Conception, synthèse et évaluation biologique d'une nouvelle série d'inhibiteurs, de type N-hydroxy Pyridine-2-one, visant la méthionine aminopeptidase d'E. coli : amélioration des activités antibactériennes via les métallodrogues

par Sandy Compain

Thèse de doctorat en Chimie organique

Sous la direction de Isabelle Artaud.

Soutenue le 13-05-2015

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Médicament, toxicologie, chimie, imageries (Paris) , en partenariat avec Université Paris Descartes (établissement de préparation) .

Le président du jury était Marie-Christine Lallemand.

Le jury était composé de Isabelle Artaud, Marie-Christine Lallemand, Marius Réglier, Solange Lavielle, Jean Dessolin.

Les rapporteurs étaient Marius Réglier, Solange Lavielle.


  • Résumé

    La Méthionine Aminopeptidase est une métalloenzyme présente chez tous les procaryotes et essentielle à la maturation des protéines chez les bactéries. Malgré sa présence chez les eucaryotes,c’est une cible attractive pour développer de nouveaux antibiotiques. A ce jour, de nombreux inhibiteurs visant cette cible ont été développés mais aucun n’a fait l’objet de recherche avancée car l’effet antibactérien était trop limité. Nous nous sommes intéressés à la MetAPI d’E.coli(EcMetAP) comme modèle de Gram (-). Ainsi, une nouvelle série d’inhibiteurs présentant une fonction 1-Hydroxypyridin-2-one (HOPO) comme motif chélatant, a été conçue, synthétisée et les activités évaluées in vitro et in cellulo. Le design de ces ligands a été effectué par une étude en modélisation moléculaire en partant des structures RX de l’enzyme à Mn (EcMetAP-Mn) co-cristalliséeavec un ligand acide hydroxamique résolues précédemment dans l’équipe. Les études en dynamique moléculaire ont permis de sélectionner trois familles de ligand. Ces molécules ont ensuite été synthétisées. Pour la famille de ligands substitués en 5 du cycle HOPO par un methyl indole, la stratégie de synthèse classique n’a pas permis d’obtenir les ligands souhaités mais, une HOPO fonctionnalisée par un dérivé résultant de l’ouverture du cycle indolique a été isolée et totalement caractérisée. Sur l’ensemble des molécules mises au point, cinq d’entre elles ont une bonne affinité pour la MetAP-Mn, avec des CI50 inférieures à 5 μM. Les molécules présentent dans l’ensemble une activité antibactérienne modérée. L’activité est améliorée en présence de polymyxine nonapeptide, un perméabilisant membranaire. Afin de pallier le problème du manque de perméabilité des bactéries Gram (-), la stratégie de métal-chaperone associant autour d’un cation métallique l’inhibiteur et un ligand auxiliaire fonctionnalisé par un perméabilisant, a permis d’améliorer les activités antibactériennes.


  • Résumé

    Methionine aminopeptidase (MetAP) is an ubiquitous metalloprotein present in allprokaryotes and essential to the maturation of proteins in bacteria. Despite to be also present in eukaryotes, it is an attractive target to design new antibacterial agents. Numerous inhibitors targeting MetAP have been developed these last years, but none of then have been further studied because of too low antibacterial activities. We chose to work on MetAP1 from E. coli strain (EcMetAP), as an example of Gram negative bacteria, for which several X-ray structures of the enzyme in complex with inhibitors are available in the literature. A new series of inhibitors functionalized by a 1-hydroxypyrdin-2-one (HOPO) as chelating group has been designed and synthesized. The backbone of these HOPOs has been designed by molecular modeling, starting from the X-ray structure of EcMetAP loaded with Mn(II) incomplex with simple hydroxamic acids and previously solved in the lab. Three types of ligands have been selected and further synthesized. However HOPO substituted in position 5 by a methyl indole could not be obtained, instead a polyfunctionalized molecule with a HOPO substituted by a ring-opening derivative of the indole was isolated and completely characterized. The biological activities of all the molecules were determined. Five of them displayed inhibitory effect against EcMetAP-Mn with IC50 lower than 5 μM. The antibacterial activities are modest againt a wild type E. coli strain and an E. coli strain deleted from the AcrAB efflux pump system, but the sensitivity is increased by adding polymyxin nonapeptide. So, the results can be improved using the metal- chaperone strategy previously developed in the team, which allows, by grafing a permeabilizing agent on an ancillary ligand complexed to a metal cation with the HOPO inhibitor, to favor the uptake of the drug by the bacteria.

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