosphorylases, entre autres. Le premier agent thérapeuti-

que de cette famille est le

Miglitol

®

,

utilisé pour moduler

l’absorption des sucres en cas de diabète non-insulino-

dépendant ; un deuxième iminosucre a été récemment mis

sur le marché, la

N

-butyl-1-désoxynojirimycine, sous le nom

de

Zavesca

®

, pour le traitement de maladies lysosomiques

(maladie de Gaucher). D’autres applications thérapeutiques

sont actuellement en cours d’étude, par exemple pour le trai-

tement de certains cancers, de la maladie de Fabry, d’infec-

tions virales (hépatite B).

Mots-clés :

Iminosucres, Inhibiteurs de glycosidases, Dia-bètes, Maladies Lysosomiques, Maladies virales.

Summary.

The replacement of the oxygen-containing ring

(pyranose, furanose) of monosaccharides by a nitrogen-

containing ring (pyrrolidine, piperidine) leads to a particularly

interesting class of glycomimetics : iminosugars. The first

synthesis of such a sugar analog by Prof. H. Paulsen in 1966

(5-amino-5-deoxy-D-glucose) was followed by the discovery

in Japan, a few months later, of the same compound from

bacterial extracts by S. Inouye. The compound was named

nojirimycin

. Whereas this compound was shown in 1966 to

exhibit modest antibiotic activities, the properties of imino-

sugars as powerful glycosidase inhibitors were discovered

only many years later (1976) by chemists at Bayer. Since

then, these compounds have been extensively studied and

other biological properties have been discovered : inhibition

of glycosyltransferases, of glycogen phosphorylase, of

purine nucleoside phosphorylases, etc. The first therapeutic

agent of this family is

Miglitol

®

,

a drug that is used to modu-

late sugar absorption in the case of non-insulin-dependent

diabetes ; a second iminosugar has been recently put on the

market,

N

-butyl-1-deoxynojirimycin, under the trade name

Zavesca

®

, for the treatment of lysosomal diseases (Gaucher

disease in particular). Other therapeutic applications are

under investigations, for example for the treatment of cer-

tain forms of cancer, of Fabry disease and viral infections

(hepatitis B).

Key-words:

Iminosugars, Glycosidase Inhibitors, Diabetes,Lysosmal Diseases, Viral Diseases.

Iminosugars: current and future therapeutic applications.

O. Martin.

Ann Pharm Fr

2007,

65

: 5-13.

ICOA, Cnrs & Université d’Orléans, BP 6759, F 45067 Orléans Cedex.

Présentation devant l’Académie nationale de pharmacie, séance du 18 janvier 2006.

Correspondance :

O. Martin, à l’adresse ci-desssus.

E-mail : [email protected]

Page 2: Les Iminosucres : applications thérapeutiques actuelles et futures

O. Martin

6

Préambule

Le simple échange de l’oxygène endocycliquedans les structures monosaccharidiques par unatome d’azote conduit à une classe de composésremarquables, connue sous le nom génériqued’iminosucres [1]. La synthèse d’analogues desucres basés sur un hétérocycle comportant unhétéroatome autre que l’oxygène (N, S, P :« hétérosucres ») était dans les années 60 unexercice académique destiné à mettre en évi-dence l’habileté des chimistes à modifier la struc-ture des sucres ! Les travaux de pionnier duPr Hans Paulsen (Université de Hambourg) dansce domaine ont ainsi conduit aux premiersexemples d’iminosucres [2]. La découverte de la

nojirimycine

(5-amino-5-désoxy-D-glucose,

1

) dansdes extraits bactériens par S. Inouye en 1966 [3],quelques mois après la publication des travauxde Paulsen, a été le point de départ de l’étude decette vaste classe de produits naturels, qui peu-vent aussi être considérés comme des alcaloïdespolyhydroxylés. Les iminosucres n’ont cepen-dant déclenché un très grand intérêt et des étu-des biologiques approfondies qu’à la suite de lamise en évidence par les chimistes de Bayer, en1976, de leurs propriétés comme inhibiteurs deglycosidases.

Après une brève revue de la structure et despropriétés des iminosucres, leur intérêt commeagents thérapeutiques pour le traitement desmaladies lysosomiques sera décrit, avec des résul-tats tirés de nos propres travaux. D’autres appli-cations thérapeutiques actuelles et futures serontprésentées de façon plus succincte.

Il est à noter que le terme « iminosucre » estutilisé de facon abusive : les seuls vrais iminosu-cres sont les composés apparentés à la nojirimy-cine, qui sont, comme les sucres, des entités àcaractère réducteur. Cependant ces hémiami-nals ne sont pas très stables (ils peuvent sedégrader en pyridines !) et la grande majoritédes travaux dans ce domaine ont été réalisés surdes 1-désoxy-iminosucres, comme par exemplela 1-désoxynojirimycine (

2

, DNJ), composéscomplètement stables mais qui sont en fait desiminoalditols.

Iminosucres : structure et propriétés

Les iminosucres forment une classe de produitsnaturels très répandus dans les plantes et lesmicro-organismes [4]

(fig. 1)

. La NJ

(1)

a été iso-lée en 1966 comme antibiotique produit par

S. roseochromogenes

et

S. lavendulae

et ses épimères

manno

(mannojirimycine) et

galacto

(galactosta-tine) ont aussi été identifiées dans des cultures de

Streptomyces

. La DNJ

(2)

et ses

α

- et

β

-glucosidessur la plupart des positions ont été isolés d’espè-ces du genre

Morus

(

mulberry tree

) et de nom-breux dérivés et épimères, comme par exemplela 1-désoxymannojirimycine et la fagomine

(3)

ont été observés dans des plantes variées prove-nant aussi bien de climats tropicaux que de cli-mats tempérés. L’

α

-homonojirimycine

(4)

a étéisolée en 1988 à partir d’une liane d’origine tro-picale (

Omphalea diandra

) ; on note que sondérivé 7-

O

-

β

-glucosylé, qui avait été conçu etpreparé comme médicament potentiel pour letraitement de l’hyperglycémie [5], a été identifiéensuite dans les plantes d’

Aglaonema treubii

etdans les bulbes de jacinthes. Il existe plusieursexemples de composés dans cette famille dont lasynthèse a précédé leur isolement de sourcesnaturelles.

Un certain nombre de pyrrolidines analoguesde furanoses ont été également été mises en évi-dence comme, par exemple, la DMDP (

5

), unmime du D-fructofuranose, dans les feuilles de

Figure 1. Iminosucres, iminoalditols et produits naturelsapparentés.Iminosugars, iminoalditols and natural derivatives.

OHN

CH2OH

HO

OH

H

OH

OHN

CH2OH

HO

OH

H OHN

CH2OH

OH

H

OHN

CH2OH

HO

OH

H

CH2OH

NH

HO

OH OH

OH

N

OH

OH

OH

OHH

N

OHH

OH

OH

NH

HOCH2

OH

HO

CH2OH

OHH

OH

N

CH2OH

OH

1 2 3

6

7 8

4

7

5

9

Page 3: Les Iminosucres : applications thérapeutiques actuelles et futures

Iminosucres

7

Derris elliptica

, des analogues

N

-alkylés et descomposés à chaîne plus longue comme un 2,5-didésoxy-2,5-iminoheptitol isolé en 1997 et équi-valent à une forme contractée de (

4

).À partir de 1988, des structures particulière-

ment remarquables d’iminosucres à squelette denortropane ont été isolées d’espèces comme

Atropa belladona

ainsi que dans des convolvula-cées : ces composés ont été appelés

calystegines

(par exemple le composé

6

) et ont tous un carac-tère d’hémiaminal bicyclique. Des travaux récentsont révélé que certaines calystégines sont présen-tes dans de nombreux fruits et légumes de l’ali-

mentation humaine, en particulier dans les pommes

de terre (plus de 70 variétés testées).Des structures bicycliques apparentées aux imi-

nosucres ont été isolées avec la découverte en 1979de la castanospermine (

7

) et de la swainsonine (

8

),deux indolizidines apparentées respectivement à laDNJ et au 1,4-didésoxy-1,4-imino-D-mannitolqui ont fait l’objet de nombreux travaux [6]. Cescomposés sont à l’origine de la toxicité de certainesplantes, telles que

Castanospermum australe

(châtai-gnier de la baie de Moreton ou d’Australie) pourle bétail, provoquant des troubles de la coordi-nation et des tremblements (« locoïsme »). Denombreuses pyrrolizidines également très voisinesdes iminosucres en série pyrrolidine ont été iden-tifiées, comme par exemple l’australine (

9

) dans

C. australe

. Plusieurs pyrrolizidines ont été isoléesd’un arbre bien connu aux Indes (

Eugenia jambo-lana

) pour les vertus thérapeutiques de ses graines,feuilles et fruits contre le diabète et les infectionsbactériennes.

Les activités biologiques variées des iminosu-cres sont principalement dues au fait que cescomposés sont de puissants inhibiteurs de glyco-sidases : les iminosucres miment le substrat desglycosidases et, du fait de la protonation de lafonction amine dans les conditions de pH voisinde la neutralité, portent une charge positive quientraîne une forte interaction avec les fonctionscarboxylates du site actif. De plus, l’espèce char-gée est un mime de l’intermédiaire oxocarbé-nium (ou de l’état de transition à caractèreoxocarbénium) impliqué dans le mécanisme del’hydrolyse [7]. Les iminosucres sont des inhibi-teurs compétitifs qui peuvent être extrême-ment efficaces, avec des

K

i

pouvant atteindre des

valeurs de l’ordre du pM dans des structures opti-misées.

Comme les glycosidases participent à un grandnombre de procédés biologiques, la possibilité dedévelopper des agents thérapeutiques pour cer-taines pathologies à partir d’iminosucres a étérapidement appréciée. Ainsi, l’inhibition desglucosidases intestinales responsables de la frag-mentation des sucres alimentaires en monosac-charides (sucrase, maltase, isomaltase, etc.) offreun moyen de réguler l’absorption des sucres, etde tels inhibiteurs peuvent être utilisés pour trai-ter oralement les complications associées à undiabète de type 2. L’acarbose (Glucobay

®

), unpseudooligosaccharide comprenant un carbasu-cre qui est un inhibiteur puissant de la sucraseintestinale, a été mis sur le marché en 1990 dansce but. Plus récemment, les études de la sociétéBayer sur la DNJ et ses dérivés ont conduit àl’identification du Miglitol

®

(=

N

-hydroxyéthylDNJ) comme agent pour traiter le diabète detype 2 [8]. Le Miglitol a l’avantage par rapport àl’acarbose d’être presque entièrement absorbé àtravers la paroi intestinale et d’avoir un effetinterne en plus de son effet sur les glucosidasesintestinales (inhibition de la production d’insu-line induite par le glucose). Ce composé est lepremier exemple d’iminosucre commercialisécomme agent thérapeutique. Il est intéressant denoter que les feuilles de

mulberry

, qui contien-nent des iminosucres dont la DNJ, ont été utili-sées en médecine traditionnelle chinoise pourtraiter le diabète.

Des glycosidases cellulaires jouent un rôleessentiel dans la biosynthèse des glycoprotéinesen permettant l’élaboration du motif glycane parune série de coupure de liaisons glycosidiques(processus de

trimming

) suivies de la formation denouvelles liaisons glycosidiques par l’action de gly-cosyltransférases. Ces transformations ont lieu auniveau du reticulum endoplasmique et de l’appa-reil de Golgi, et sont essentielles pour la matura-tion et le contrôle de qualité des glycoprotéinesportant des N-glycanes. De nombreux travaux ontété consacrés à l’étude des inhibiteurs de ces gly-cosidases [9] : en effet de tels composés sontcapables de moduler la structure des glycanes deglycoprotéines de la surface des cellules et parconséquent de moduler d’importants procédéscellulaires. La forte activité antimétastatique de

Page 4: Les Iminosucres : applications thérapeutiques actuelles et futures

O. Martin

8

la swainsonine, un inhibiteur puissant de la man-nosidase II, l’activité antivirale de la castanosper-mine, en particulier sur le VIH, et d’autresactivités intéressantes de ce composé commeimmunomodulateur et comme anti-inflamma-toire sont des conséquences probables de l’alté-ration de la structure de glycoprotéines et lepotentiel thérapeutique de tels composés est trèsimportant.

Les glycosidases lysosomiques forment uneautre classe de glycosidases cellulaires ; l’utilitéd’inhibiteurs de ces glycosidases sera traitée plusen détail dans les sections suivantes.

Thérapie SRT des maladies

lysosomiques : Zavesca

®

et analogues

Le deuxième dérivé d’iminosucre mis récemmentsur le marché est la

N

-butyl DNJ (NB-DNJ), sousle nom de Zavesca

®

(miglustat,

Actelion Pharma-ceuticals

, approuvé par la FDA en juillet 2003). Cecomposé est utile pour le traitement de la maladiede Gaucher, et peut-être également d’autresmaladies lysosomiques, par le fait que c’est uninhibiteur de la glucosylcéramide synthase [10].

La maladie de Gaucher ainsi que les autres gly-cosphingolipidoses sont des maladies génétiquesrares dues à la déficience de glycosidases impli-quées dans le catabolisme des glycosphingolipi-des (GSL) au niveau du lysosome. La maladie deGaucher est liée spécifiquement à des mutationsde la

β

-glucocérébrosidase (mutation la plus cou-rante : N370S), qui est responsable de la dernièreétape de l’hydrolyse des GSL en libérant le glu-cose et le céramide. Il s’agit d’une maladie orphe-line qui touche environ une personne sur 50 000dans le monde (environ 400 cas en France en2005), et jusqu’à une personne sur 500 dans lespopulations juives ashkénazes (une personne sur10 porteuse du gène muté). Un des symptômesles plus courants est l’augmentation du volumede la rate (de 4 à 70 fois) résultant de l’accumu-lation de glucosylcéramide. Le seul traitementexistant avant Zavesca était une enzymothérapie(ERT : thérapie par remplacement de l’enzyme)qui consiste à injecter aux patients de l’enzymerecombinante (Cerezyme

®

, Genzyme), thérapie

extrêmement coûteuse et limitée aux formesnon-neuronopathiques de la maladie (environ80 patients traités en France), mais qui permet dediminuer les symptômes de façon très significa-tive. Zavesca est remarquable par le fait qu’ilconstitue le premier traitement pharmaceutiqued’une maladie lysosomique par une petite molé-cule organique.

En agissant sur la glucosylcéramide synthase

(fig. 2)

la NB-DNJ a un effet inhibiteur sur la pre-mière étape de la biosynthèse des GSL, ce quilimite la quantité de GSL produite par la celluleet par conséquent la quantité de substrat devantêtre traité par l’enzyme défaillante (thérapie par« privation de substrat », SRT) [11]. Les tests cli-niques sur de nombreux patients ont clairementmis en évidence l’amélioration des symptômescaractéristiques de la maladie et l’effet bénéfiquedu traitement à long terme, malgré quelqueseffets secondaires surtout en début de traitement,principalement liés à l’inhibition de glycosidasesintestinales [12].

Des études de relations structure-activités [13]ont révélé que l’activité des

N

-alkyl DNJ augmen-tait avec la longueur de la chaîne alkyle (parexemple la

N

-octyl DNJ,

K

i

= 1,6

μ

M), mais lacytotoxicité de ces iminosucres devient tropimportante (à cause de la disruption de membra-nes ; la cytotoxicité n’est pas liée à leur effet surla GlcCer synthase). L’analogue D-

galacto

est par-ticulièrement intéressant car il est aussi actif surla GlcCer synthase que la NB-DNJ, mais beau-coup plus sélectif puisqu’il n’a pas d’action sur lesglucosidases cellulaires et lysosomiques.

Les travaux de Butters ont montré que la NB-DNJ est un inhibiteur compétitif de la glucosyl-transférase par rapport au céramide, mais non-compétitif par rapport à l’UDP-glucose. Il enressort que l’iminosucre n’est pas un mime duglucose dans ce système, mais de l’accepteur lipi-dique ! La comparaison des modèles moléculairesfait apparaître une certaine analogie entre lesdeux structures

(fig. 2)

: le groupe 3-OH se super-pose parfaitement avec le 3’-OH du céramide,l’amine tertiaire occupe la position de l’amide etle 6-OH est très voisin du groupe 1’-OH del’accepteur ; la chaîne en C

4

mime un fragmentde céramide (et une chaîne plus longue a un effetplus favorable).

Page 5: Les Iminosucres : applications thérapeutiques actuelles et futures

Iminosucres

9

Ce modèle suggère que l’addition d’unedeuxième chaîne alkyle sur la NB-DNJ devraitconduire à un meilleur mime du céramide. Nousnous sommes engagés dans un programme desynthèse avec l’objectif de préparer un certainnombre d’analogues dialkylés de la DNJ (parexemple les dérives

10

-

12

,

(fig. 2)

). Ces composésont été testés sur la glucosyl-céramide synthasedans le laboratoire du Dr Butters (

Glycobiology Ins-titute

, University of Oxford), et les résultats sontréunis dans la

(fig. 2)

[14]. Les nouveaux produitsse sont révélé être des inhibiteurs nettementmoins performants que la NB- ou la NN-DNJ, cequi implique que le modèle de Butters n’est pro-bablement pas correct ! L’interaction entre lesucre- nucléotide à caractère ionique et l’accep-teur à caractère lipophile exige que la réaction aitlieu à l’interface avec une membrane, et que lecéramide en soit extrait pour se lier à l’enzyme ;le fait que l’inhibition efficace de la GlcCer syn-thase par la N-nonyl DNJ soit non-compétitivepar rapport au céramide indique un mode deliaison plus subtil de l’accepteur lipophile et desanalogues, comme le suggèrent les interpréta-

tions les plus récentes de Butters [15]. Il est pro-bable que les composés à deux chaînes se lient defaçon moins spécifique que les dérivés mono-N-alkylés à cause de leur caractère lipophile beau-coup plus marqué. Nous poursuivons nos tra-vaux pour tenter d’améliorer l’activité de Zavescaet mieux comprendre son interaction avec latransférase.

Thérapie chaperon des maladies

lysosomiques : amigal

TM

(migalastat)

Un deuxième type de traitement de maladieslysosomiques par des iminosucres est à l’étude.Les résultats les plus intéressants concernent lamaladie de Fabry, liée à la défaillance d’une

α

-galactosidase lysosomique (

α

-Gal-A) (incidence :environ une personne sur 40 000 ; 200 à 300 casen France). Ce défaut génétique conduit à l’accu-mulation de glycosphingolipides partiellementhydrolysés, en particulier de céramide trihexo-side, dans les cellules endothéliales du système

Figure 2. Zavesca® : un inhibiteur de la glucosylcéramide synthase ; modèle d’interaction et activités de produits analogues.Zavesca®: a glucosylceramide synthase inhibitor; model of interaction and analog product activities.

N- butyl DNJ

IC 50 20µM

ZAVESCA®

céramide

UDP-Glucose

GlcCer synthase

Ceramide -OH

HO

N

CH2O H

OH

OH

2

N,1-C-dioctyle

IC50

= 174 μM

N,2-O-dioctyle

IC50

= 164 μM

10

Glucosylceramide

N, 4-O-dialkyle

IC50

= 134 μM

12

N

CH2OH

OH

OH

N-octyl DNJ

IC50

= 1.6 μM

Modele de Butters

OH accepteur

11

OH

CH2OH

CH2OH

CH2OH

CH2OH

OH

OH

OHOH

OH

OH

OHOH

OH

OH

OH

O

O

O

O

O

N

N

NH

N

N-butyl DNJ

Page 6: Les Iminosucres : applications thérapeutiques actuelles et futures

O. Martin

10

vasculaire, ce qui provoque des atteintes cardia-ques, cérébrales et rénales qui s’accentuent avecl’âge et entraînent fréquemment un décès pré-maturé. Un traitement par enzymothérapie subs-titutive a récemment été mis en place (deuxenzymes recombinantes sont disponibles : Repla-gal

®

(TKT) et Fabrazyme

®

(Genzyme)), mais cetraitement n’a pas d’effet sur les lésions au niveaudu cœur et du cerveau. Dans certaines formes dela maladie (par exemple variante cardiaque), lespatients conservent une activité résiduelle de l’

α

-Gal-A (de l’ordre de 5-10 %) ; les travaux sur cesenzymes mutantes (R301Q, Q279E) ont montréqu’elles avaient des caractéristiques cinétiquesvoisines de celles de l’enzyme normale, maisqu’elles étaient beaucoup moins stables [16].Certaines de ces enzymes forment des agrégats auniveau du réticulum endoplasmique et sont rapi-dement éliminées. La défaillance enzymatiqueresponsable de la maladie de Fabry serait ainsidue principalement, au moins pour certainesmutations, à la rétention et à la dégradation dela protéine mal repliée.

La 1-désoxygalactonojirimycine (DGJ) est uninhibiteur compétitif puissant de l’α-Gal-A (IC50

= 4.7 nM). Les travaux de J.-Q. Fan (Mount SinaiSchool of Medicine, New York), en collaborationavec l’équipe du Pr Asano (Hokuriku University,Kanazawa, Japon) ont mis en évidence un phé-nomène remarquable [17]. Lorsqu’elle est admi-nistrée à de faibles concentrations, insuffisantespour provoquer l’inhibition de l’enzyme dans lacellule, la DGJ est capable d’augmenter l’activitéde l’α-Gal-A mutante dans les lymphoblastes depatients atteints de la maladie de Fabry par unfacteur de sept à huit fois après cinq jours d’incu-bation. L’effet dépend de la dose à des concentra-tions non-inhibitrices. L’enzyme mutante esttransportée efficacement vers le lysosome dansles cellules traitées avec ce produit. Ces résultatssuggèrent que l’iminosucre joue le rôle d’un cha-peron moléculaire (Active-Site directed Chemical Cha-perone, ASC) [18] : son association avec l’enzymemutante stabilise la structure tridimensionnellede la protéine et limite sa dégradation in vivo.L’efficacité de cet effet protecteur a été démon-trée chez des souris transgéniques exprimant lemutant R301Q : l’administration de DGJ produitune augmentation du niveau d’activité de l’α-Gal-A au niveau des reins et du cœur. Ce composé est

en développement chez Amicus Therapeutics, sousle nom d’AmigalTM (migalastat), au stade des essaiscliniques de phase II.

La recherche de chaperons moléculaires pourla β-glucocérébrosidase fait également l’objetd’études approfondies avec l’objectif de dévelop-per un traitement spécifique pour la maladie deGaucher. Les travaux de Sawkar et al. [19] ontmontré que la N-nonyl-DNJ (NN-DNJ), un inhi-biteur puissant de cette β-glucosidase étaitcapable d’augmenter l’activité résiduelle del’enzyme mutante (N370S) dans des fibroblastesde malades par un facteur de l’ordre de 2 aprèsneuf jours de traitement. Il est important de noterque ce même composé est capable de protégerl’enzyme normale de sa dénaturation thermiquede manière dose-dépendante, ce qui confirmel’effet de chaperon de l’iminosucre. Cette aug-mentation de l’activité, même si elle paraît faible,est significative car les essais cliniques ont montréqu’une petite augmentation de l’activité del’enzyme était suffisante pour diminuer les symp-tômes de façon notable.

Nous avons développé dans le cadre de nos tra-vaux sur les iminosucres de nouveaux très bonsinhibiteurs de la β-glucocérébrosidase humaine. Parexemple, les α-1-C-octyl ou -nonyl-DNJ sont desinhibiteurs aussi puissants de cette β-glucosidaseque la N-nonyl-DNJ (fig. 3), mais, contrairementau dérivé N-alkylé, n’ont pas d’effet sur les α-glu-cosidases lysosomiques. L’effet activateur de l’α-1-C-octyl-DNJ sur des fibroblastes de patientsatteints de la maladie de Gaucher des types I, IIet III a été déterminé en collaboration avec leProf. Asano : l’activité enzymatique dans ces cel-lules est augmentée par des facteurs maximumsde 1,7 ; 1,2 ; et 2,0, respectivement (fig. 3) à uneconcentration de 20 μM, ce qui en fait un composétout aussi actif mais plus sélectif que la NN-DNJ.De plus, nos études de relation structure-activiténous ont permis de concevoir et synthétiser uncomposé qui s’est avéré être un des inhibiteursles plus puissants de la β-glucosidase lysosomiquehumaine (Ki = 2 nM) ; ce composé n’a pas d’actionsur les glycosidases intestinales et lysosomiques,et permet l’activation de l’enzyme mutante dansles cellules de patients de Gaucher par des fac-teurs du même ordre de grandeur que l’α-C-octyl-DNJ, mais à une concentration 1 000 foisinférieure ; ces résultats font de ce composé une

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Iminosucres

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tête de série de haute valeur pour un développe-ment comme agent thérapeutique [20].

D’autres iminosucres sont à l’étude avec l’objec-tif d’identifier des composés ayant un effet cha-peron sur des glycosidases mutantes impliquéesdans d’autres maladies lysosomiques.

Applications thérapeutiques futures

D’autres activités biologiques intéressantes ontété mises en évidence, mais leur mécanismed’action n’a pas toujours été élucidé. Ces proprié-tés sont mentionnées brièvement ci-dessous,avec les applications thérapeutiques qui peuventen découler.

Inhibiteurs de purine nucléoside phosphorylases

Des analogues de nucléosides dans lesquels leribofuranose est remplacé par une pyrrolidine etla purine par une déazapurine (imino-C-nucléo-sides) sont des inhibiteurs très puissants (Ki de

l’ordre du pM) de nucléosides phosphorylases.Ces structures ont été conçues comme mimes del’état de transition de la phosphorolyse de laliaison N-glycosidique [21]. Un composé de cettefamille, l’immucilline H (FodosineTM) en est actuel-lement au stade d’études cliniques avancées pourle traitement de la leucémie des cellules T et demaladies auto-immunitaires [22]. Les travaux deSchramm dans ce domaine ont permis d’identi-fier un composé apparenté qui est l’inhibiteurcompétitif le plus puissant d’une réaction enzy-matique connu à ce jour, avec un Ki de l’ordrede 50 fM. Ces composés ont aussi le potentiel dedevenir de nouveaux agents à activité antipara-sitaire.

Inhibiteurs de la glycogène phosphorylase

L’isofagomine [23] ainsi que le 1,4-didésoxy-1,4-imino-D-arabinitol [24] sont de très bons inhibi-teurs de la glycogène phosphorylase. Avec de telscomposés, il devient possible de contrôler la pro-duction hépatique de glucose : ce sont donc descibles intéressantes pour le développement de

Figure 3. Effet chaperon (ASSC) des iminosucres. Comparaison des effets activateurs de la β-glucosidase et inhibiteur del’α-glucosidase lysomiques par la N-nonyl et l’α-1-C-octyl-DNJ. En collaboration avec N. Asano, Hokuriku University (Kana-zawa, Japon).Chaperon effect of iminosugars. Comparison of the activator effects of β-glucosidase and lysomic α-glucosidase by N-nonyl and α-1-C-octyl-DJN. In collaboration with N. Asano, Hokuriku University (Kanazawa, Japan).

1,0 1,0 1,0 1,0

1,1

1,91,8

1,71,7

1,4

0

1

2

3

0 2 4 6 8 10

1.3

1.72.0

2.2

2.3

0.5

0.40.5 0.5 0.5

0

1

2

3

0 2 4 6 8 10

HO

HN

CH2OH

HO

OH

C8H

17

HO

C9H

19

N

CH2OH

HO

OH

___ : β-glucoc erebrosidase

___ : α-glucos idase

DaysDays

α-1-C-oc tyl-DNJ (20μM)N−Nony l-DN J (10μM)

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O. Martin

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nouveaux agents antihyper-glycémiques plusefficaces que les inhibiteurs des α-glucosidasesintestinales. La preuve de ce concept a été établierécemment par le fait que l’isofagomine est capa-ble de prévenir la fragmentation du glycogènestimulée par le glucagon dans des cultures d’hépa-tocytes.

Activité antivirale

Des études précoces sur la castanospermine etsur la N-butyl-DNJ ont montré que ces compo-sés possédaient une activité intéressante contrele VIH : l’altération de la structure glycaniquede la glycoprotéine virale gp120 empêche soninteraction avec le récepteur CD4 des lympho-cytes ce qui réduit l’infectivité du virus. Cepen-dant, ces tests in vitro n’ont pas été suivis derésultats in vivo prometteurs. D’après des tra-vaux plus récents [25], certains iminosucres, enparticulier les N-alkyl-désoxynojirimycines pos-sèdent une forte activité sur le VDVB (virus dela diarrhée virale bovine), un modèle du virusde l’hépatite C, ainsi que sur le VHB, virus del’hépatite B. La N-nonyl-deoxygalactonojirimy-cine ainsi que la N-7-méthoxynonyl-DNJ parexemple sont capables de réduire efficacementla sécrétion du VHB et constituent ainsi desagents prometteurs pour le traitement de cetteinfection virale grave [26].

Activité contraceptive

Les travaux avec la N-butyl-DNJ sur des modè-les animaux ont fait apparaître une propriétéinattendue : ce composé rend les souris mâlesstériles [27] et l’effet est réversible après sup-pression du traitement. Ce composé et ses ana-logues ont donc le potentiel de devenir descontraceptifs masculins non-hormonaux, unobjectif qui a suscité de nombreuses recherchesdepuis plus de 30 ans.

Conclusion

Les analogues de sucres basés sur une pipéridineou un pyrrolidine agissent sur une grande diver-sité de récepteurs biologiques et constituent,comme le montrent de nombreux exemples, descandidats « leads » prometteurs pour plusieurs

pathologies. En parallèle aux travaux sur leurspropriétés biologiques, des voies de synthèseefficaces et économiques ont été développées, cequi devrait être une motivation suffisante pourque l’industrie pharmaceutique prête une atten-tion plus soutenue à cette famille de glycomi-métiques.

RemerciementsNos études sur les iminosucres comme agents

thérapeutiques pour les maladies lysosomiquesn’ont été possibles que grâce à la productivité del’équipe de synthèse à Orléans (en particulierP. Compain, V. Desvergnes, G. Godin et C. Bou-cheron) et aux collaborations fructueuses avec leséquipes du Pr. N. Asano (Hokuriku University,Kanazawa, Japon) et du Dr T. Butters (Institute ofGlycobiology, University of Oxford, UK) ; nous expri-mons ici toute notre reconnaissance pour leurparticipation active dans ce programme. Nousremercions aussi l’Association « Vaincre les Mala-dies Lysosomiques » l’Association Française contreles Myopathies, l’Anrs et le programme européenCOST pour leur soutien financier.

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