Conception et transport d'inhibiteurs peptidiques ciblant le facteur de processivité bactérien

Design and drug delivery of peptidic inhibitors targeting the bacterial sliding clamp

• Auteur / Autrice : Clément Monsarrat
• Direction : Guillaume Compain, Gilles Guichard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Organique
• Date : Soutenance le 31/03/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Chimie peptidomimétique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie et Biologie des Membranes et des Nanoobjets (Bordeaux ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Axel Innis
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guillaume Compain, Gilles Guichard, Fabienne Burlina, Yung-Sing Wong, Dominique Burnouf
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabienne Burlina, Yung-Sing Wong

Mots clés

Mots clés contrôlés

Inhibiteurs

Antibiotiques peptidiques

Mots clés libres

Anneau β

Peptide

Antibiotiques

Vectorisation

Inhibiteurs covalents

Sliding clamp

Peptides

Antibiotic

Drug delivery

Covalents inhibitors

Résumé

La résistance des bactéries aux antibiotiques est devenue un problème majeur de santé publique. Il est donc nécessaire d’élaborer de nouveaux agents antibactériens qui s’attaquent à des cibles biologiques nouvelles. Au cours de ces travaux, nous avons cherché à concevoir de puissants inhibiteurs du facteur de processivité bactérien, appelé aussi anneau β. Cette nouvelle cible bactérienne est l’un des composants essentiels du complexe réplicatif bactérien, impliqué dans la réplication de l’ADN grâce à des interactions protéine-protéine. Dans la première partie de ce travail, nous avons conçu des inhibiteurs de l’anneau β sur les bases de données structurales cristallographiques de complexes protéine-ligand. Grâce à des modulations de la structure de l’inhibiteur, des peptides présentant d’excellentes affinités ont été obtenus, de l’ordre de la dizaine de nanomolaire. Par ailleurs, une part importante de ces travaux a été consacrée à la vectorisation des inhibiteurs peptidiques pour leur permettre de pénétrer dans les bactéries et d’atteindre leur cible cytoplasmique. En effet, les peptides ciblant l’anneau β seuls ne montraient pas d’activité antibactérienne, probablement à cause de leur l’incapacité à traverser la membrane bactérienne. La stratégie consistait à conjuguer les inhibiteurs de l’anneau β avec des peptides pénétrants, en particulier des peptides de pénétration cellulaire et des peptides antimicrobiens riches en proline. Cette étude a permis d’obtenir des composés présentant des activités antibactériennes sur un panel d’espèces bactériennes, grâce à la capacité d’internalisation performante des vecteurs utilisés. En outre, dans le but d’augmenter l’efficacité d’inhibition de la protéine, nous avons mis au point des inhibiteurs covalents permettant d’inactiver de manière irréversible l’anneau β grâce à l’introduction d’un électrophile faible sur le peptide. Des structures de complexe covalent, ainsi que des inhibiteurs covalents performants présentant de très bonnes vitesses d’inactivation ont pu être obtenues. En résumé, ce travail a permis de concevoir des inhibiteurs non-covalents de haute affinité pour l’anneau β, des inhibiteurs covalents efficaces et des conjugués pénétrants antibactériens.

The resistance of bacteria to antibiotics has become a major public health problem. It is thus necessary to develop new antibacterial agents against new biological targets. During this work, we sought to design powerful inhibitors of the bacterial sliding clamp, also called β-ring. This new bacterial target is one of the essential components of the bacterial replicative complex, involved in DNA replication through protein-protein interactions. In the first part of this work, we designed β-ring inhibitors on the basis of crystallographic structural data of protein-ligand complexes. By modulation of the structure of the inhibitor, peptides with excellent affinities have been obtained, of the order of few tens of nanomolar. Furthermore, a large part of this work was focused on the transport of peptidic inhibitors to allow them to penetrate bacteria and thus reach their cytoplasmic target. Indeed, peptides targeting the β-ring did not show antibacterial activity, possibly due to their inability to cross the bacterial membrane. The strategy was to conjugate the β-ring inhibitors with penetrating peptides, in particular cell-penetrating peptides and proline-rich antimicrobial peptides. This study produced compounds exhibiting antibacterial activities on a panel of bacterial species, thanks to the efficient internalization capacity of the vectors used. In addition, in order to increase the inhibition efficiency of the protein, we have developed covalent inhibitors allowing to irreversibly inactivate the β-ring thanks to the introduction of a weak electrophile on the peptide. Covalent structures and high-performance covalent inhibitors exhibiting very good inactivation rates have been obtained. In summary, this work has led to the design of high affinity non-covalent inhibitors for the β-ring, effective covalent inhibitors and penetrating antibacterial conjugates.