Projet ANR-12-BS07-0007 – ClickEnARN : Antiviraux via de la chimie "click" in situ sur des ARNs
Programme : Blanc - SIMI 7 - Chimie moléculaire, organique, de coordination, catalyse et chimie biologique (Blanc SIMI 7)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur WEIBEL Jean-Marc (Institut de Chimie de Strasbourg - LASYRO)
Partenaires : Institut de Biologie Moléculaire et Cellulaire; Institut de Biologie Moléculaire et Cellulaire; Institut de Chimie de Strasbourg; Institut de Chimie de Strasbourg
Montant : 449474.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 36 mois
Résumé : Des sucres comme nouveaux antiviraux: rêve ou possibilité ?En identifiant et en préparant des molécules se liant sélectivement à certaines séquences d’ARN connues pour leur lien avec certains problèmes thérapeutiques (SIDA), de nouveaux points de départ pour de possible futurs médicaments pourront être obtenus.
De nouveaux aminoglycosides pour le site d'initiation à la dimérisation du VIH.Une séquence d'ARN responsable d'une nouvelle étape dans la «vie« du virus du SIDA, et donc vitale pour ce virus, a été découverte en 1994 à Strasbourg. Cette séquence, le site d’initiation de la dimérisation de l’ARN génomique du VIH, constitue ainsi une cible de choix pour développer une nouvelle thérapie anti-VIH.Ce projet se propose de concevoir et de préparer des molécules capables de se lier sélectivement à cette séquence d’ARN et ainsi d'interférer avec la réplication du virus. Notre approche consiste à utiliser cet ARN comme réacteur («flacon«) pour sélectionner les molécules les plus à même d'y interagir. Une similitude de séquence et de structure avec le site d’action de certains antibactériens  nous a aiguillés vers des molécules comportant un motif sucre, les aminoglycosides. Les retombées en terme sociétal seraient considérables en offrant une nouvelle thérapie antivirale, qui plus est complémentaire des existantes, ce qui pour le SIDA permettrait d'élargir les actuelles trithérapies et éventuellement d'aller vers des tétrathérapies.Les perspectives au niveau scientifique et technique seraient aussi importantes car cette approche serait une première mondiale.
Modification chimiosélective d'aminoglycosides et chimie click «in situ«.Après une étude approfondie, certains aminoglycosides ont été choisis comme base de départ pour des modifications chimiques de façon à les ajuster à la structure du DIS. Outre de la synthèse chimique classique, avec des étapes successives en «ballon«, nous avons voulu développer une approche originale en utilisant la séquence d'ARN elle-même comme «flacon«. En effet, en interagissant avec cet ARN, les molécules pourraient s'y glisser et étant face à face dans l'ARN, elles réagiraient ensemble, forcées par l'ARN. Qui plus est, parmi une collection de molécules, seules les plus à même d'interagir avec l'ARN se transformeraient, sélectionnant ainsi les meilleures, les plus efficaces.Cette stratégie dite de« chimie click in situ« n'a jamais été réalisée en ARN.D'autre part, des techniques innovantes doivent être développées pour réaliser cette première. Quatre équipes ont ainsi mis en commun leurs compétences, en synthèse chimique, en spectroscopie de masse, en biophysiques et en biologie.
Résumé de la soumission : Ces dernières années ont été le témoin de l'émergence d'un "monde d'ARN" en biologie. L'ARN n'est plus uniquement considéré comme un porteur circulant passif de l'information génétique. De nombreuses formes d'ARN ont été et sont couramment découvertes, chacune de ces formes ayant une implication considérable dans des domaines très variés de la biologie, de la synthèse protéique au contrôle de l'expression génétique. De plus, de nouveaux rôles sont régulièrement dévoilés. Avec l'ensemble de ces rôles, les molécules d'ARN représentent une famille émergente de nouvelles cibles thérapeutiques. Malgré les avancées scientifiques dans la découverte et la compréhension des rôles des ARN en biologie, relativement peu de choses a été réalisé sur comment cibler l'ARN avec une petite molécule. Pourtant, avec le nombre croissant d'ARNs dont la structure est résolue au niveau atomique, il devient possible de concevoir des composés qui pourront interférer avec l'ARN et peut-etre conduire à de nouveaux médicaments.Compte tenu de l'impact possible pour la mise au point de nouveaux outils thérapeutiques, nous nous proposons d'étudier une réaction de click (la formation d'un triazole) dans un "template" de type ARN. Plus précisément, et en lien avec le développement de nouveaux médicaments anti-VIH, nous utiliserons des fragments d’ARN du VIH, essentiellement ceux du site d’initiation de la dimérisation de l’ARN génomique.Pour entreprendre ce projet original et totalement inédit, nous nous proposons sur la base de structures R. X de synthétiser des aminoglycosides modifiées sur l'amine N-1, d'une part par un azoture, et d'autre part par une chaîne alkynyle. A partir de ces précurseurs, un large panel de composés pourra être formé dont des 1,4-triazoles, 1,5-triazoles. Après la préparation d'une librairie de molécules de départ, nous étudierons les réactions click in situ en présence de brins d’ARN comme " template". Les meilleures conditions pour réaliser ces réactions en milieu biologique seront élaborées en utilisant les techniques de pointe en spectroscopie de masse, qu’il faudra mettre au point pour ce problème nouveau. De même, la détection et le suivi des adduits seront réalisés avec ces méthodes.Cette étude sera réalisée au travers une collaboration entre équipes chacune spécialisées dans un de ces domaines : un groupe de chimistes de synthèse, habitués à la chimie avec des sucres et des aminoglycosides, un groupe spécialisé en spectroscopie de masse et ses implications en biologie, et avec deux groupes mondialement connus pour leur découverte du site d'initiation à la dimérisation du VIH et pour leurs travaux sur les ARNs.
Résultats : Ce projet imbrique très fortement 4 laboratoires différents. Les résultats de l'un influent fortement sur  la suite du projet des autres partenaires. Ainsi, la mauvaise affinité de certains composés nous a obligés à modifier le programme de synthèse. C'est pourquoi nous avons développé de nouvelles séquences réactionnelles pour l'élaboration  de nouveaux triazoles liés soit à la néamine soit à la néomycine. Les propriétés biophysiques (affinité pour le DIS ou le site A) de ces nouvelles familles d'aminoglycosides ainsi que de leur précurseur propargylé ou azoturé nous permettront d'une part d'engager ces derniers dans des réactions de click in situ (avec le site d'initiation à la dimérisation mais aussi avec le site A), et, d'autre part, de déterminer leur propriété antibiotique. Une nouvelle collaboration devrait voir le jour sous peu.
Perspectives : Les études préliminaires d'affinité de ces composés avec le site d'initiation à la dimérisation du VIH vont débuter: microcalorimétrie, cristallisation, échange ARN en présence des molécules.
Publications et brevets : Le soutien ANR a permis de développer de nouvelles collaborations qui ont pour objectif soit d'étudier l'interaction structure/Ligand (van Delf, Micura, Micouin) soit de mieux comprendre les mécanismes conduisant le complexe boucle-boucle au duplex étendu du site d'initiation à la dimérisation (Rueda). En prévision de mimer la chaîne latérale de la butirosine, nous avons développé une méthode simple de synthèse d'azétidine. Pour terminer, en voulant fonctionnaliser les alcynes vrais, nous avons découvert un protocole vert pour la génération d'oxyde de carbone.
Compte tenu des implications possibles en terme thérapeutique, le dépôt de brevet n'est pas à exclure. Un 1er brevet (PCT Int. Appl. 2007, WO  2007125423 ) avait d'ailleurs été déposé à l'origine de ce projet, et un 2e a été amorcé au tout début du présent projet. Ce fait et les divers problèmes rencontrés au cours de ce travail ont quelque peu limité la production scientifique traditionnelle.
L'ensemble de ces travaux a conduit à 6 publications et 7 conférences.