Ciblage des télomères par des métalloporphyrines

par Carmen Romera Fernández

Thèse de doctorat en Chimie. Biologie. Santé

Sous la direction de Geneviève Pratviel.

Soutenue en 2010

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Les cellules cancéreuses possèdent une enzyme, la télomérase, qui allonge constamment leurs télomères tandis que les cellules normales sont dépourvues de télomérase. Les télomères sont des séquences d'ADN riches en guanines situées à l'extrémité des chromosomes dont la structure s'organise en G-Quadruplex. Due à ses caractéristiques structurelles et à une possible fonction cellulaire, le ciblage des télomères par des petites molécules constitue aujourd'hui une des stratégies les plus prometteuses pour la découverte de nouveaux agents antitumoraux. Pour être considéré comme un potentiel agent thérapeutique, une molécule doit présenter une forte affinité et sélectivité pour le G-quadruplex. Une métalloporphyrine de Mn(III) combinant un coeur aromatique et quatre bras cationiques flexibles, s'est avérée capable de discriminer par un facteur de 104 entre de l'ADN quadruplex et de l'ADN duplex. Dans ce projet de recherche nous nous intéresserons au rôle du métal central ainsi qu'à celui des bras cationiques encombrants dans l'optimisation des molécules pour le ciblage des télomères. C'est dans ce objectif que trois familles de porphyrines ont été synthétisées: (i) meso-tetrakis(4-N-methylpyridiniumyl)porphyrin (TMPyP4), (ii) porphyrine long bras (LA) et (iii) porphyrine bras moyen (MA), par metallation avec nickel(II), manganèse(III), cobalt(III) et or(III). Dans le cas des porphyrines TMPyP4, nous avons d'abord démontré que la présence d'une charge positive au cœur du système aromatique ne contribue pas à une amélioration de l'interaction. Les études on aussi révélés que les ligands axiaux, bien que diminuant l'affinité, augmentent la sélectivité pour le G-quadruplex. Ces résultats mettent en évidence que la présence des ligands axiaux sur le métal ne gêne pas l'interaction entre la porphyrine et le quadruplex. De nouvelles études de résonance plasmonique de surface sur la porphyrine Mn(III) long bras, ont confirmé la sélectivité exceptionnelle pour le G-quadruplex. Des analyses de FRET sur toute la série long bras ont montré que la présence de bras encombrants confère à la porphyrine une haute sélectivité pour le quadruplex. Trois molécules de la série ont été soumises à des tests cellulaires. H2-LA et Mn-LA ont donné des résultats encourageants, démontrant une capacité de pénétration cellulaire et de médiation des effets cellulaire typiques d'un ligand G4. La série bras moyen a été synthétisée dans le but d'étudier le rôle des groupes cationiques encombrants, en simplifiant le squelette de la porphyrine. Les bras cationiques flexibles ont été remplacés par des groupes phenylpyridiniumyl rigides. Quatre molécules présentent de bonnes affinités et sélectivités. Des analyses supplémentaires indiquent une probable interaction par " stacking " avec le G-tétrade du quadruplex. Etonnamant, ces molécules ont aussi manifesté une grande affinité pour le petit sillon d'une séquence de six paires de bases AT consécutives. En comparaison avec les séries long bras et TMPyP4, la famille bras moyen ait montré des performances intéressantes pour le ciblage du G4. Cependant, celles-ci n'atteignent pas la haute affinité et l'excellente sélectivité de la porphyrine manganèse long bras pour l'ADN télomérique.

  • Titre traduit

    Metalloporphyrins able to target telomeres : a way to new antitumorale agents


  • Résumé

    Cancer cells express the telomerase enzyme, which is responsible of maintaining their telomere length, whereas normal cells are devoid of telomerase activity. Telomeres are guanine rich DNA sequences located at the end of the chromosomes that can adopt a G-quadruplex structure. Due to their structural features and possible cellular function, G-quadruplex constitutes a particularly interesting target for drug design, and therefore a promising strategy for new antitumour drugs. To be considered as potential anticancer drug, a G-quadruplex ligand must demonstrate a high affinity and selectivity for human telomeric DNA. The cationic porphyrin, manganese(III) long arm was reported to be able to discriminate between quadruplex and duplex DNA by four orders of magnitude. The present work focuses on the study of the role of the central metal and the role of the bulky cationic groups on the porphyrin macrocycle in the design of telomere interacting drugs. To this purpose, three types of porphyrins were prepared, (i) meso-tetrakis(4-N-methylpyridiniumyl)porphyrin (TMPyP4) (ii) long arm porphyrin (LA) and (iii) middle arm porphyrin (MA), by metallation with nickel(II), manganese(III), cobalt(III) and gold(III). In the case of the relatively small TMPyP4 porphyrins, we first showed that the presence of a positive charge at the centre of the aromatic core does not contribute to improve binding process. The investigation also revealed that axial water molecules, although lowering the affinity, increase G-quadruplex selectivity. These results evidenced that axial ligands in the center of the metal do not hamper the binding of the complex with the quadruplex structure. In agreement with previous reports, new SPR studies confirmed that manganese(III) long arm porphyrin is an exceptional G-quadruplex ligand. According to FRET-melting measurements on long arm series, we proved that the bulky and flexible cationic substituents conferred to the porphyrin high quadruplex selectivity. Three compounds of long arm series underwent cellular tests. H2-LA and Mn-LA proved encouraging, showing that regardless of the presence of large cationic substituents, the porphyrin derivates are able to penetrate cells and mediate some of the typical cellular effects of G4-ligands. Middle arm porphyrin series was designed with the aim to study the role of the bulky cationic groups, simplifying the porphyrin skeleton. Long and flexible cationic substituents were replaced by phenylpyridiniumyl rigid groups. Four molecules presented properties both in terms of affinity and selectivity. Further analysis indicated that they are probably able to undergo p-p stacking interactions with guanine quartets of quadruplex DNA. Surprisingly, these molecules also manifested a high binding affinity to the minor groove of longer sequences consisting of 6 consecutive AT base pairs. Comparing with long arm and TMPyP4 series, middle arm family proved to be interesting for G-quadruplex targeting but did not reach the high affinity and excellent selectivity for G-quadruplex DNA of manganese long arm porphyrin.

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  • Détails : 1 vol. (235 p.)
  • Annexes : Références bibliogr. en fins de chapitres

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2010 TOU3 0209
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