Développement de mimes de superoxyde pour des applications thérapeutiques : mimes peptidiques et bactéries pour la délivrance

par Amandine Vincent

Projet de thèse en Chimie Moléculaire

Sous la direction de Clotilde Policar.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de Chimie Moléculaire de Paris-Centre , en partenariat avec Laboratoire des Biomolécules (laboratoire) et de Ecole normale supérieure (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-09-2016 .


  • Résumé

    De nos jours, les maladies chroniques de l'intestin (IBDs) touchent près de 1/100 de la population. Elles impliquent un fort stress oxydant. Des essais traitements existent déjà mais impliquent de lourds effets secondaires comme des infections ou des cancers dans certains cas. La découverte de nouveaux traitements pour contrôler les effets délétères associés au stress oxydant s'avère donc nécessaire pour soigner les IBDs qui sont des maladies très invalidantes. Les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin (inflammatory bowel diseases ou IBD) sont associées à une surproduction non contrôlée d'espèces actives dérivant du dioxygène appelées ROS (reactive oxygen species). Les enzymes anti-oxydantes comme les superoxydes dismutases (SODs) régulent en temps normal le taux de ROS produits. Chez les patients atteints d'IBDs, elles se trouvent, soit sous-exprimées, soit sur-exprimées sous forme inactive. Des essais cliniques ont déjà été effectués en administrant aux patients des enzymes SODs naturelles purifiées. Outre leur coût élevé, les SODs ne sont pas capables de traverser les membranes ce qui limite leur effet au milieu extracellulaire. Or la production de ROS a essentiellement lieu dans la cellule et plus spécifiquement dans la mitochondrie. Des mimes de SODs, de poids moléculaire plus faible que les SODs, ont donc été mis au point et sont de bons candidats potentiels pour une utilisation thérapeutique. Dans la perspective d'une application thérapeutique des mimes de SOD (SODm), il est important d'étudier en détail leur comportement en milieu cellulaire. Ce projet pluridisciplinaire conciliera ainsi conception et synthèse de SODm de manganèse (métal le moins toxique parmi ceux impliqués au le site actif des SODs). L'approche proposée consistera à développer des mimes de SODs avec des ligands peptidiques. La mesure de l'activité des complexes de Mn et l'évaluation de leurs propriétés physico-chimiques au sein d'un système cellulaire, modèle de stress oxydant au sein d'IBDs, seront des aspects majeurs du projet. Leur toxicité sera étudiée. Il s'agira enfin de quantifier et de localiser précisément les SODm dans la cellule par des techniques d'imagerie et de spectroscopie et d'étudier la nature des complexes (ou spéciation). Ce projet alliera donc recherche fondamentale en chimie avec des approches en chimie bio-inorganique et physico-chimie. Nous explorerons également un moyen original d'administration des SODm par l'intermédiaire de bactéries. Cela permettra d'envisager des études sur des modèles animaux (en collaboration) pour valider la stratégie employée.

  • Titre traduit

    Development of biomimetic superoxides for therapeutic purposes : biomimetic peptides and bacteries for drug delivery


  • Résumé

    Inflammatory bowel diseases (IBDs) affect about 1/100 of the world's population. Those diseases imply a high oxidative stress. Many drug treatments have been developed and tried but they often cause serious side effects. The discovery of new treatment without secondary effects remains necessary and a challenge for biochemists. IBDs are associated with a non controlled production of reactive oxygen species (ROS). Normally, different antioxidant enzymes and bio-macromolecules govern the production of those reactive oxygen species. More particularly, superoxide disumtases regulate the production of the superoxide ion by catalyzing its dismutation in H2O2 and O2. In human cells, there are three different superoxide dismutases which are all metallo-enzymes : two copper/zinc metallic active site enzymes (the SOD1 is located in the cytosol and the SOD3 extracellularly) and the third one present a manganese cation in the active site. The latter (called SOD2) is located in mitochondrias where the main production of ROS takes place through the cellular respiration. The SOD2 has a major role in the control of the superoxide ion amount. Indeed, mice die when the expression of the SOD2 is inhibited contrary to SOD1 and SOD3. A first treatment has been tried by administrating orally purified bovines SOD2. Despite the cost of such a treatment, enzymes are not able to cross cell membranes because of their high molecular weigh. As a consequence, they can only regulate the extracellular superoxide ion which represents a very little amount compared to the total production of this ROS. Then, researchers focused on the discovery and study of superoxide disumtase mimics : they aim at reproducing the activity of enzymes and the lower size makes them able to penetrate cell membranes. The goal of the phD project is to identify new SOD mimics with a small peptidic (8-10 amino acids) ligand. Combinatorial chemistry will be used to create a large library of peptides that are likely to coordinate a metal ion (copper or manganese) and subject to SOD activity. The study of the complexes selected will be one of the major part of the project. Physical-chemistry techniques will be employed to analyze the structure of the complexes and more specifically the coordination sphere, the redox potential and the association thermodynamic constant. Then biological studies will be done to test the activity of the complexes in a biological contest (cells or mice). The project is multi-field, combining physical chemistry, peptide synthesis and biology and involves different collaboration (INRA, Saint-Antoine hospital, LCC Toulouse...) to complete it.