Conceptions, synthèses et évaluations biologiques de nouveaux réactivateurs de l'Acétylcholinestérase inhibée par des neurotoxiques organophosphorés

Design syntheses and biological evaluations of new reactivators for acetylcholinesterase inhibited by organophosphorus nerve agents

• Auteur / Autrice : Anissa Braïki
• Direction : Pierre-Yves Renard, Ludovic Jean
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 08/06/2018
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale normande de chimie (Caen)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation de la thèse : Université de Rouen Normandie (1966-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie organique, bioorganique : réactivité et analyse (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime ; 1996-....)
• Jury : Président / Présidente : Sylvain Routier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Julien Legros, Zrinka Kovarik
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yves Queneau, Fanny Roussi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composés hétérocycliques

Phosphore -- Composés organiques

Neuroprotecteurs

Agents neurotoxiques

Acétylcholinestérase

Cholinestérases

Oximes

Mots clés libres

Oxime

Réactivateurs non chargés

Cholinestérase

Neurotoxiques organophosphorés

Antidote

Carbohydrate

Hétérocycles

Oxime

Uncharged reactivators

Cholinesterase

Organophosphorus nerve agents

Antidote

Carbohydrate

Heterocycles

Résumé

Les neurotoxiques organophosphorés (NOPs) sont des inhibiteurs irréversibles de l’acétylcholinestérase, une enzyme jouant un rôle clé dans la transmission de l’influx nerveux. Une intoxication par ces substances provoque de graves symptômes pouvant aboutir au décès des sujets empoisonnés. Bien qu’interdits par une convention internationale ratifiée par 190 pays, le contexte géopolitique actuel ravive la hantise d’une menace chimique contre des populations civiles, renouvelant l’intérêt de développer de nouveaux remèdes contre une intoxication aux NOP. A l’heure actuelle, les antidotes utilisés contre ces intoxications sont les mono- et bis- pyridinium aldoximes portant une ou deux charge(s) positive(s) permanente(s), qui présentent de nombreuses limitations, dont leur très faible capacité à traverser la barrière hémato-encéphalique et à réactiver efficacement les AChEs inhibées par les NOP dans le système nerveux central (SNC). Par ailleurs, leur efficacité est très dépendante de la nature du NOP utilisé, et il n’existe pas, aujourd’hui, de réactivateur universel. Dans ce contexte, le développement de nouveaux réactivateurs efficaces est un réel défi. Au cours de cette thèse, l’optimisation de la synthèse de cinq réactivateurs non chargés incorporant une amine cyclique en tant que ligand du site périphérique et la 3-hydroxypyridine aldoxime en tant que fonction réactivatrice a été développée pour évaluation in vivo. Dans cette continuité, vingt-et-un réactivateurs non chargés inédits comportant un ligand aminé du site périphérique de l’enzyme associée à la même fonction réactivatrice 3-hydroxypyridine aldoxime ont été conçus, synthétisés et testés sur l’AChE humaine inhibée par différents NOPs mais aussi sur les récepteurs nicotiniques. Certains d’entre eux ont été testés in vivo sur la souris. Parmi les réactivateurs synthétisés, certains possèdent des efficacités de réactivation identiques, voire meilleures que les oximes de référence utilisées de nos jours tout en ayant un effet antagoniste des récepteurs nicotiniques ouvrant ainsi la voie aux réactivateurs dits « Multi-cibles ». Avec comme objectif de traverser la barrière hémato-encéphalique en utilisant les transporteurs GLUTs présents sur les cellules endothéliales constituant cette barrière, quatre réactivateurs incorporant un motif carbohydrate ont été resynthétisés et évalués in vivo et in vitro. Enfin, de nouvelles fonctions réactivatrices constituées d’un motif thiadiazole-aldoxime et naphtaldoxime ont été étudiées ouvrant la voie à de nouvelles familles de réactivateurs et, pour la dernière fonction, remettant en cause le cahier des charges utilisé jusqu’alors pour la conception de nouveaux réactivateurs.

Organophosphorus nerve agents (OPNA) are irreversibly acetylcholinesterase (AChE) inhibitors, a key enzyme in the central nervos system playing a pivotal role in neurotransmission. OPNA poisoning induces to serious symptoms that can lead to death by respiratory failure. Despite an international convention prohibiting the use of chemical weapons, the current geopolitical context is reviving the fear of a chemical threat against civilian populations, and has renewed the interest of developing new remedies for OPNA poisoning. Nowadays, medical countermeasure used against OPNA intoxications are based on mono- and bis-pyridinium aldoximes carrying one or two permanent positive charge(s), which present many limitations, including their very low capacity to cross the blood-brain barrier and to reactivate effectively ChEs nhibited by NOPs in the central nervous system (CNS). Moreover, their effectiveness is highly dependent on the nature of the NOP used, therefore, there is no universal reactivator. In this context, the development of new effective reactivators is a real challenge. In this PhD, an optimized synthetic access to five uncharged reactivators incorporating a cyclic amine as peripheral site ligand and 3-hydroxypyridine aldoxime as reactivating function was developed for in vivo evaluation. Following up on this, twenty-one new uncharged reactivators bearing unprecedented cyclic amines as peripheral site ligand associated with our reactivating function were designed, synthetized and evaluated for reactivation on human AChE inhibited by several NOPs but also in vivo on mice and as antagonists on nicotinic receptors in vitro. Among these reactivators, some have identical or better reactivation efficiencies than the reference oximes used today while having a nicotinic receptor antagonist effect ; thus, paving the way for « Multi-target » reactivators. Aiming at an active BBB crossing using the GLUTs receptors, four reactivators including a carbohydrate moiety have been resynthetized and biologically evaluated. Last but not least, new reactivator functions consisting of a thiadazole-aldoxime and naphtaldoxime moieties have been studied, paving the way to new families of uncharged reactivators and, especially for the last function, calling into question design specifications of new reactivators.