Targeting strategies using B-subunit of Shiga toxin : innovative drug-delivery systems

par Cornélie Batisse

Thèse de doctorat en Chimie organique

Sous la direction de Frédéric Schmidt et de Ludger Johannes.

Soutenue le 28-01-2015

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Médicament, toxicologie, chimie, imageries (Paris) , en partenariat avec Université Paris Descartes (1970-2019) (établissement de préparation) .

Le président du jury était Laurent Micouin.

Le jury était composé de Frédéric Schmidt, Ludger Johannes, Laurent Micouin, Sébastien Papot, Gilles Divita, François Lefoulon.

Les rapporteurs étaient Sébastien Papot, Gilles Divita.

  • Titre traduit

    Stratégies de vectorisation par la sous-unité B de la toxine de Shiga : systèmes de libération d’agents cytotoxiques innovants


  • Résumé

    Les stratégies thérapeutiques mises en place contre le cancer ont de nos jours besoin de nouveaux médicaments, à la fois plus actifs que ceux déjà existants et induisant moins d’effets secondaires. Ces nouvelles stratégies visent à cibler spécifiquement les cellules cancéreuses. Parmi ces stratégies, ces travaux de thèse concernent la vectorisation active, à l’aide d’un vecteur protéique dérivé de la toxine de Shiga, STxB. STxB reconnait spécifiquement son récepteur biologique Gb3, surexprimé à la surface des cellules cancéreuses humaines. Ce projet de recherche porte sur la conception et la synthèse de conjugués, combinant STxB et un agent cytotoxique. Le linker chimique, qui relie ces deux espèces, a été soigneusement conçu pour respecter les deux critères suivants : être suffisamment stable et néanmoins pouvoir être clivé pour libérer l’agent cytotoxique une fois les cellules cancéreuses atteintes. Un premier linker a été construit autour du motif mercaptoethanol, lié au vecteur STxB par une liaison disulfure. La libération de l’agent cytotoxique peut donc être initiée par un réducteur biologique comme le glutathion, puis par une étape d’auto-immolation. Ce linker a été appliqué à deux composés cytotoxiques très puissants, dérivés de l’auristatine, et a conduit à des résultats prometteurs in vitro. La labilité de la liaison ester à pH acide a également été mise à profit dans l’élaboration de deux linkers, conçus autour de motifs glutamate et thréoninate. L’utilisation d’un agent cytotoxique modérément puissant a été l’occasion de développer une stratégie de multivalence, consistant à augmenter la charge d’agents cytotoxiques sur STxB. Une autre option a été de considérer les nano-batônnets d’or comme une plate-forme nanométrique multimodale, capable de lier plusieurs milliers d’agents cytotoxiques et STxB. Enfin l’incorporation d’une séquence peptidique, connue pour être substrat d’une protéase, a donné lieu à une troisième étude, reposant sur un linker clivable plus sélectivement. Plusieurs linkers ont été étudiées, selon qu’ils libèrent l’agent cytotoxique sous sa forme native ou non.


  • Résumé

    We need new therapeutic strategies to treat cancerous patients by the discovery of new drugs that would be more active than those existing and especially assigning fewer side effects. These new therapies aim to specifically target cancer cells. Among the strategies for cancer targeting, we investigated drug-targeted strategies using a proteic carrier, STxB, derived from Shiga toxin. This protein recognizes specifically its biological receptor Gb3, which is over-expressed on human cancer cells. This work consisted in the design and synthesis of conjugates combining STxB and a cytotoxic drug. The chemical linker binding these two moieties was carefully designed in order to fit requirements of both stability and ability to trigger a drug-delivery. A first linker was designed around a mercaptoethanol core, able to be conjugated to STxB by a disulfide bond. This constitutes a drug-delivery trigger, activated by a biological reducing agent such as glutathion, and followed by a self-immolative step. Two highly potent conjugates of auristatin derivatives were obtained and showed promising results in vitro. The ester bonds lability in acidic pH was exploited for the design of two amino acid based linker. With the aim of increasing the ratio of drug on STxB, we investigated several multivalent linkers. Another option was to consider gold nanorods as a nanometric platform, able to carry thousands of drugs and STxB. The incorporation of a protease substrate to produce an enzyme-cleavable linker was investigated. Several spacers, which induced release of the drug under native form or under prodrug form, were designed and tested.

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