Projet ANR-11-JSV5-0007 – FragSPIN : Nouvelle approche par fragments dédiée à la conception d’inhibiteurs de hk3 et matriptase, deux sérine protéases impliquées dans la progression tumorale
Programme : JCJC - SVSE 5 - Physique, chimie du vivant et innovations biotechnologiques (JCJC SVSE 5)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur ludovic Maillard (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE LANGUEDOC-ROUSSILLON)
Partenaires : Institut des Biomolécules Max Mousseron
Montant : 262058.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 36 mois
Résumé : Nouvelle approche pour la conception d’inhibiteurs de sérine protéases impliquées dans la progression tumoraleNouvelle approche de chimie médicinale intégrant la production moyen-débit de sérine protéases impliquées dans les cancers du sein et de la prostate, la synthèse parallèle de petites molécules et la mise au point d’un criblage d’activité haut-débit original.
Développement de nouveaux axes thérapeutiques des cancers du sein et de la prostateL'approche thérapeutique du cancer repose sur le trio chirurgie-radiothérapie-chimiothérapie. Tandis que la chirurgie et la radiothérapie permettent de traiter la plupart des tumeurs primaires (généralement cancers solides), un cancer métastatique ne peut être combattu efficacement par des traitements à visée locale. Les chances de rémission sont alors relativement modestes et limitées aux cancers chimio-sensibles. D'un point de vue mécanistique, les traitements chimiques impliquent l'utilisation d'agents cytotoxiques, peu sélectifs agissants sur les cellules en division rapide, telles que les cellules cancéreuses.Récemment, les preuves de l’implication de sérine protéases extracellulaires et transmembranaires dans les processus de tumorisation et d’infiltration métastatique se sont accumulées. Dans le cadre de ce projet, nous proposons une nouvelle approche intégrant à la fois la production moyen-débit de sérine protéases d’intérêt thérapeutique, la synthèse parallèle de petites molécules et la mise au point d’un criblage d’activité haut-débit original. Nous envisageons d’utiliser cette plateforme pour concevoir de manière convergente des inhibiteurs sélectifs de kallikréines et de TTSPs impliquées dans la progression tumorale et métastatique, notamment dans des formes sévères de cancers du sein et de la prostate. Les objectifs sont de proposer 1/ de nouveaux concepts pour concevoir des inhibiteurs sélectifs de sérine protéases, 2/ de nouveaux outils pharmacologiques pour mieux comprendre les rôles respectifs des hKs tissulaires et des TTSPs dans le développement tumoral et 3/ d'ouvrir vers de nouvelles approches thérapeutiques.
Approche par fragments dirigée vers les sérine protéasesPeu de stratégies permettent actuellement de concevoir rapidement des inhibiteurs sélectifs d’une sérine protéase. L'approche que nous proposons se fonde sur de récents résultats qui montrent l’intérêt de combiner de très petites molécules, appelées fragments, pour concevoir rapidement de nouvelles classes d’inhibiteurs d’enzymes. Ces approches permettent d'accélérer le processus de découverte d’un candidat médicament.
Résumé de la soumission : Les sérine protéases sont impliquées dans de nombreux processus physiologiques tels que la coagulation, l’inflammation et le remodelage tissulaire. La plupart d’entre elles sont constitutivement exprimées et il est indispensable que leur activité soit finement régulée. Cependant, au cours des dernières décennies, les preuves de l’implication de sérine protéases extracellulaires et transmembranaires dans les processus de tumorisation et d’infiltration metastatique se sont accumulées: en participant à la dégradation et/ ou à l’activation d’autres protéines (enzymes, chimiokines, facteurs de croissance...), les protéases sont considérées comme étant des enzymes essentiels dans la régulation de la survie cellulaire. Dans le dogme actuel, une cascade protéolytique initiée par une sérine protéase, l’urokinase plasminogen activator (uPA), conduit, via la protéolyse du plasminogene, à l’activation des metalloprotéases de la matrice extracellulaire (MMPs)2. Ces enzymes jouent un rôle clé dans le remaniement tissulaire permettant la croissance tumorale. Une sur-activation de l’uPA est souvent associée au caractère malin d’une tumeur, alors que l’inhibition de l’activité protéasique conduit à une diminution de l’extension metastatique. D’autres sérine protéases transmembranaires, comme les TTSPs (type II transmembrane serine proteases) et/ou extracellulaires comme les kallikreines (hK) sont aussi impliquées dans les processus de remaniement tissulaire et de néoangiogénèse associés à l’adénocarcinome prostatique, le cancer du sein et le cancer de l’ovaire. Dans ces cas, le pronostique du patient est souvent corrélé aux activités hK. Par exemple, les protéases hK1, hK2 et hK3 ont été décrites pour indirectement favoriser la multiplication et la survie des cellules tumorales: en dégradant les IGFBPs (insulin-like growth factor binding proteins), ces enzymes participent à la libération de l’IGF-1, un facteur de croissance qui induit la prolifération cellulaire et inhibe les processus d’apoptose. Par des mécanismes similaires, les TTPs, telles que la Matriptase participent aussi à la progression tumorale en participant à la maturation du pro-enzymes pro-UPA ainsi que de précurseurs de cytokines et de facteurs de croissance comme l’HGF. A ce titre, les hk et les TTSPs représentent des cibles thérapeutiques innovantes dans la lutte contre le cancer. La stratégie actuelle pour concevoir des inhibiteurs sélectifs de protéases repose à la fois sur l’étude de la spécificité de substrat de l’enzyme, et sur la synthèse d’analogues peptidiques ou pseudo-peptidiques de ce même substrat. En règle générale, cette approche permet d’accéder à des inhibiteurs très sélectifs et de haute affinité pour la protéase cible mais présentant des structures proches de peptides peu compatibles avec un développement clinique. Aucune stratégie générale ne permet actuellement d’accéder rapidement à des inhibiteurs non-peptidiques et sélectifs d’une sérine protéase. Dans le cadre de ce projet, nous proposons de développer une nouvelle approche par fragments, générale pouvant être appliquée à l’ensemble des sérine protéases, parmi lesquelles les hK et TTSPs. L’objectif est d’utiliser l’enzyme pour 1/ sélectionner des fragments complémentaires et  2/ pour les connecter de telle manière à obtenir un inhibiteur non-peptidique de haute affinité et  de haute sélectivité. Notre stratégie dépend de la capacité à sélectionner deux fragments possédant des réactivités complémentaires capables d’interagir avec deux poches adjacentes du site actif: leur co-localisation au sein du site catalytique permet alors d’accélérer la réaction de connexion des deux fragments entre eux. D’un point de vue chimique, nous nous limitons ainsi à ne synthétiser que les molécules possédant une bonne affinité pour la cible. Nous allons utiliser ce concept pour concevoir des inhibiteurs non-peptidiques de deux protéases impliquées dans la progression des cancers de la prostate, hk3 et matriptase.
Résultats : D'un point de vue fondamental, l'utilisation d'une enzyme pour sélectionner et faire évoluer à partir d'un mélange de molécules possibles son propre inhibiteur est encore rarement envisagée. Cependant, de telles approches consistant en une sélection et un auto-assemblage de fragments pourraient permettre d'accélérer de manière très importante les programmes de chimie médicinale et de raccourcir les délais de découverte d'un candidat médicament. Pour ces raisons, le programme de recherche proposé représente un réel intérêt scientifique et académique pouvant donner lieu à plusieurs communications et publications dans des revues internationales à comité de lecture.
Perspectives : Le ciblage sélectif de sérine protéases impliquées dans l'invasion métastatique représenterait une avancée majeure dans la lutte contre le cancer (cancer du sein, de la prostate…). Les inhibiteurs non-peptidiques identifiés seront brevetés et serviront de point de départ pour un programme de chimie médicinal traditionnel, i.e modifications chimiques visant à optimiser l'activité in-vitro et in-vivo. A terme, nous envisageons d'impliquer de nouveaux partenaires académiques et/ou industriels afin d'évaluer le potentiel anti-métastatique de nos molécules. L'objectif à long terme de ce programme est de proposer de nouveaux outils pharmacologiques et/ou thérapeutiques à l'ensemble de la communauté scientifique.
Publications et brevets : Ce projet n’a pas encore fait l’objet de publications mais s’appuie sur des résultats de méthodologie de chimie que nous avons publiés en 2005 (J. Org. Chem., 2005, 70, 6303-6312).