68
Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle Le 9 décembre 2008 Directeur de thèse : Pr. Jean-Luc DECOUT Projet financé par l’association « Vaincre La Mucoviscidose »

Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

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Page 1: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR(Cystic Fibrosis Transmembrane

conductance Regulator)

Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Le 9 décembre 2008

Directeur de thèse : Pr. Jean-Luc DECOUT

Projet financé par l’association « Vaincre La Mucoviscidose »

Page 2: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Plan

• Contexte scientifique• Travaux antérieurs • La protéine CFTR• Modulation de la protéine CFTR

• Objectifs du travail• Résultats

• Poursuite de l’évaluation biologique des premiers composés actifs

• Recherche de nouveaux composés actifs • Recherche du pharmacophore• Pharmacomodulation

• Conclusions et perspectives

Page 3: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Plan

• Contexte scientifique• Travaux antérieurs • La protéine CFTR• Modulation de la protéine CFTR

• Objectifs du travail• Résultats

• Poursuite de l’évaluation biologique des premiers composés actifs

• Recherche de nouveaux composés actifs • Recherche du pharmacophore• Pharmacomodulation

• Conclusions et perspectives

Page 4: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Mise en évidence d’une nouvelle réaction

• entre :• Méthylglyoxal (MG) 1• α-aminoazahétérocycle 2

• Adduits de deux molécules de MG sur l’hétérocycle

Contexte Scientifique

Travaux antérieurs

Thèse C. Routaboul 2003

C. Routaboul et al. Chem. Comm. 2002

1

N

NH2O

1 2

+O

N

HNOH

OH

COO

N

HNOH

OH

COO

N

HNOH

OH

COO

N

HNOH

OH

COO

H2O

50°C

Page 5: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Mise en évidence d’une nouvelle réaction

• Accès à une nouvelle famille d’hétérocycles (Famille I)• Réaction stéréosélective et régiosélective • Obtention de deux mélanges racémiques majoritaire a et

minoritaire b

Contexte Scientifique

Travaux antérieurs

Dans la suite de la présentation, un seul énantiomère du mélange

racémique sera représenté1

N

NH2O

1 2

+O

N

HNOH

OH

COO

N

HNOH

OH

COO

N

HNOH

OH

COO

N

HNOH

OH

COO

H2O

50°C

Page 6: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Réactivité en milieu basique

• Adduits MG-2-aminopyridine 3• Formation :

• 2-aminopyridine de départ 5• Nouveau composé 4 (famille II) issu de trois réactions en une

seule étape :• Décarboxylation

• Déshydratation

• Oxydation

Contexte Scientifique

Travaux antérieurs

N

HNOH

OH

COO

N

NO

NaOH aq 1 M

3

N

NH2

5

+

4

50 °C

81 % 2

Page 7: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Activité biologique des nouveaux composés

• Parenté structurale entre • Le composé de la famille II 4 • Et un modulateur connu (MPB-07) de la protéine

CFTR

N

NO

4

Contexte Scientifique

Travaux antérieurs

Evaluation de l’effet des composés des familles I et II sur la protéine CFTR

N

HO

Cl

MPB-07

Cl

3

Page 8: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Plan

• Contexte scientifique• Travaux antérieurs • La protéine CFTR• Modulation de la protéine CFTR

• Objectifs du travail• Résultats

• Poursuite de l’évaluation biologique des premiers composés actifs

• Recherche de nouveaux composés actifs • Recherche du pharmacophore• Pharmacomodulation

• Conclusions et perspectives

Page 9: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Structure

• Super famille des transporteurs ABC (ATP Binding Cassettes) qui comprend également P-gP et MDR

• Canal Chlorure• 1480 acides aminés

• Répartis en deux séquences reliées par un domaine régulateur (R)

• comportant chacune :• 6 domaines transmembranaires

(MSD) composant le canal ionique• 1 domaine de fixation aux

nucléotides (NBD)

Contexte Scientifique

La protéine CFTR

4

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Localisation, Fonctions et Régulation

• Localisée sur la face apicale des épithéliums polarisés

• Fonctions• Canal Chlorure

• Grâce à l’énergie provenant de l’hydrolyse de l’ATP sur les NBD

• Régulation d’autres canaux ioniques

• Régulation en fonction du taux de phosphorylation du domaine R dépendant de la concentration en AMPc

Contexte Scientifique

La protéine CFTR

5

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Pathologies impliquant la protéine CFTR

• Diarrhées sécrétoires (Choléra)• Suractivation de la protéine CFTR

• Mucoviscidose (Cystic Fibrosis) • Inhibition ou abolition de la fonction canal Cl-

Contexte Scientifique

La protéine CFTR

6

Page 12: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

La mucoviscidose

• Maladie génétique autosomique récessive• La plus fréquente dans les populations d’origine

caucasienne• Mutations du gène codant pour la protéine CFTR (plus

de 1500 mutations décrites)• Symptômes

• Nombreux et variables, principalement pulmonaires et digestifs• Peu ou pas reliés au génotype

• Traitements actuels uniquement symptomatiques et préventifs

Contexte Scientifique

La protéine CFTR

Nécessité d’un traitement curatif7

Page 13: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Les différentes classes de mucoviscidose

• Six classes• Principale mutation :

• ΔF508 ou delF508• Synthèse d’une

protéine non adressée à la membrane

• Classe II

Contexte Scientifique

La protéine CFTR

8

Page 14: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Perspectives thérapeutiques de la mucoviscidose

• Thérapie génique• Restauration du transport ionique par activation

de transporteurs autres que CFTR• Thérapie protéique

• « Through-reading » : classe I• Correcteurs : classe II• Activateurs de CFTR : classes II (en association avec

un correcteur) III, IV et V

Contexte Scientifique

La protéine CFTR

9

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Plan

• Contexte scientifique• Travaux antérieurs • La protéine CFTR• Modulation de la protéine CFTR

• Objectifs du travail• Résultats

• Poursuite de l’évaluation biologique des premiers composés actifs

• Recherche de nouveaux composés actifs • Recherche du pharmacophore• Pharmacomodulation

• Conclusions et perspectives

Page 16: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Modulation de la protéine CFTR

• Type de modulation :• Action sur le système de régulation de CFTR

(Kinases, AMPc)• Action directe sur la protéine

• Activateurs/Potentiateurs : traitement potentiel de la mucoviscidose• Activateurs : actifs sans préactivation de CFTR par le

système AMPc• Potentiateurs : nécessitent une préactivation pour être

actifs (Phosphorylation du domaine R)

• Inhibiteurs (outils pharmacologiques)

Contexte Scientifique

Les modulateurs de CFTR

10

Page 17: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Les activateurs / potentiateurs de CFTR

• Très nombreux, de classes chimiques très variées

• La plupart sont moyennement actifs (activation à des concentrations autour du µM) et non sélectifs

• Un essai clinique en cours :• VX-770• Phase II • Sur patients portant la mutation G551D (Classe III)

Contexte Scientifique

Les modulateurs de CFTR

L’activation de CFTR est une perspective thérapeutique prometteuse

11

Page 18: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Les inhibiteurs de CFTR

• Très nombreux, de classes chimiques très variées

• La plupart sont moyennement actifs (inhibition à des concentrations autour du µM) et non sélectifs

• Le plus intéressant en tant qu’outil pour l’étude de CFTR est CFTRinh-172 • Sélectif et assez actif

IC50 (CHO-wt) = 1 µM• Mais peu soluble dans l’eau et inactif sur

tissus

Contexte Scientifique

Les modulateurs de CFTR

Nécessité de développer d’autres inhibiteurs de CFTR

N

S

CF3

S

O

HO

O

Ma et al. J Clin. Invest. 2002

12

Page 19: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Les modulateurs développés au laboratoire

• Collaboration avec l’équipe :• Physiopathologie et Pharmacologie des Canaux

ionique (UMR 6187), Pr F. Becq

• Evaluation par le test d’efflux d’ions iodures radioactifs• Mesure de la vitesse de sortie des ions iodures en

présence des composés à tester

• Mise en évidence d’un potentiateur• GPact-11a : EC50 (CHO-wt) = 2,1 µM• Composé de la famille I• Adduit MG-9-propyladénine

Contexte Scientifique

Les modulateurs de CFTR

N

NN

N

HN

COOOH

OH

13

Page 20: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Les modulateurs développés au laboratoire

• Mise en évidence de plusieurs inhibiteurs dont :• Le composé 4 de la famille II :

IC50 (CHO-wt) = 5,1 nM

• GPinh-5a : IC50 (CHO-wt) = 71 pM

• Composé de la famille I• Adduit MG-2’-désoxyadénosine

Contexte Scientifique

Les modulateurs de CFTR

N

NO

4

N

NN

N

HN

O

OH

HO

COOOH

OH

14

Page 21: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Plan

• Contexte scientifique• Travaux antérieurs • La protéine CFTR• Modulation de la protéine CFTR

• Objectifs du travail• Résultats

• Poursuite de l’évaluation biologique des premiers composés actifs

• Recherche de nouveaux composés actifs • Recherche du pharmacophore• Pharmacomodulation

• Conclusions et perspectives

Page 22: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Objectifs

• Poursuite des études biologiques sur les composés actifs

• Identification du pharmacophore

• Pharmacomodulation des composés actifs

N

NO

N

NN

N

HN

O

OH

HO

OH

OH

O O

Objectifs

N

O

N

NN

N

HN

O

OH

HO

COOOH

OH

N

NN

N

HN

COOOH

OH

15

Page 23: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Plan

• Contexte scientifique• Travaux antérieurs • La protéine CFTR• Modulation de la protéine CFTR

• Objectifs du travail• Résultats

• Poursuite de l’évaluation biologique des premiers composés actifs

• Recherche de nouveaux composés actifs • Recherche du pharmacophore• Pharmacomodulation

• Conclusions et perspectives

Page 24: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Poursuite de l’évaluation biologique

• Validation du potentiel thérapeutique des modulateurs ou de leur intérêt en tant qu’outils

• Nécessité d’obtention de quantités importantes• Synthèses à plus grande échelle • Optimisation des purifications

• Changement de phases de chromatographie

RésultatsEvaluations Biologiques

16

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Toxicité

• Cellulaire (Test au MTT)• Pas de toxicité des

molécules testées

• Génétique (Test d’Ames)• Pas de toxicité des

molécules testées sauf 4 composé de la famille II

• Induction d’enzymes hépatiques (Cyt P450)

• Pas d’induction par les molécules testées

RésultatsEvaluations Biologiques

17

N

NN

N

HN

O

OH

HO

COOOH

OH

N

NN

N

HN

COOOH

OH

N

NO

GPact-11a

4

GPinh-5a

N

HNOH

OH

COO

N

NN

N

HN

O

OH

HO

COOOH

OH

HN

N

N O

COOOH

OH

N

NN

N

HN

COOOH

OH

N

NO

GPinh-15ab

GPinh-5a

GPinh-8ab

GPact-11a

4

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Sélectivité

• Autre transporteur ABC : MRP1• Pas d’effet des molécules

testées• Canaux non-chlorures :

les canaux cardiaques potassiques (Herg), sodiques et calciques• Pas d’effet des molécules

testées• D’autres canaux

chlorures : les canaux calcium- et volume-activés• Pas d’effet de GPinh-5a

18

RésultatsEvaluations Biologiques

N

HNOH

OH

COO

N

NN

N

HN

O

OH

HO

COOOH

OH

HN

N

N O

COOOH

OH

N

NN

N

HN

COOOH

OH

N

NO

GPinh-15ab

GPinh-5a

GPinh-8ab

GPact-11a

4

N

NN

N

HN

O

OH

HO

COOOH

OH

GPinh-5a

N

NN

N

HN

O

OH

HO

COOOH

OH

N

NN

N

HN

COOOH

OH

N

NO

GPinh-5a

GPact-11a4

Page 27: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Influence de la stéréochimie• Principaux inhibiteurs

Composés de la famille I

IC50 sur cellules CHO-wt déterminées par le test d’efflux d’ions iodures

Mélange a:b(proportions déterminées par

spectrométrie de RMN)

Mélange majoritaire a

Mélange minoritaire b

GPinh-17 4,4 µM (75:25) 1,8 µM 4,9 µM

GPinh-18 5,7 µM (60:40) 4,2 µM 2,7 µM

GPinh-5 Non Déterminée 71 pM 194 pM

GPinh-15 2,2 nM (60:40) 2,1 nM 1,6 nM

GPinh-8 2,5 nM (60:40) 3,0 nM Non Déterminée

19

RésultatsEvaluations Biologiques

N

HNOH

OH

COO

HO

GPinh-17

N

NNH

N

HN

COOOH

OH

GPinh-18

N

HNOH

OH

COO

GPinh-8

HN

N

N O

COOOH

OH

GPinh-15

N

NN

N

HN

O

OH

HO

COOOH

OH

GPinh-5

C. Routaboul et al. JPET 2007

Page 28: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Evaluation sur différentes mutations de CFTR

Composés (proportions a:b déterminées par RMN)

Mutations de CFTR (et type cellulaire)

Expression endogène Expression hétérologue

wt (Calu 3)

ΔF508 (CF15)

wt (CHO)

G551D (CHO)

G1349D (Cos7)

Inhibiteurs IC50 (déterminées par le test d’efflux des ions iodures)

Glibenclamide 11,7 µM 11,8 µM 14,7 µM 7,9 µM 9,0 µM

CFTRinh-172 ND ND 1,2 µM ND ND

GPinh-5a 93,3 pM 67,3 pM 71,0 pM 43,1 nM 72,3 pM

GPinh-8ab (60:40) 15,7 nM 8,7 nM 2,5 nM 190 nM 79,4 nM

GPinh-15ab (60:40) 2,3 nM 6,3 nM 3,4 nM 154 nM 7,0 nM

GPinh-17ab (75:25) 11,2 µM 7,0 µM 4,4 µM 35,5 µM 9,0 µM

GPinh-18ab (60:40) 11,9 µM 6,0 µM 5,7 µM 110 µM 2,9 µM

Potentiateur EC50 (déterminées par le test d’efflux des ions iodures)

GPact-11a ND ND 2,1 µM inactif inactif

20

RésultatsEvaluations Biologiques

C. Routaboul et al. JPET 2007

Page 29: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Evaluation sur différentes mutations de CFTR

Composés (proportions a:b déterminées par RMN)

Mutations de CFTR (et type cellulaire)

Expression endogène Expression hétérologue

wt (Calu 3)

ΔF508 (CF15)

wt (CHO)

G551D (CHO)

G1349D (Cos7)

Inhibiteurs IC50 (déterminées par le test d’efflux des ions iodures)

Glibenclamide 11,7 µM 11,8 µM 14,7 µM 7,9 µM 9,0 µM

CFTRinh-172 ND ND 1,2 µM ND ND

GPinh-5a 93,3 pM 67,3 pM 71,0 pM 43,1 nM 72,3 pM

GPinh-8ab (60:40) 15,7 nM 8,7 nM 2,5 nM 190 nM 79,4 nM

GPinh-15ab (60:40) 2,3 nM 6,3 nM 3,4 nM 154 nM 7,0 nM

GPinh-17ab (75:25) 11,2 µM 7,0 µM 4,4 µM 35,5 µM 9,0 µM

GPinh-18ab (60:40) 11,9 µM 6,0 µM 5,7 µM 110 µM 2,9 µM

Potentiateur EC50 (déterminées par le test d’efflux des ions iodures)

GPact-11a ND ND 2,1 µM inactif inactif

20

RésultatsEvaluations Biologiques

C. Routaboul et al. JPET 2007

Page 30: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Evaluation sur différentes mutations de CFTR

Composés (proportions a:b déterminées par RMN)

Mutations de CFTR (et type cellulaire)

Expression endogène Expression hétérologue

wt (Calu 3)

ΔF508 (CF15)

wt (CHO)

G551D (CHO)

G1349D (Cos7)

Inhibiteurs IC50 (déterminées par le test d’efflux des ions iodures)

Glibenclamide 11,7 µM 11,8 µM 14,7 µM 7,9 µM 9,0 µM

CFTRinh-172 ND ND 1,2 µM ND ND

GPinh-5a 93,3 pM 67,3 pM 71,0 pM 43,1 nM 72,3 pM

GPinh-8ab (60:40) 15,7 nM 8,7 nM 2,5 nM 190 nM 79,4 nM

GPinh-15ab (60:40) 2,3 nM 6,3 nM 3,4 nM 154 nM 7,0 nM

GPinh-17ab (75:25) 11,2 µM 7,0 µM 4,4 µM 35,5 µM 9,0 µM

GPinh-18ab (60:40) 11,9 µM 6,0 µM 5,7 µM 110 µM 2,9 µM

Potentiateur EC50 (déterminées par le test d’efflux des ions iodures)

GPact-11a ND ND 2,1 µM inactif inactif

20

RésultatsEvaluations Biologiques

C. Routaboul et al. JPET 2007

Page 31: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Evaluation sur différentes mutations de CFTR

Composés (proportions a:b déterminées par RMN)

Mutations de CFTR (et type cellulaire)

Expression endogène Expression hétérologue

wt (Calu 3)

ΔF508 (CF15)

wt (CHO)

G551D (CHO)

G1349D (Cos7)

Inhibiteurs IC50 (déterminées par le test d’efflux des ions iodures)

Glibenclamide 11,7 µM 11,8 µM 14,7 µM 7,9 µM 9,0 µM

CFTRinh-172 ND ND 1,2 µM ND ND

GPinh-5a 93,3 pM 67,3 pM 71,0 pM 43,1 nM 72,3 pM

GPinh-8ab (60:40) 15,7 nM 8,7 nM 2,5 nM 190 nM 79,4 nM

GPinh-15ab (60:40) 2,3 nM 6,3 nM 3,4 nM 154 nM 7,0 nM

GPinh-17ab (75:25) 11,2 µM 7,0 µM 4,4 µM 35,5 µM 9,0 µM

GPinh-18ab (60:40) 11,9 µM 6,0 µM 5,7 µM 110 µM 2,9 µM

Potentiateur EC50 (déterminées par le test d’efflux des ions iodures)

GPact-11a ND ND 2,1 µM inactif inactif

20

RésultatsEvaluations Biologiques

C. Routaboul et al. JPET 2007

Page 32: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Evaluation sur différentes mutations de CFTR

Composés (proportions a:b déterminées par RMN)

Mutations de CFTR (et type cellulaire)

Expression endogène Expression hétérologue

wt (Calu 3)

ΔF508 (CF15)

wt (CHO)

G551D (CHO)

G1349D (Cos7)

Inhibiteurs IC50 (déterminées par le test d’efflux des ions iodures)

Glibenclamide 11,7 µM 11,8 µM 14,7 µM 7,9 µM 9,0 µM

CFTRinh-172 ND ND 1,2 µM ND ND

GPinh-5a 93,3 pM 67,3 pM 71,0 pM 43,1 nM 72,3 pM

GPinh-8ab (60:40) 15,7 nM 8,7 nM 2,5 nM 190 nM 79,4 nM

GPinh-15ab (60:40) 2,3 nM 6,3 nM 3,4 nM 154 nM 7,0 nM

GPinh-17ab (75:25) 11,2 µM 7,0 µM 4,4 µM 35,5 µM 9,0 µM

GPinh-18ab (60:40) 11,9 µM 6,0 µM 5,7 µM 110 µM 2,9 µM

Potentiateur EC50 (déterminées par le test d’efflux des ions iodures)

GPact-11a ND ND 2,1 µM inactif inactif

20

RésultatsEvaluations Biologiques

C. Routaboul et al. JPET 2007

Page 33: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Test en chambre de Ussing

• Test tissulaire• Mesure de l’intensité du courant

transépithélial• Sur intestin de souris• Inhibiteur GPinh-5a

• Inhibe dès 20 pM• Nécessite une préincubation

• Activateur GPact-11a• EC50 de 135 µM après stimulation par la

forskoline• EC50 de 256 µM sans stimulation par la

forskoline

GPact-11a n’est pas seulement un potentiateur mais également un activateur

Ctrl

CRA-6 20

pM

CRA-6 50

pM

CRA-6 10

0pM

0

25

50

75

100

**

******%

d'a

ctiv

atio

n ré

sidu

elle

par

Fsk

M

Ctrl

CRA-6 20

pM

CRA-6 50

pM

CRA-6 10

0pM

0

25

50

75

100

**

******%

d'a

ctiv

atio

n ré

sidu

elle

par

Fsk

M

-6 -5 -4 -3 -20

10

20

30 EC50=134.9+/-1.3µM(+ 1µM Fsk ; n=6)

EC50=256.1+/-1.2µM(n=5)

Log [GPact-11a] M

Is

c (

µA

/cm

²)

-6 -5 -4 -3 -20

10

20

30 EC50=134.9+/-1.3µM(+ 1µM Fsk ; n=6)

EC50=256.1+/-1.2µM(n=5)

Log [GPact-11a] M

Is

c (

µA

/cm

²)

21

RésultatsEvaluations Biologiques

Page 34: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Test in vivo

• Sur la salivation de souris (collecte de la salive produite)

• Après stimulation et en présence des modulateurs

• Inhibiteur GPinh-5a • Inhibe dès 20 pM• Nécessite une préincubation

• Activateur GPact-11a• EC50 de 7,2 µM après

stimulation• Inactif sur souris KO (CFTR

-/-)5 10 15 20 25 30

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Iso 10µM WT (n=19)

Iso 10µM + CRA 11 30µM WT n=7

Iso 10µM KO (n=6)

Iso 10µM + CRA 11 30µM KO n=2

Time (min)

Ave

rage

of s

aliv

ary

(µg.

min

-1.g

-1)

CFTR-wt Iso 10 µM

CFTR-wt Iso 10 µM

+ GPact-11a 30 µMCFTR-/- Iso 10 µM

CFTR-/- Iso 10 µM

+ GPact-11a 30 µM

5 10 15 20 25 300

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Iso 10µM WT (n=19)

Iso 10µM + CRA 11 30µM WT n=7

Iso 10µM KO (n=6)

Iso 10µM + CRA 11 30µM KO n=2

Time (min)

Ave

rage

of s

aliv

ary

(µg.

min

-1.g

-1)

CFTR-wt Iso 10 µM

CFTR-wt Iso 10 µM

+ GPact-11a 30 µMCFTR-/- Iso 10 µM

CFTR-/- Iso 10 µM

+ GPact-11a 30 µM

22

RésultatsEvaluations Biologiques

Page 35: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Plan

• Contexte scientifique• Travaux antérieurs • La protéine CFTR• Modulation de la protéine CFTR

• Objectifs du travail• Résultats

• Poursuite de l’évaluation biologique des premiers composés actifs

• Recherche de nouveaux composés actifs • Recherche du pharmacophore• Pharmacomodulation

• Conclusions et perspectives

Page 36: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Simplifications structurales

• Petites molécules contenant le pharmacophore• Modifications de la famille I

• Modification des groupements méthyles• Famille II• Décarboxylation

NO

Résultats

Recherche du pharmacophore

HN

N

COOOH

OHHN

N

R COOOH

OH

R

N

N

OHN

N

HOH

OH

23

Page 37: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Sélection de molécules

• Comprenant le pharmacophore supposé

NOH

O

Cl

Résultats

Recherche du pharmacophore

NHOH

O

Cl

H2N

OH

O

Cl

H2N

OH

O

Cl

NOH

O

Cl

N POH

O

O NH

O

O

N O

O

NH3

COO

N

OH

Br

OH

O

N

Br

OH

O

N

Br OH

O

N

Br

N

NN

N

O

O

OH

HONH2

OH

NH3

COOH3NSO3

24

Page 38: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Activités

• Aucun potentiateur • 5 composés inhibiteurs• 2 atomes de carbone

entre les hétéroatomes• Conforte la structure du

pharmacophore proposé

NOH

O

Cl

IC50 (CHO-wt) = 1 mM

NOH

O

Cl

IC50 (CHO-wt) = 96 µM

N O

O

IC50 (CHO-wt) = 220 µM

OH

O

N

Br

IC50 (CHO-wt) = 25 µM

N

NN

N

O

O

OH

HONH2

OH

IC50 (CHO-wt) = 4 µM

Résultats

Recherche du pharmacophore

25

Page 39: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Modification des groupements méthyles

• Changement de l’α–oxoaldéhyde : éthylglyoxal (EG)

• Résultats antérieurs :• Réaction entre : l’éthylglyoxal et la

2-aminopyridine• Formation d’adduits voisins de ceux

du MG

• Extension de la réaction aux adduits EG-1-aminoisoquinoléine N

HNOH

OH

COO

N

NH2 O

O

21 %

Résultats

Recherche du pharmacophore

O

O

O

SeO2

N

HNOH

OH

COO

N

NH2

23 %

26

Page 40: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Influence de l’α-oxoaldéhyde (MG Vs EG)

• Remplacement des groupements méthyles par éthyles compatible avec l’activité (encombrement)• Adduit EG-2-aminopyridine : IC50 (CHO-wt) = 18 µM

• Influence de la lipophilie ?

N

HNOH

OH

COO

N

HNOH

OH

COO

N

HNOH

OH

COO

N

HNOH

OH

COO

Pas d'activité Pas d'activitéInhibiteurInhibiteur

Résultats

Recherche du pharmacophore

<<<

27

Page 41: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Nouveaux composés de la famille II

• Extension de la réaction à 3 nouveaux adduits :• Adduits MG-1-

aminoisoquinoléine• Adduits MG-benzamidine• Adduits EG- 2-

aminopyridine

• Produits attendus non obtenus à partir des adduits MG-dérivés de l’adénine (GPact-11a et GPinh-5a notamment)

N

NO

81 %

N

NO

10 %

N

NO

55 %

Résultats

Recherche du pharmacophore

N

HN

ROH

OH

COO

RN

NO

R

R

NaOH aq

N

NOH

39 %

28

Page 42: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Famille II

• Voie d’accès à des pyrimidines substituées

• 2 composés inhibiteurs• Confirmation du

pharmacophore

N

NO

IC50 (CHO-wt) = 17 nM

N

NO

IC50 (CHO-wt) = 5 nM

Résultats

Recherche du pharmacophore

29

N

NOH

NH2

NH1)

2) NaOH

O O

48 % (2 étapes)

Page 43: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Accès à un nouveau type de composés : Famille III

• Essai de modification des adduits de la famille I en milieu basique • Différent de NaOH : tBuOK

• Mise en évidence d’une nouvelle famille de composés• Résultant d’une

décarboxylation des adduits de la famille I

• Evaluation sur CFTR en cours

N

NH

COOOH

OH

N

NOH

OHtBuOK

N

NOH

OH

7 %

Résultats

Recherche du pharmacophore

N

NN

N

NOH

OH

37 %

N

NN

N

NOH

OH

14 %

S N

NOH

OH

17 %N

NN

N

HN

COOOH

OH

N

NN

N

NOH

OH

Famille I

GPact-11a

Famille III

30

Page 44: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Formation des composés de la famille III

• Stéréochimie des composés• Deux isomères observés par spectrométrie de

RMN • Deux diastéréoisomères • Ou deux mélanges racémiques

• Le même mélange d’isomères est obtenu • A partir du mélange racémique majoritaire a de la

famille I • A partir des deux mélanges racémiques a et b

Résultats

Recherche du pharmacophore

31

Page 45: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Proposition de mécanisme

• Déprotonation• Elimination du

carboxylate • Arrachement

concerté du proton en α

• Reprotonation

N

N

O

OH

H

HN

N

OH

OH

OO

tBuOK

H

- CO2N

N

O

O

OO

H

H

Résultats

Recherche du pharmacophore

H

N

N

OH

OH

H

N

N

O

O

OO

H

H

32

Page 46: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Proposition de mécanisme

N

N

H

OH

OH

H

N

N

H

OH

OH

H

+

HN

N

OH

OH

OO

H

HN

N

OH

OH

OO

H

+

N

N

H

OH

OH

H

N

N

H

OH

OH

H

+HN

N

OH

OH

OO

H

HN

N

OH

OH

OO

H

+

HN

N

OH

OH

OO

H

HN

N

OH

OH

OO

H

+

• Deux mélanges racémiques• A partir du mélange racémique majoritaire a de la

famille I • A partir des deux mélanges racémiques a et b

Résultats

Recherche du pharmacophore

33

Page 47: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Plan

• Contexte scientifique• Travaux antérieurs • La protéine CFTR• Modulation de la protéine CFTR

• Objectifs du travail• Résultats

• Poursuite de l’évaluation biologique des premiers composés actifs

• Recherche de nouveaux composés actifs • Recherche du pharmacophore• Pharmacomodulation

• Conclusions et perspectives

Page 48: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Structure des « chefs de file » et voies de synthèse

• Le meilleur inhibiteur et le potentiateur diffèrent uniquement par le groupement en position 9

• Modifications de l’adénine en position 7 ou 9 et/ou 8 et/ou 2

Résultats

Pharmacomodulation

N

NN

N

HN

COOOH

OH

GPact-11a

N

NN

N

HN

O

OH

HO

COOOH

OH

GPinh-5a

N

NN

NH

NH2

N

NN

N

NH2

R2

1

2

34

567

8

9 N

NN

N

HN

R2

OH

OH

COO

R1 R1

O

O

34

Page 49: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Modulations réalisées

N

NNH

N

NH2

N

HNOH

OH

COO

N

N

N

R1

HCH3CH2CH3CH2CH2CH3CH(CH3)2CH2CH=CH2CH=CHCH3CH2C CHCH2CH2CH2OHCH2CH2CH2CH3CH2PhCH2CH2CH2PhRibose2'-désoxyribose

R1 =

N

HNOH

OH

COO

N

N

N

R2

R2 = CH3CH2CH2CH3CH2CH=CH2

N

HNOH

OH

COO

N

N

N

R5

R6

R5 =

R6 =

CH2CH2CH3

OCH3Cl

N

HNOH

OH

COO

N

N

N

R4

R3

R3 =

R4 = SCH2CH3OCH2CH3SH

2'-désoxyriboseH

SCH2CH3SHBr

CH2CH2CH3

OCH3SCH3OH

Résultats

Pharmacomodulation

35

Page 50: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Dérivés de la 2’-désoxyadénosine

• Lors de la réaction avec le MG• Formation des adduits attendus• Et d’adduits ne portant plus le 2’-désoxyribose

• Difficultés de purification• Accès à des dérivés de l’adénine modifiée en

position 8

N

NN

N

NH2

Y

O

HO

HO

R

N

NN

N

HN

Y

O

HO

HO

RO O

OH

OH

COO

Résultats

Pharmacomodulation

N

NN

NH

HN

Y

R

OH

OH

COO

36

Page 51: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Activité des adduits MG-dérivés de l’adénine

• En position 9

R = Evaluation par le test d’efflux d’ions iodures

(CHO-wt)

Activité EC50 IC50

CH-(CH3)2 0 x x

CH2-CH=CH2 + 3 µM x

CH=CH2-CH3 0 x x

CH2-C≡CH 0 x x

CH2-CH2-CH2-OH 0 x x

N

NN

N

HN

R

OH

OH

COO

R = Evaluation par le test d’efflux d’ions iodures (CHO-wt)

Activité EC50 IC50

H - x 4,2 µM

CH3 0 x x

CH2-CH3 0 x x

CH2-CH2-CH3 + 2 µM x

CH2-CH2-CH2-CH3 0 x x

CH2-Ph 0 x x

CH2-CH2-CH2-Ph 0 x x

2’-désoxyribose - x 71 pM

ribose - x Pas de 100 % inhibition

Résultats

Pharmacomodulation

37

Page 52: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Activité des adduits MG-dérivés de l’adénine

• En position 8 et/ou 9

R1 = R2 =

Evaluation par le test d’efflux d’ions iodures (CHO-wt)

Activité EC50 IC50

dRib

SH ?

CH3-CH2-S 0 x x

CH3-CH2-O 0 x x

H

Br ?

SH + 23 µM

CH3-CH2-S ?

CH2-CH2-CH3

OH 0 x x

CH3-S 0 x x

CH3-O 0 x x

N

NN

N

HN

R1

OH

OH

COO

R2

N

NNH

N

HN

HS

COOOH

OH

N

NNH

HN

HN

S

COOOH

OH

Résultats

Pharmacomodulation

38

Page 53: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Plan

• Contexte scientifique• Travaux antérieurs • La protéine CFTR• Modulation de la protéine CFTR

• Objectifs du travail• Résultats

• Poursuite de l’évaluation biologique des premiers composés actifs

• Recherche de nouveaux composés actifs • Recherche du pharmacophore• Pharmacomodulation

• Conclusions et perspectives

Page 54: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Conclusions sur le pharmacophore

• Sélection de petites molécules contenant le pharmacophore :• Mise en évidence de nouveaux inhibiteurs de la

protéine CFTR• Structure nécessaire mais pas suffisante pour

observer une activité• Peu d’informations sur les groupements voisins

nécessaires à l’activité

• Modification de la famille I• Accès à d’autres composés de la famille II• Accès à une nouvelle famille

NO

Conclusions et Perspectives

N

N

O

R

R

Famille II

N

N

HOH

OH

Famille III 39

Page 55: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Conclusions sur la pharmacomodulation

• Mise en évidence de deux nouveaux potentiateurs

• Peu de variations sur la position 9 permettent de conserver une activité

• En attente de résultats complémentaires pour les positions 2 et 8

Conclusions et Perspectives

N

NNH

N

HN

HS

COOOH

OH

N

NN

N

HN

COOOH

OH

40

Page 56: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Mode d’action ?

• Hypothèses :• Liaison directe à la protéine• Site d’action identique pour inhibiteurs et

activateurs• Site localisé à proximité de la Glycine 551

Conclusions et Perspectives

41

Page 57: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

P

Cl-

MSD

NBD1 NBD2

R

Milieu extracellulaire

Milieu intracellulaire

P

PP

Conclusions et Perspectives

Mode d’action ?

42

Page 58: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

NBD1

R

NBD2

Cl-

MSD

N N

N

NHN

OOC

HOHO

P

PP

P

Conclusions et Perspectives

Mode d’action ?

43

Page 59: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

NBD2NBD1

R

Cl-

NBD2

MSD

P

PP

P

Conclusions et Perspectives

Mode d’action ?

NN

N

NHN

O

OH

OH

OOC

HO

HO

44

Page 60: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Perspectives (1)

• Poursuite de l’évaluation des composés actifs• Association de GPact-11a et d’un correcteur : effet

sur delF508 ?• Compétition avec l’ATP• Mutagenèse dirigée

• Modélisation in silico• Etude par docking : identification d’un site de liaison• Couples d’acides aminés portant des charges

opposées se situant à proximité dans les modèles 3D de la protéine CFTR

Conclusions et Perspectives

45

Page 61: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Perspectives (2)

• Recherche de potentiateurs• Combinaison des modifications favorables en

positions 9 et 8

• Poursuite des variations structurales• Adduits de l’EG sur 9-propyladénine• Essais avec d’autres α-oxoaldéhydes

N

NN

N

HN

COOOH

OH

N

NNH

N

HN

HS

COOOH

OH

N

NN

N

HN

COOOH

OH

HS

Conclusions et Perspectives

46

GPact-11aNouveau potentiateur

mis en évidenceComposé à synthétiser

Page 62: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Perspectives (3)

• Poursuite de la simplification structurale

• Obtention d’un seul énantiomère

• 7-méthylguanosine • chef de file ?

Conclusions et Perspectives

N

HNR

R

COO

N

X

+ H2NR

R

COOH

GP

NH

HNR

R

COO

N

X

+ H2NR

R

COOH

R2

R2

R2

R2

N N

X

+

GP

H2NR

COOHHN

COO

R

R1

R1

R1

R1

R1

R1

R2R2

47

N

NN

N

O

O

OH

HONH2

OH

Page 63: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Remerciements

• Vaincre la Mucoviscidose

• Jean-Luc Décout, Marie-Carmen Molina, Antoine Fortuné, Equipe CBO

• Equipe PPCI : Frédéric Becq, Caroline Norez, Johanna Bertrand, Patricia Melin

• Ensemble du DPM

Page 64: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle
Page 65: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle
Page 66: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Mécanisme Famille I

N

N

HO

OH

H

N

N

H2O

HO

OH

HH3O+

O

HO

OH

N

N

HO

HO

OH

H

O

OH

OH

N

N

OH

OH

OH

O

OH

N

NH

H

N

HN

OH

COO

OH

2

- H2O

- H2O1

H

Page 67: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Mécanisme Famille II

N

NO

O

O

- CO2

N

NO

N

NOH

COO

N

NO

oxydation

NaOHaq

- H2O

N

NO

N

NOH

COO

OH

- [H++2e-]

Page 68: Synthèse et évaluation de modulateurs de la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator) Soutenance de thèse de Benjamin Boucherle

Mécanisme Famille III

N

N

O

OH

H

HN

N

OH

OH

OO

tBuOK

H

- CO2N

N

O

O

OO

H

H

H

N

N

OH

OH

H