Projet ANR-10-JCJC-0702 – APO-MeioA : Synthèse rationnelle de composés dérivés d'un produit naturel, actifs sur deux protéines de l'apoptose
Programme : JCJC : Sciences de l'information, de la matière et de l'ingénierie :  Chimie moléculaire, organique, de coordination, catalyse et chimie biologique (JCJC SIMI 7)
Année de financement : 2010
Coordinateur du projet : Madame Fanny ROUSSI (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE ILE-DE-FRANCE SECTEUR SUD)
Partenaires : Institut de Chimie des Substances Naturelles
Montant : 240000.0 euros
Durée : 48 mois
Résumé : Synthèse rationnelle de composés dérivés d’un produit naturel, actifs sur deux protéines de l'apoptoseCe projet, développé au sein de l’Institut de Chimie des Substances Naturelles (UPR 2301 du CNRS) a pour objectif d’élaborer des composés à activité anticancéreuse ciblant deux protéines de la famille de Bcl-2 qui sont des régulateurs de la mort cellulaire programmée ou apoptose. Ces composés sont des dérivés d’un composé naturel, la meiogynine A, préalablement isolée et synthétisée dans notre équipe. Il est réalisé en collaboration avec des équipes de RMN et de modélisation moléculaire.
Mise au point d’un candidat médicament dérivé d’un produit naturel ciblant une famille de protéines qui sont dérégulées dans certains cancersLa lutte contre le cancer est un objectif de santé public majeur car cette maladie reste aujourd’hui encore l’une des premières causes de mortalité en France. Le développement de médicaments agissant selon un mode d’action différent de ceux déjà utilisés en clinique peut permettre d’apporter une réponse à cet enjeu crucial. Une des stratégies thérapeutiques émergente de ces dernières années consiste à cibler des protéines impliquées dans l’apoptose (ou mort cellulaire programmée) qui sont dérégulées dans certains cancers. Notre projet de recherche, développé au sein de l’Institut de Chimie des Substances Naturelles (ICSN, UPR 2301 du CNRS), avait pour objectif d’élaborer des composés à activité anti-cancéreuse ciblant deux protéines impliquées dans l’apoptose : Bcl-xL et Mcl-1. Pour cela, nous avons développé, par synthèse organique, des dérivés d’un produit naturel, la méiogynine A, isolée d’une plante par notre équipe et qui présente une activité significative sur ces deux cibles thérapeutiques. Les produits naturels sont, en effet, une source inestimable de nouvelles molécules qui peuvent être utilisées directement à des fins thérapeutiques ou bien servir de précurseurs à la formation de produits actifs. Ainsi, d’après la revue scientifique de Newman et Gragg, 42 % des nouvelles molécules anticancéreuses commercialisées entre 1981 et 2006 provenaient de produits naturels ou leurs dérivés.
Synthèse de composés anticancéreux guidée par la modélisation moléculaire, la résonance magnétique nucléaire et des tests biologiquesAfin de répondre aux objectifs de ce projet de recherche, différentes méthodes et techniques ont été mises en place par notre équipe et les équipes collaboratrices :- des techniques de la chimie organique afin de développer une voie de synthèse sélective des composés cibles,- des techniques de biologie afin de produire les protéines Bcl-xL et Mcl-1 et de mettre en place un test biologique efficace et robotisé permettant d’évaluer l’activité des composés synthétisés sur les protéines cibles,- des techniques de résonance magnétique nucléaire (RMN) afin de déterminer le site de fixation des composés synthétisés au sein des cibles biologiques Bcl-xL et Mcl-1,- des techniques de drug design en utilisant la modélisation moléculaire pour mimer « in silico » l’interaction entre les protéines cibles et les composés synthétisés et proposer des modifications chimiques afin les rendre encore plus actifs.
Résumé de la soumission : Ce projet de recherche a pour objectif d’élaborer des composés à activité anti-cancéreuse ciblant Bcl-xL et Mcl-1, deux protéines de la famille de Bcl-2 qui jouent un rôle clef dans la mort cellulaire programmée ou apoptose. A partir d’un produit naturel de structure originale, inhibiteur de l'interaction entre Bcl-xL et le peptide Bak et dont la synthèse totale asymétrique a été mise au point par la porteuse du projet, une étude de modélisation moléculaire poussée sera effectuée. Cette étude permettra de déterminer, in silico, des dérivés de ce produit naturel ciblant non seulement Bcl-xL mais également Mcl-1. Ces composés seront synthétisés et leur activité  biologique sera évaluée par un test par polarisation de fluorescence qui sera mis en place au laboratoire pour l’occasion. Le site de fixation sur les protéines cibles des composés les plus actifs sera déterminé par des expériences de RMN. En fonction de ces premiers résultats, une deuxième étude de modélisation moléculaire sera effectuée afin de proposer des structures affinées. Ces composés seront synthétisés, leur activité biologique sera évaluée et le site de fixation sera déterminé. --> élaboration d’un candidat médicament par un processus itératif
Résultats : Les tests biologiques sur les deux protéines cibles Bcl-xL et Mcl-1 ont été mis au point et robotisés. L’étude fine des interactions de Bcl-xL et Mcl-1 avec la méiogynine A puis des composés de synthèse a été effectuée par RMN et a permis d’obtenir des informations qui ont guidées les études de modélisation moléculaire. Celles-ci ont permis de proposer un mode d’interactions protéine-ligand et des modulations chimiques à effectuer sur la méiogynine A. Les premières modifications ont conduit à des analogues de 1ère génération aussi actifs que la meiogynine A sur les protéines et également cytotoxiques. Une seconde voie de synthèse très robuste (développée à l’échelle de plusieurs grammes) a permis d’élaborer des analogues de 2ème génération. Un des composés est cinquante fois plus actif que la meiogynine A, c’est l’un des plus puissantes des pan-inhibiteurs publiés dans la littérature. 
Deux nouvelles collaborations ont été développées avec une équipe de biologistes de l’Institut Gustave Roussy (Villejuif) et avec l’équipe de spectrométrie de masse de l’ICSN. Au cours de ce travail, une nouvelle réaction chimique a également pu être mise en évidence et développée et d’autres produits naturels originaux ont pu être isolés grâce aux tests biologiques mis en place.
Perspectives : Les molécules obtenues sont parmi les plus puissantes des pan-inhibiteurs publiés dans la littérature. Leur structure chimique originale leur confère un plus car elles sont facilement modulables. La recherche de dérivés plus cytotoxiques est en cours.
Le projet ApomeioA a permis de renforcer des collaborations intra ICSN qui vont perdurer au-delà de ce projet. Il a permis la mise en place d’une nouvelle collaboration avec l’IGR. Les tests biologiques développés grâce à ce financement vont être exploités à une plus grande échelle.
Publications et brevets : Publications : 
1.Dardenne, J., Guéritte, F., Roussi, F.  Eur. J. Org.Chem., 2013, 2116-2122. 
2.S. Desrat, A. Pujals, C. Colas, J. Dardenne, C. Geny, L. Favre, V. Dumontet, B. Iorga, M. Litaudon, M. Raphaël, J. Wiels, F. Roussi Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 2014, 24, 5086–5088. 
3.S. Desrat, C. Remeur, C. Geny, G. Rivière, C. Colas, V. Dumontet, N. Birlirakis, B. Iorga, F. Roussi Chem Comm, 2014, 50, 8593-8596. 
4.Azmi, M.; Gény, C.; Leverrier, A.; Litaudon, M.; Dumontet, V.; Birlirakis, N.; Guéritte, F.; Leong, K.; Halim, S.; Mohamad, K. Awang, K. Molecules, 2014, 19, 1732-1747. 
5.C. Apel, C.  Geny, V. Dumontet, N. Birlirakis, F. Roussi, V. C. Pham, D. T. M. Huong, V. H. Nguyen, V. M. Chau, M. Litaudon  J. Nat. Prod. 2014, 77, 1430-1437. 
6.S. Desrat, A. Ducousso, S. Gapil, C. Remeur, F. Roussi  Synlett, 2015, DOI: 10.1055/s-0034-1378927. 
Actes de colloques à comité de lecture
1-C. Colas, S.  Desrat, V.  Dumontet, N.  Birlirakis, F. Roussi, B. I. Iorga Conformational flexibility in drug design of anti-apoptotic proteins inhibitors, Abstracts of Papers, 247th ACS National Meeting & Exposition, Dallas, TX, United States, March 16-20, 2014
2-J. Dardenne, A. Pujals, C. Colas, N. Birlirakis, J. Wiels, V. Dumontet, C. Geny, B. Iorga, F. Guéritte,  F. Roussi, Pharmacomodulation of Meiogynin A, a Dimeric Sesquiterpenoid Inhibiting Bcl-xL and Bak Interaction, Planta Medica 2012 75 ,8 
Chapitre d’ouvrage international
1.Colas, C.; Roussi, F.; Iorga, B.I. : « Focused ligand libraries as tools for in silico design of anti-apoptotic proteins inhibitors« in Chemistry for Life Sciences Kiss, T.; Perczel, A. Eds., Medimond, 2011, pp 41-46