Conception, synthèse et évaluation biologique d’inhibiteurs des protéines anti-apoptotiques de la famille Bcl-2

par Alma Abou samra

Thèse de doctorat en Chimie thérapeutique

Sous la direction de Fanny Roussi.

Le président du jury était Anne-Sophie Voisin-Chiret.

Le jury était composé de Fanny Roussi, Anne-Sophie Voisin-Chiret, Sylvie Michel, Patricia Melnyk, Laurent Evanno.

Les rapporteurs étaient Sylvie Michel, Patricia Melnyk.


  • Résumé

    La mitochondrie joue un rôle capital dans la mort cellulaire programmée ou apoptose par l’intermédiaire des protéines de la famille Bcl-2. Le dérèglement de l'apoptose dans de nombreux cancers fait de cette voie et des protéines de la famille Bcl-2 des cibles prometteuses pour la thérapie anti-cancéreuse. Le développement de petites molécules ciblant les protéines de la famille Bcl-2 s’est toutefois révélé être un grand défi, et peu d’entre elles ont atteint des études de phase clinique. Cependant, depuis une quinzaine d’années, grâce à des approches variées et souvent innovantes, des composés très actifs ont été développés. Plusieurs composés sont actuellement en essais clinique et une molécule, le venetoclax, a obtenu la première autorisation de mise sur le marché en avril 2016. Ce succès thérapeutique démontre que les protéines de la famille de Bcl-2 sont des cibles potentielles pour la thérapie anticancéreuse.Les substances naturelles sont une source importante de nouvelles molécules à structures originales, et de nombreux médicaments utilisés actuellement en chimiothérapie sont d’origine naturelle. La meiogynine A est un triterpène dimère qui a été isolé et synthétisé dans notre équipe. Ce composé possède une activité inhibitrice duale des protéines anti-apoptotiques Bcl-xL et Mcl-1. Des analogues de première et deuxième génération ont été élaborés par la suite, parmi lesquels, certains présentent une activité duale sub-micromolaire. Contrairement aux analogues de première génération, ces composés ne sont cependant pas cytotoxiques, probablement en raison de la présence d’une fonction ester sur la chaine latérale qui peut s’hydrolyser en un métabolite inactif.Mon projet de thèse vise à élaborer des analogues de troisième génération de la meiogynine A possédant une activité inhibitrice multiple sub-micromolaire des protéines anti-apoptotiques Bcl-xL, Mcl-1, Bcl-2 et cytotoxiques sur des lignées cellulaires surexprimant ces mêmes protéines. Pour cela, un essai biologique de mesure d’inhibition de l’interaction Bcl-2/Bim a été mis en place et robotisé afin d’évaluer l’activité biologique des composés synthétisés. De plus, la voie de synthèse bioinspirée d’un précurseur commun des nouveaux analogues a été mise au point à l’échelle de plusieurs grammes. Ce précurseur a permis d’élaborer différents analogues de troisième génération de la meiogynine A en réalisant des pharmacomodulations sur la chaîne latérale afin de remplacer la fonction ester des analogues de deuxième génération par un groupement stable et résistant in cellulo. Différentes séries ont été envisagées (alcènes, amines, amides, carbamates et triazoles). L’activité biologique des composés synthétisés a été évaluée sur les trois cibles in vitro. Finalement, des analyses de cytotoxicité pour les analogues les plus actifs ont été réalisées par nos collaborateurs à l’Institut Gustave Roussy.

  • Titre traduit

    Development and biological evaluation of small molecules inhibitors of anti-apoptotic proteins of Bcl-2 family


  • Résumé

    Apoptosis is used by multicellular organisms to regulate tissue homeostasis through the elimination of useless or potentially harmful cells. The key players of apoptosis are caspases, a family of proteases whose activation is induced by two major signalling pathways. One of these pathways (the intrinsic pathway) is regulated by the Bcl-2 family of proteins. In recent years, numerous studies have shown that overexpression of the antiapoptotic Bcl-2, Bcl-xL or Mcl-1 proteins is involved in the development of many kinds of cancers or confers resistance to apoptosis induced by standard anticancer therapies. Consequently, targeting this family of proteins is a highly promising strategy for tumour treatment.The feasibility of disrupting protein-protein interactions between anti- and pro-apoptotic members of the Bcl-2 family, using small-molecule inhibitors has been successfully established, and venetoclax was the first to obtain the FDA authorisation in April 2016 as an inhibitor of anti-apoptotic proteins of Bcl-2.Natural products are still playing a significant role in drug discovery and development process. Thus, from the 1940’s to date, 75% of the 175 small molecules used in cancer therapy, are either natural products or derivatives of natural compounds. Screening of plant extracts, marine organisms or microorganisms can provide highly original and functionalized bioactive molecules that are unlikely obtained by screening synthetic libraries. In fact, structural complexity is often a criterion of specificity for biological target.Meiogynin A is an original molecule isolated from a Malaysian Annonaceae and synthesized in our team in 2009. It exhibited a promising inhibitory activity of Bcl-2, Bcl-xL and Mcl-1, three anti-apoptotic proteins of Bcl-2 family whose overexpression is correlated with many cancers. 1st- and 2nd-generation analogs were further elaborated. Despite their remarkable affinity towards target proteins, 2nd-generation analogs lacked cytotoxicity, probably due to the presence of an ester linker that could undergo competitive hydrolysis in cellulo, leading to an inactive metabolite.We aim to develop 3rd-generation analogues of meiogynine A exhibiting high affinity towards multiple anti-apoptotic members of Bcl-2 family as well as cytotoxicity on cancer cells that overexpress these proteins. For this, a new fluorescence polarization inhibition test for Bcl-2/Bim interaction has been implemented, and meiogynine A and its analogues have been tested against the new interaction. In addition to Bcl-xL/Bak and Mcl-1/Bid interaction inhibition, these molecules showed an ability to inhibit Bcl-2/Bim interaction. Thus, they are considered multiple inhibitors.3rd-generation analogues of meiogynine A were obtained by pharmacomodulation of a common precursor that was synthesized on a gram-scale through a bioinspired Diels-Alder reaction. Several functional groups that have better stability in vivo than the ester group were anticipated, such as the amines, amides, carbamates and triazoles. Biological activity of the synthesized analogues was evaluated, and those presenting the best inhibitory profile were evaluated in cellulo by our collaborators in the Institut Gustave Roussy.


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