Synthèse et étude de nouveaux ligands d'ARN pour le ciblage des systèmes toxine-antitoxine : vers des nouvelles thérapies antibiotiques

Synthesis and study of new RNA ligands for the targeting of toxin-antitoxin systems : towards new antibiotic therapies

• Auteur / Autrice : Céline Martin
• Direction : Maria Duca
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 20/07/2021
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie (Nice)
• Jury : Président / Présidente : Fabien Darfeuille
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maria Duca, Fabien Darfeuille, Muriel Amblard, Boris Vauzeilles, Audrey Di Giorgio
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Muriel Amblard, Boris Vauzeilles

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aminosides

Réaction de Ugi

Systèmes toxines-antitoxines

Antibiotiques

Chimie pharmaceutique

Mots clés libres

Systèmes toxine-antitoxine

Réaction d'UGI

Ligands d'ARN

Analogues de nucléobases

Aminoglycosides

Toxin-antitoxin systems

UGI reaction

RNA ligands

Nucleobase analogues

Aminoglycosides

Résumé

La découverte de nouveaux antibiotiques est un défi important pour la chimie médicinale actuelle. En raison de la multirésistance des bactéries aux traitements antibiotiques actuels, il devient urgent de découvrir de nouvelles cibles pour des stratégies antibiotiques novatrices. Les systèmes toxine-antitoxine (TA) chez les bactéries sont de petits éléments génétiques composés d’un gène de toxine et de son antitoxine qui jouent un rôle central dans la survie des cellules bactériennes. Dans des conditions normales de croissance bactérienne, les antitoxines inhibent fortement la synthèse des toxines. Sous conditions de stress, comme un traitement antibiotique, les ARN antitoxines sont dégradés libérant ainsi les toxines qui sont des protéines qui provoquent l’inhibition des processus cellulaires vitaux allant jusqu’à la mort cellulaire bactérienne. Les récentes études sur la capacité des systèmes TA à réguler la mort cellulaire bactérienne en font un point de départ pour le développement d’agents antimicrobiens puissants et nouveaux. Dans ce manuscrit, nous nous concentrons sur les systèmes TA de type I, constitués d’un ARN antitoxine interagissant avec l’ARN messager (ARNm) codant pour la toxine chez la bactérie Helicobacter pylori. Ce système TA pourrait représenter une nouvelle cible antimicrobienne dans le sens où des molécules capables d’inhiber l’interaction entre l’ARN antitoxine et l’ARN messager codant pour la toxine, pourraient activer la synthèse de la toxine par traduction de l’ARNm et conduire à la mort des cellules bactériennes. Dans le but de valider ce système TA en tant que cible de choix, nous avons préparé des séries de molécules dites ligands d’ARN conçues pour interagir avec les ARN du système TA de type I. Ce travail décrit la conception et la synthèse des composés ainsi que leurs évaluations biochimiques (KD, inhibition du complexe) et biologiques (activité cellulaire antibactérienne). La validation de cette stratégie pourrait permettre de développer de nouveaux antibiotiques et de s’attaquer à un problème thérapeutique majeur actuel : la multirésistance des bactéries aux traitements antibiotiques connus.

The discovery of new antibiotics is an important challenge in current medicinal chemistry. Due to the increasing multidrug resistance to current antibacterial therapies, it is urgent to discover new targets for innovative antibiotic strategies. Bacterial toxin-antitoxin (TA) systems are small genetic elements composed of a toxin gene and its cognate antitoxin that play a pivotal role in the survival of bacterial cells. Under normal conditions of bacterial growth, antitoxins strongly inhibit toxins’ synthesis. Under stress conditions, such as during antibiotic treatment, antitoxin RNAs are degraded thus release toxins which are proteins that induce the inhibition of vital cellular processes and bacterial cell death. Recent studies on the ability of toxin-antitoxin systems to regulate bacterial cell death make them a starting point for the development of potent and new antimicrobial agents. In this manuscript, we focus on type I toxin-antitoxin systems that consist of an antitoxin RNA interacting with the toxin-encoding messenger RNA (mRNA) in Helicobacter pylori bacteria. This toxin-antitoxin system could represent a new target for molecules able to inhibit the complex formation between toxin and antitoxin RNAs could activate the toxin synthesis by messenger RNA translation leading thus the death of the bacterial cells. To validate this toxin-antitoxin system as a target of choice, we prepared several series of RNA ligands designed to interact with the toxin-antitoxin type I RNAs. This work describes their design and synthesis as well as their biochemical (dissociation constant: KD, complex inhibition) and biological (antibacterial cellular activity) evaluations. Validation of this promising strategy could help to develop new antibiotics to overcome a current major therapeutic issue: multidrug resistance of bacteria to known antibiotic treatments.