Discovery of capsid binder suramin as candidate of clinical treatment of EV71 infection

par Peijun Ren

Thèse de doctorat en Virologie

Sous la direction de Fernando Arenzana-Seisdedos et de Ralf Altmeyer.

  • Titre traduit

    Découverte de capside liant suramine comme candidat du traitement clinique de l'infection EV71


  • Résumé

    Maladies des mains pieds et bouche (MMPB) est un problème majeur de santé publique en Asie et en Chine en particulier. MMPB touche habituellement les enfants de moins de cinq ans. Les infections sont auto limitant et les symptômes sont généralement bénins, mais certains cas peuvent développer de graves maladies, y compris les infections du système nerveux central, encéphalite du tronc cérébral, oedème pulmonaire neurogénique et très rarement, la mort. Entérovirus humains causent MMPB, avec EV71 et CVA16 comme les plus importants agents étiologiques. Plus de 90 % des cas graves sont causées par l'infection EV71. Il n'y a actuellement aucun antiviral approuvé pour l'infection EV71. Trois vaccins EV71 ont terminé les essais cliniques de phase III en Chine, mais les vaccins n'ont pas encore été approuvés et le calendrier pour le déploiement dans tout le pays n'a pas été décidé. Prise en charge clinique repose essentiellement sur les soins de soutien pour les enfants souffrant de maladies graves. Mon travail visant à développer un candidat comme approche alternative et complémentaire des interventions pharmaceutiques aux vaccins inactivés entiers. En particulier, notre objectif était de trouver un candidat de médicaments sûrs et efficaces pour main fièvre aphteuse qui serait en mesure d'empêcher la progression de doux à une maladie grave et d'une maladie grave à mort. Développement de médicaments pour MMPB présente des défis particuliers exigeant un profil de produit cible spécifique : MMPB est une maladie infectieuse aiguë et pédiatrique avec une fenêtre de traitement limitée, la prévalence d'une maladie grave est essentiellement limitée à la région asiatique, qui limite les forces du marché qui conduisent à la mise au point avant les phases de développement clinique coûteuses. Tout d'abord la drogue doit être sûr et bien toléré chez les nourrissons et jeunes enfants. Ensuite, le médicament doit être efficace dans la réduction de la réplication virale menant à une maladie grave. Troisièmement, la formulation et la posologie d'une thérapie de MMPB future doit être adaptée aux nourrissons et enfants en bas âge. Enfin, puisque MMPB sévère est une maladie régionale, le marché éventuel n'est pas comparable à la taille du VIH/sida, la grippe ou une hépatite virale (VHB ou VHC). Cela affecte la motivation des sociétés pharmaceutiques de développement clinique et au bout du compte cela influe sur les chances de voir une thérapie à atteindre les patients qui en ont besoin. Par conséquent, nous avons conçu notre campagne de découverte de drogue MMPB/EV71 sur un médicament homologué recibler approche. Nous avons projeté une bibliothèque de médicaments 1280 approuvé et identifié cinq composés qui peuvent inhiber l'infection EV71 in vitro, y compris la suramine médicament pédiatrique approuvé. Suramine a montré la puissance contre plusieurs isolats EV71, aucune cytotoxicité détectable et un indice de sélectivité supérieure à 1000. Suramine inhibe de nombreuses infections à entérovirus humain A in vitro, mais ne parvient pas à inhiber les humains entérovirus B, C et D. Suramine a démontré une efficacité in vivo dans un modèle de souris ainsi qu'un modèle de singe adulte. Suramine a diminué la mortalité chez les souris EV71 infectés et prolonge la période de survie. Virémie n'a pas pu être détectée dans un groupe de singes traités avec la plus forte dose humaine suramine allométrique réglée sur le singe. Le profil pharmacocinétique de la suramine chez le singe a été étudié une fois par voie intraveineuse (IV) et injection intramusculaire (IM). Suramine a montré une absorption rapide et dégagement lent par administration IV tant IM, que la concentration plasmatique de la suramine a persisté à douze fois plus élevé que l'in vitro IC90 suggérant que surmain pourrait être efficace après l'application sur une dose unique. Nous avons identifié le mécanisme de l'effet inhibiteur de la suramine à EV71 en intégrant plusieurs méthodes, y compris les sondes chimiques, temps d'essais d'addition, STD-RMN (spectroscopie de résonance magnétique nucléaire du différentielle transfert dé Saturation) et génétique inverse. Nous avons conclu que suramine se lie à la capside EV71 à VP1 de l'axe 5 fois chargé positivement de symétrie, ce qui conduit à l'inhibition de la fixation des cellules virus-hôte et l'inhibition de l'entrée du virus dans les cellules hôtes. Au cours de mon travail de thèse de doctorat, nous avons identifié la suramine médicament pédiatrique approuvé comme un candidat pour infection à entérovirus humain A, en particulier grave main fièvre aphteuse causée par EV71. Le liant de capside EV71 et entrée inhibiteur suramine a montré les activité in vitro et efficacité in vivo et sécurité acceptable, toxicologie et profils pharmacocinétiques.


  • Résumé

    Hand Foot and Mouth Disease (HFMD) is a major public health problem in Asia and China in particular. HFMD usually affects children under the age of five. Infections are self limiting and symptoms are mostly mild, but some cases may develop to severe diseases, including central nervous system infection, brain stem encephalitis, neurogenic pulmonary edema and very rarely, death. Human Enteroviruses cause HFMD, with EV71 and CVA16 as the major aetiological agents. More than 90% of severe cases are caused by EV71 infection. There is currently no approved antiviral for EV71 infection. Three EV71 vaccines have completed the phase III clinical trials in China, but the vaccines have not yet been approved and a timetable for nationwide rollout has not been decided. Clinical management relies essentially on supportive care for children with severe disease. My work aimed at developing a therapeutic candidate as an alternative and complimentary pharmaceutical intervention approach to whole inactivated vaccines. In particular, our aim was to identify a safe and efficacious drug candidate for Hand Foot and Mouth Disease that would be able to prevent the progression from mild to severe disease and from severe disease to death. Drug development for HFMD presents particular challenges requiring a specific target product profile: HFMD is an acute pediatric infectious disease with a limited treatment window, the prevalence of severe disease is essentially limited to the Asian region which limits market forces that drive the development forward through the costly clinical development phases. Firstly the drug needs to be safe and well tolerated in young children and infants. Second, the drug needs to be efficacious in reducing viral replication leading to severe disease. Third, the formulation and dosing regimen of a future HFMD therapy needs to be adapted to infants and young children. Finally, since severe HFMD is a regional disease, the prospective market is not comparable to the size of HIV/AIDS, Influenza or viral hepatitis (HBV or HCV). This affects the motivation of pharmaceutical companies to support clinical development and ultimately this affects the chances to see a therapy reach the patients who need it. Therefore, we designed our HFMD/EV71 drug discovery campaign on an approved drug repurposing approach. We screened a library of 1280 approved drugs and identified five compounds that can inhibit EV71 infection in vitro, including the approved pediatric drug suramin. Suramin showed potency against several clinical EV71 isolates, no detectable cytotoxicity and a selectivity index greater than 1000. Suramin inhibits many Human Enterovirus A infections in vitro, but fails to inhibit Human Enteroviruses B, C and D. Suramin demonstrated in vivo efficacy in a mouse model as well as an adult monkey model. Suramin decreased mortality in EV71 infected mite and prolonged the survival period. Viremia could not be detected in a group of monkeys treated with the highest human dose of suramin allometrically scaled to the monkey. The pharmacokinetic profile of suramin in monkey was studied after both intravenous (IV) and intramuscular (IM) injection. Suramin showed rapid absorption and slow clearance by both IV and IM administration, the plasma concentration of suramin persisted dozen times higher than the in vitro IC90 suggesting that surmain may be effective after a single dose application. We identified the mechanism of suramin's inhibition effect to EV71 by integrating multiple methods, including chemical probes, time of addition assays, STD-NMR (Saturation transfer difference nuclear magnetic resonance spectroscopy) and reverse genetics. We concluded that suramin binds to the EV71 capsid of VP1 of the positively charged 5-fold axis of symmetry, which leads to inhibition of virus-host cell attachment and inhibition of virus entry into host cells. During the course of my PhD thesis work we identified the approved pediatric drug suramin as a candidate for Human Enterovirus A infection, in particular severe Hand Foot and Mouth Disease caused by EV71. The EV71 capsid binder and entry inhibitor suramin showed both in vitro potency and in vivo efficacy and acceptable safety, toxicology and pharmacokinetic profiles.

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  • Détails : 1 vol. (146 p.)
  • Annexes : 496 réf.

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