Optimisation de nouveaux agonistes topiques intestinaux du récepteur aux acides biliaires TGR5 pour le traitement du diabète de type 2

par Vanessa Hoguet

Thèse de doctorat en Sciences du médicament

Sous la direction de Julie Charton.

Soutenue le 27-09-2017

à Lille 2 , dans le cadre de École doctorale Biologie-Santé (Lille) , en partenariat avec Médicaments et Molécules pour agir sur les Systèmes Vivants (Lille) (laboratoire) et de Médicaments et molécules pour agir sur les Systèmes Vivants-U 1177 (laboratoire) .


  • Résumé

    Le récepteur membranaire TGR5 (Takeda G Protein-coupled Receptor 5), est un récepteur ubiquitaire sensible aux acides biliaires. Il est exprimé dans de nombreux tissus et organes dont l’intestin (dans les cellules entéroendocrines L), la vésicule biliaire, les muscles lisses et squelettiques, le tissu adipeux brun et dans certaines cellules immunitaires. Des études menées in vitro et in vivo chez l’animal ont montré des effets bénéfiques de l’activation de TGR5 sur l’homéostasie énergétique et glucidique. Il est maintenant communément admis que les effets bénéfiques de TGR5 sur l'homéostasie du glucose sont, au moins en partie, médiés par sa capacité à promouvoir la sécrétion de l'incrétine intestinale glucagon-like peptide-1 (GLP-1) au niveau des cellules entéroendocrines L.Cependant, de récentes expériences ont montré que l’activation de TGR5 par des agonistes systémiques dans des modèles animaux peut induire des effets non souhaités tels qu’une augmentation du volume de la vésicule biliaire, des démangeaisons et des effets cardiovasculaires. Afin de s’affranchir des effets non désirés d’agonistes systémiques de TGR5, le projet s’est orienté vers le développement d’agonistes de TGR5 présentant une distribution tissulaire ciblée et limitée à l’intestin et dont la biodisponibilité orale serait très faible, voire nulle. Nous avons alors émis l’hypothèse qu’une activation de TGR5 limitée à l’épithélium intestinal sans exposition systémique permettrait d’obtenir des effets bénéfiques sur l’homéostasie du glucose via l’effet GLP-1 sécrétagogue, tout en minimisant les effets non souhaités sur d’autres tissus ou organes exprimant TGR5.A partir des études de relations structure-activités obtenues au laboratoire sur une série d’agonistes de TGR5, nous avons conçu des composés chimériques de la façon suivante : le pharmacophore responsable de l’activité sur le récepteur TGR5 est lié via un bras espaceur à des éléments structuraux appelés kinétophores qui ajustent les propriétés physicochimiques et pharmacocinétiques de nos agonistes pour limiter leur absorption intestinale. Ainsi, l’objectif de ce travail était d’obtenir des agonistes non systémiques de TGR5, puissants et originaux, exerçant leur action dans l’intestin afin de générer la preuve de concept in vivo de l’intérêt d’utiliser de tels agonistes dans le traitement du diabète de type 2.Une étude systématique de l’effet de kinétophores variés a été réalisée. Une trentaine de composés ont été synthétisés en 8 à 12 étapes permettant l’identification d’agonistes puissants et présentant des propriétés pharmacocinétiques en accord avec notre stratégie de composés topiques intestinaux. Des études in vivo ont ensuite permis de valider l’effet GLP-1 sécrétagogue de tels composés. Enfin, l’évaluation d’un des meilleurs composés dans un modèle murin de diabète nous a permis de valider l’hypothèse qu’un agoniste topique intestinal de TGR5 peut avoir un effet bénéfique sur l’homéostasie énergétique et glucidique.

  • Titre traduit

    Optimization of new topical intestinal agonists of the bile acid receptor TGR5 for the treatment of type 2 diabetes


  • Résumé

    The membrane receptor TGR5 (Takeda G Protein-coupled Receptor 5) is an ubiquitous receptor sensitive to bile acids. It is expressed in many tissues and organs including the intestine (in enteroendocrine L cells), the gallbladder, smooth and skeletal muscles, brown adipose tissue and in some immune cells. In vitro and in vivo studies in animals have shown beneficial effects of TGR5 activation on energy and glucose homeostasis. It is now commonly accepted that the beneficial effects of TGR5 on glucose homeostasis are, at least in part, mediated by its ability to promote the secretion of the intestinal incretin glucagon-like peptide-1 (GLP-1) in enteroendocrine L cells.However, recent experiments have shown that the activation of TGR5 by systemic agonists in animal models can induce unwanted effects such as increased gallbladder volume, itching and cardiovascular issues. In order to avoid the undesired effects of systemic agonists of TGR5, the project focused on the development of TGR5 agonists with an intestine targeted distribution and a very low oral bioavailability. Then, we hypothesized that the activation of TGR5 limited to the intestinal epithelium without systemic exposure would promote the beneficial effects on glucose homeostasis via the GLP-1 secretagogue effect, while minimizing systemic effects on other tissues or organs expressing TGR5.On the basis of structure-activity relationships on a series of TGR5 agonists developed in the laboratory, we have designed chimeric compounds as follows: the pharmacophore responsible for activity on the TGR5 receptor is bound, via a linker, at structural elements called kinetophores that fine-tune the physicochemical and pharmacokinetic properties of our agonists to limit their intestinal absorption. Thus, the aim of this work was to obtain powerful and original non-systemic TGR5 agonists acting in the intestine to generate the in vivo proof of concept of the therapeutic potential of such agonists in the treatment of type 2 diabetes.A systematic study of the effect of various kinetophores was performed. About thirty compounds have been synthesized in 8 to 12 steps allowing the identification of powerful agonists with pharmacokinetic properties in accordance with our strategy of topical intestinal compounds. In vivo studies were then used to validate the GLP-1 secretagogue effect of such compounds. Finally, evaluation of one of the best compounds in a murine model of diabetes allowed us to validate the hypothesis that a topical intestinal agonist of TGR5 can have a beneficial effect on energy and glucose homeostasis.


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