Stratégies d'inhibition de la O6-méthylguanine-ADN-méthyltransférase (MGMT) pour la chimiothérapie combinée des gliomes résistants au témozolomide

par Jaime Franco pinto

Projet de thèse en Chimie


Sous la direction de Anton Granzhan et de Sophie Bombard.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes , en partenariat avec Chimie et Modélisation pour la Biologie du Cancer (laboratoire) , Faculté des sciences d'Orsay (référent) et de Université Paris-Saclay. Graduate School Chimie (2020-....) (graduate school) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    Résumé : Le gliome est un nom d'un vaste groupe de cancers primitifs du système nerveux central (SNC). Ce type des cancers du cerveau est une tumeur très maligne et invasive, qui se caractérise par un très mauvais pronostic et une espérance de vie très courte. Aucun remède n'a été trouvé jusqu'à présent, et le traitement palliatif consiste en une approche multimodale qui comprend la chirurgie, la radiothérapie et la chimiothérapie avec le Temozolomide (TMZ). Le TMZ est un promédicament qui libère un cation diazométhyle alkylant les bases nucléiques de l'ADN, notamment en position O6 de la guanine en produisant l'adduit O6-méthylguanine (O6MeG). La formation d'O6MeG conduit à la mort cellulaire suite à l'échec de la réparation de l'ADN. Cependant, plus de 50% des patients montrent une réfractivité envers ce médicament en raison de la surexpression de la O6-méthylguanine-ADN-méthyltransférase (MGMT), une enzyme suicide qui élimine le groupement méthyle de la O6MeG en restaurant la guanine. Dans le cadre de cette thèse, nous avons exploré trois stratégies originales pour surmonter la chimiorésistance MGMT-dépendante, afin d'augmenter l'efficacité du TMZ. La première stratégie consistait à développer des ligands pouvant interagir avec les résidus O6MeG dans l'ADN par des liaisons hydrogènes, en masquant ainsi ces derniers de l'action de la MGMT. Ici, la capacité de 11 nouveaux composés (ainsi que 18 autres molécules synthétisées précédemment) à stabiliser les duplexes de l'ADN contenant les résidus d'O6MeG a été évaluée in vitro, ainsi que leur cytotoxicité intrinsèque ou en combinaison avec le TMZ, dans la lignée cellulaire multirésistante T98G. Cependant, aucun des composés n'était capable de stabiliser sélectivement l'ADN contenant la O6MeG, ni de générer de cytotoxicité (seul ou en combinaison avec la TMZ) dans cette lignée, cette stratégie a donc été abandonnée. La seconde stratégie était basée sur les molécules hybrides comportant une unité interagissant avec l'ADN (l'acridine) liée à un inhibiteur bien connu de la MGMT, O6-benzylguanine (O6BG), dans le but d'obtenir des composés qui interagissent avec l'ADN et inhibent également la MGMT. Deux séries d'hybrides de trois composés chaque ont été obtenues, en variant le site d'attache (N9 de la guanine vs. le groupement benzyle) et la longueur et la nature chimique du linker. Il a été démontré que tous les hybrides interagissent avec l'ADN double-brin, quoique sans l'intercalation du résidu de l'acridine, et inhibent la MGMT irréversiblement in vitro avec une efficacité variable mais comparable à celle de la O6BG. Parmi ces composés, deux hybrides N9-conjugués ont montré one cytotoxicité synergique en combinaison avec les doses sous-toxiques du TMZ. L'un des composés a été démontré à inactiver la MGMT cellulaire ; toutefois, contrairement au O6BG, ce composé ne produit pas de dommage à l'ADN ni seul ni en combinaison avec la O6BG, selon les résultats d'immunomarquage γH2AX. Enfin, il a été démontré que ce composé induit l'apoptose dans les cellules, non pas en générant des cassures d'ADN double-brin mais en activant les caspases 3 et 7. La troisième approche consistait à synthétiser un inhibiteur de MGMT photo-activable, notamment le derivé de la O6BG portant un groupement photo-clivable qui, suite à l' irradiation, pourrait libérer l'inhibiteur de MGMT actif. Malheureusement, le derivé portant le groupement photo-clivable s'est avéré plus cytotoxique que la O6BG même, cette stratégie a donc été abandonnée

  • Titre traduit

    Strategies to inhibit O6-methylguanine-DNA-methyltransferase (MGMT) for combination chemotherapy of temozolomide-resistant gliomas


  • Résumé

    Glioma is the term coined for describing a vast group of primary cancers in the Central Nervous System (CNS), whitin this group, we can find glioblastoma or glioblastoma multiforme (GBM) as the source of 60% of brain cancer in adults, having a peak in patients between 55 and 60 years. This type of brain cancer is a highly malignant and invasive tumor (Grade IV), that is characterized by a very poor prognosis, a very short life expectancy. In clinics, no cure has been found so far, and the first line palliative treatment consists on a multimodal approach that contains surgery, radiotherapy and chemotherapy with the drug Temozolomide (TMZ). TMZ, is a prodrug that releases a methyl cation that alkylates DNA nucleobases, specially in the position O6 of the guanine creating the O6methylguanine adduct (O6MeG). The formation of O6MeG leads to the cell death by generating a plethora of effects related with cell replication. However, more than 50% of the patients show a refractivity towards this drug because they over express O6-methylguanine-DNA-methyltransferase (MGMT) enzyme, which is a suicide enzyme that removes the methyl group from O6MeG restoring the original guanine. In the context of this Thesis, we developed three different strategies to overcome this MGMT resistance by inhibiting the action of this enzyme to increase TMZ's action. The first strategy consisted on the development of small ligands that could interact with O6MeG by hydrogen bonds, therefore masking the latter from MGMT action. Here, the capacity of stabilization of DNA surrogates containing O6MeG of eleven novel compounds plus another previously eighteen synthesized molecules was evaluated in vitro as well their cytotoxicity alone or in combination with TMZ in the multidrug resistant cell line T98G. Unfortunately for this strategy, none of the compounds was able to selectively discriminate O6MeG containing DNA nor to generate cytotoxicity (alone or in combination) in T98G cell lines therefore this strategy was abandoned. The second strategy was based on the synthesis of hybrid molecules containing a DNA interacting scaffold (acridine) and a well-known MGMT inhibitor (O6-benzylguanine, O6BG). The synthesis of these molecules aimed to generate compounds that interact with DNA and also inhibit MGMT. The purpose of choosing the acridine core was sustained by the fact that the scaffold showed interesting biological properties in cancerous cells that for example increase the pro-apoptotic cascade. Here, we demonstrate one molecule was able to interact with DNA, inhibit MGMT in vitro and in cellulo, to be active in T98G cells alone (GI50 = 1.1 µM) and synergic when combined with TMZ. Finally, it was demonstrated that this compound created apoptosis in cells, not by generating double strand DNA breaks (DSB) but by enhancing caspases 3 and 7. The third approach was to synthesize caged (unactive and less toxic) MGMT inhibitor (O6BG) which, upon irradiation with light, could release the uncaged or active MGMT inhibitor in a controlled way. Unfortunatelly, the construction of this caged inhibitor turned out to be more toxic in cellulo than the parental contro O6BG therefore the strategy was discarded.