Jeudi 25 Avril 2019                           

EQUIPE SYMBIOSE

SYnthèse Multiétapes et BIOSciencE

 

Interface Chimie – Biologie (Cancer, SNC, Immunothérapie)

 

 SOMMAIRE 

Thématique 1 - Synthèses en série pluramycines

Coordinateurs:S. Collet , J. Lebreton, M. Mathé-Allainmat

Les pluramycines forment un groupe de molécules naturelles isolées de Streptomyces . Elles sont caractérisées par une structure tétracyclique de type 4 H -anthra[1,2-b]pyran-4,7,12-trione sur laquelle viennent se greffer des résidus C -glycosides et une chaîne latérale porteuse d'une ou deux fonctions époxydes. Elles possèdent des propriétés antibiotiques et antitumorales plus ou moins marquées. Leur mode d'action est original . Elles s'intercalent dans l'ADN après séparation locale des deux brins sous l'influence de la TBP (TATA-binding protein) puis des interactions entre les glycosides et les deux brins de l'ADN entraînent des déformations de l'hélice et le placement, in fine, du motif époxyde à proximité de l'azote N7 d'une guanine localisée dans le grand sillon. L'époxyde subit alors l'attaque nucléophile de la guanine avec formation d'un complexe chargé qui se décompose avec coupure concomitante du brin de l'ADN. Aucune synthèse de pluramycines n'a pu être réalisée à ce jour . Quelques synthèses de pluramycinones (aglycones) et de molécules apparentées ont été cependant rapportées. Ces synthèses ont en commun le mode de formation du cycle A ( γ-pyrone) qui est créé en toute fin de séquence par formation des liaisons C2-O et C4-C4a (Figure ci-contre, exemple de la γ-indomycinone, molécule apparentée dépourvue de sucres et de fonctions époxydes). Nous avons pris comme modèle d'étude la γ-anthramycinone et abordé sa synthèse selon une stratégie inédite permettant l'assemblage du squelette tétracyclique en une opération via une réaction de Diels-Alder hétérocyclique (construction du cycle B). La synthèse de la γ-indomycinone a récemment été achevée. Elle aura nécessité en amont un très important travail méthodologique , en particulier pour identifier et préparer l'hétérodiène clé. L'application de cette stratégie de cycloaddition à la synthèse de molécules plus complexes telle que la kidamycine, est actuellement à l'étude.

Travaux réalisés dans l'équipe par :  Laura Foulgoc (doctorante – BDI CNRS Région Pays de la Loire) ; Drissa Sissouma (Professeur assistant en Côte d'Ivoire) et Doumadé Zon (Doctorant Côte d'Ivoire)

Projet actuellement financé par l'ANR (ANR KidamySyn) …….

Collaboration  : Dr. G. Dujardin (IMMM – Université du Maine) ; Dr. F. Carreaux (Institut de Chimie de Rennes)

Principale publication  : " A Diels-Alder Approach to Anthrapyran Antibiotics"; L. Foulgoc, D. Sissouma, M. Evain, S. Collet, A. Guingant ; Synlett 2012 , 768-772.1

Thématique 2 - Immunostimulation Glycoinduite

Ce projet comporte 2 objectifs distincts :

Sujet 1  - Analogues d' α-Galactosylceramides immunostimulants

Coordinateurs: M. Pipelier, D. Dubreuil 
Programme Procan I (2006-2010) « axe valorisation des produits de la mer en Cancérologie » du Cancéropôle Grand Ouest - 7 équipes, ANR PCV (2008-2011) « GalCerDeo » et programme régional CIMATH I (2006-2010) «  Cible Moléculaires et Thérapeutiques » .

Depuis quelques années, nous travaillons sur la synthèse stéréosélective d'analogues de galactosylcéramides pour en étudier les propriétés immunostimulantes. En particulier, nous avons développé la synthèse originale vers des analogues 4-désoxy 2 et 3,4-didésoxy 3 du KRN7000 1 , un α-GalCer en phase II d'essai clinique pour la thérapie auto-immune anticancéreuse (Fig. 1). Plus récemment, notre intérêt s'est porté sur la synthèse d'analogues fluorés, dont le 3,4-didésoxy-3-fluoro-α-GalCer 4 et 3,4-didésoxy-3,3-difluoro-α-GalCer 5 qui présentent un profil immunostimulateur pour la sécrétion de cytokines TNF-α , IFN-γ et IL4 équivalent au KRN7000 chez l'homme. Nous poursuivons maintenant cette étude en collaboration avec le laboratoire du Pr. B. Linclau (Southampton), pour définir les impacts électroniques de ligands polyfluorés 6-9 (Fig.1) sur l'interaction CD1d/GalCer/TCR mis en jeu dans l'activation des NKTi (résultats non publiés). L'une des extensions de ces travaux est la synthèse d'analogues glucolipidiques fluorés, analogues de l'Ohmeline. L'objectif est de produire des inhibiteurs de canaux ioniques dans le cadre du réseau « Canaux Ioniques » ( AOI Cancéropôle grand Ouest  2012-2016 - porteur C. Vandier). Une autre extension, dans le cadre de l'ANR PCV et du programme GLYCOOUEST, concerne des approches vers la synthèse d'analogues GalCers contraints et C -GalCer en partenariat avec le laboratoire de chimie du Mans (G. Dujardin ). Parallèlement, nous avons poursuivi une investigation sur l'identification du (des) ligand(s) endogène(s) des NKTi qui reste encore débattue à ce jour, malgré une publication majeure ( Nature 2012 ). Nous sommes actuellement en mesure de produire des résultats novateurs sur l'interprétation structure/activité des α-GalCers naturels, en contradiction avec les postulats actuels. Cette découverte majeure ouvre la voie vers l'exploitation de nouveaux candidats naturels pour la thérapie anticancéreuse et la compréhension des mécanismes de réponse immunitaire chez l'homme (en cours de publication).  

Travaux réalisés dans l'équipe par : , J. Hunault (Thèse MESR 2007-10), M. Diswall (Post-doc ANR 2010-12), J.-.C. Frison (Post-doc ANR 2010) (N. Joubert (Post-doc ANR 2011), S. Golten (Post-doc région 2011-14).

Collaborations :

  • Biologie  : Tests d'immunologie in vitro : Dr. J. Le Pendu (INSERM U892 – Institut de Recherche Thérapeutique,- directeur du Centre de Recherche Contre le Cancer, Nantes-Anger); Tests in vivo : J.-Y Douillard, PUPH Centre de Recherche Lutte Contre le Cancer, René Gauducheau CHU–Nantes.
  • Chimie  : Dr. G. Dujardin ( UCO2M, UMR CNRS 6011 Le Mans) et Pr. Bruno Linclau (University of Southampton School of Chemistry Highfield Southampton) Pr. J. Lebreton (CEISAM UMR6513).

Principale publication : J. Hunault, M. Diswall, V. Blot, J. Rocher, S. Marionneau, T. Oullier, J.-Y. Douillard, S. Guillarme, C. Saluzzo, G. Dujardin, D. Jaquemin, J. Graton, J.-Y. Lequestel, M. Evain, J. Lebreton, J. Le Pendu, D. Dubreuil and M. Pipelier, Synthesis of 3,4-dideoxy-3-fluoro- and 3,4-dideoxy-3,3-difluoro-KRN7000 Analogues: Comparison in Inducing CD1d-mediated Responses in Mice and Human iNKT Cells, J. Med. Chem. 2012 , 55, 1227-1241. Publication selected for special interest to the drug development sector by Global Medical Discovery Series 2012.

 

Sujet 2   - Immunothérapie anticancéreuse ciblée

Coordinateurs: A. Tessier, M. Pipelier & D. Dubreuil 
Projet confidentiel en collaboration avec une industrie pharmaceutique.

Collaborations :

  • Biologie  : Tests d'immunologie in vitro : Dr. J. Le Pendu (INSERM U892, Institut de Recherche Thérapeutique, directeur du Centre de Recherche Contre le Cancer, Nantes-Anger); Tests in vivo : Pr. J.-Y Douillard, Centre de Recherche Lutte Contre le Cancer, René Gauducheau CHU–Nantes.
  • Chimie  : 2 équipes des Prs. V. Ferrières et T. Benvegnu (Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes UMR CNRS6226.

Thématique 3 - Nouvelles molécules bi-fonctionnelles ciblant le système osseux : concept de vectorisation vers l'os par de petites molécules organiques

Coordinateurs: M. Mathé-Allainmat, J. Lebreton

Ce programme a été développé en collaboration avec l'équipe de D. Heymann (LPRO-U957, Faculté de Médecine, Nantes) qui est experte dans le domaine de la physiopathologie osseuse. Inspirés par des résultats pertinents obtenus par cette équipe sur l'ostéosarcome humain via un traitement concomitant  « Ifosfamide (anti-cancéreux de la famille des alkylants)-Acide Zolédronique (anti-ostéoporotique) » ( Heymann D. et al, Bone 2005 , 37 , 74-86 ) , nous nous sommes proposés de concevoir et de synthétiser de nouvelles molécules bi-fonctionnelles associant ces deux fonctionnalités pour développer de nouveaux agents thérapeutiques ciblant spécifiquement l'os (concept) . Durant deux années, nos deux équipes ont été soutenues financièrement par l'Oséo-ANVAR, et ce programme a abouti à deux demandes de brevet français en 2008, suivies en 2009 par des extensions internationales. Des licences exclusives d'exploitation d'une durée de 10 ans ont été signées avec les sociétés Atlantic Bone Screen et Atlanthéra. A travers cette collaboration, notre équipe a développé un savoir-faire dans le domaine de la synthèse des acides hydroxy-bisphosphoniques (HBP) en mettant au point une méthode douce, monotope, pour élaborer des dérivés HBP complexes à partir des acides carboxyliques correspondants.

Travaux réalisés dans l'équipe par :  S. Aoun (Thèse MESR 2009-12).

Collaboration  :Biologie - Laboratoire de Physiologie et Résorption Osseuse (LPRO), INSERM UMR 957

Principale publication  :M. Egorov, S. Aoun, M. Padrines, F. Redini, D. Heymann, J. Lebreton, M. Mathé-Allainmat. A one-pot synthesis of 1-hydroxy-1,1-bis-(phosphonic acid)s starting from the corresponding carboxylic acids. Eur. J. Org. Chem., 2011 , 35, 7148-7154.

Thématique 4 - Macrocycles pyraniques d'origine marine : application à la synthèse d'analogues du Péloruside A

Coordinateurs: J. Lebreton, M. Mathé-Allainmat, S. Collet

Le Péloruside A, macrocycle d'origine marine découvert en 2000, a été caractérisé comme stabilisant les microtubules, au même titre que le Taxol. Toutefois, son site d'action sur la tubuline semble différent de celui du Taxol ce qui ouvre un champ d'investigation vers de nouveaux traitements anti-tumoraux. Ce programme de recherche collaboratif, est soutenu par le Cancéropôle Grand Ouest (CGO-Axe Valorisation des Produits de la Mer – Groupe Molécules Macrocycliques- coordinateur P. Bougnoux). Nous avons développé une stratégie de synthèse convergente « d'analogues du Péloruside A » basée sur le couplage de fragments élaborés par différentes équipes de chimistes du centre-ouest, en mettant à profit le savoir-faire spécifique de chacune d'entre elles. Aujourd'hui, plusieurs fragments ont été réalisés en séries racémique et optiquement pure. A Nantes, la stratégie a été validée, en réalisant les premiers analogues simplifiés du Péloruside A qui ont été évalués sur la plate-forme biologique du CGO à Rennes (R. Le Guével, plateforme ImPACcell-CGO).

Travaux réalisés dans l'équipe par :  N. Zimmermann ( thèse cofinancée par la région et le CNRS (2008-2011) et I. Ciliberti (Master 2, 2014) dans le cadre du CGO et avec le soutien de l'InCA et de la Ligue contre le Cancer.

Collaboration  chimie : partenariat avec quatre équipes de chimistes du centre-ouest (G. Dujardin, Université du Maine-UMR 6011 ; B. Carboni, Université de Rennes 1-UMR 6509; M.-C. Viaud, Université de Tours-EA 3247 ; B. Renoux, Université de Poitiers- UMR 6514).
Collaboration  biologie  : Plate-forme CGO-ImPACcell, BIOSIT, Université de Rennes, Rémy Le Guével.

Principale publication : Nicolas Zimmermann, P. Pinard, B. Carboni, Gilles Dujardin, Catherine Gaulon-Nourry ,Pascal Gosselin, Jacques Lebreton and Monique Mathé-Allainmat Convergent strategy towards the synthesis of restricted analogues of Peloruside A, Eur. J. Org. Chem. 2013 , 2303-2315.

Thématique 5 - Synthèse de molécules agonistes et antagonistes du système IL-15

Coordinateurs: J. Lebreton & D. Dubreuil, M. Mathé-Allainmat

Dans le cadre du programme régional CIMATH-II 2010-14 (Ciblage moléculaire et applications thérapeutiques : développements translationnels, Responsable Y. Jacques, INSERM U892) nous sommes impliqués dans la synthèse de molécules agonistes et antagonistes du système IL-15. Ce programme concerne la recherche de nouveaux inhibiteurs de l'interleukine 15 (IL-15), cytokine impliquée dans de nombreuses facettes des réponses immunitaires innées ou adaptatives. Un criblage in silico de banques de molécules commerciales (INSERM U892) utilisant un modèle de l'interface d'interaction entre l'IL-15 et ses chaînes réceptrices a permis de dégager une série de molécules qui ont été testées in vitro sur différents systèmes d'interaction IL-15/récepteurs. Une première molécule candidate a retenu notre attention en terme d'affinité et d'effets fonctionnels. La pharmacomodulation de cette molécule a été réalisée dans notre laboratoire et des dérivés plus performants ont été obtenus dans le cadre de ce programme collaboratif. Compte tenu de ces premiers résultats prometteurs, un brevet est en cours de dépôt via l'INSERM transfert et la firme Janssen a montré son intérêt pour ce programme. Un accord de transfert de matériel (MTA) et un contrat de partenariat été signés fin 2014 avec la compagnie pharmaceutique Johnson&Johnson. Pour des raisons de confidentialité les structures des composés actifs ne sont pas divulguées. (https://talk.jnjinnovation.com/article/networked-innovation)

Travaux réalisés dans l'équipe par :  Romy Vomiandry Thèse région PdL, programme CIMATHII (Ciblage moléculaire et applications thérapeutiques).

Collaboration  :Biologie - Dr. Y. Jacques, (INSERM CNRS U892, co-directeur Institut de Recherche en Santé), contrat Johnson&Johnson 2014.

Principale publication: Brevet INSERM 2014 1000242244 .  Novel IL-2/IL-15 Receptor antagonist compounds and uses thereof for the treatment of autoimmune and inflammatory diseases or graft rejection

Thématique 6 - Canaux ioniques et cancérologie

Coordinateurs: M. Mathé-Allainmat, M. Pipelier, D. Dubreuil

Dans le cadre du réseau « Ion Channels » du Cancéropôle Grand Ouest  (porteur de projet C. Vandier INSERM-UM1069, soutien AO CGO-ProcanII), nous avons synthétisé de nouvelles familles de molécules analogues de glycolipides comme modulateurs potentiels du canal SK3, et pour une évaluation plus large sur la plate-forme canaux ioniques. Deux familles de composés ont été ciblées par analogie avec le composé Ohmline, identifié par l'équipe du Pr P.-A. Jaffres (Brest-UMR 6521) comme un puissant inhibiteur du canal SK3. La première famille (Figure 1 : Famille A ) concerne des dérivés de type glycosphingolipides (X = N) ou glycéroglycolipides (X = O) comportant un ou plusieurs atome(s) de fluor(s) sur la chaîne alkyle et la seconde famille cible des analogues azotés pipéridiniques fonctionnalisés, portant une chaîne lipidique (Figure 1 : Famille B ).

Des premiers composés en série galacto-lipidique 1 (X = N et R = Acyle), dont la préparation dérive de la thématique 2 ont été évalués sur la plate-forme canaux ioniques sans révéler d'activité significative. Récemment, la synthèse de deux fragments lipidiques tétrafluorés du composé 2 a été finalisée (Figure 1, [X = O, R = OTBDMS et H, R 3 ,R 3' = F]). Ces fragments sont en cours de glycosylation en collaboration avec l'équipe de P.-A. Jaffrès (travaux en cours). D'autre part, plusieurs composés issus des familles azotées B, préparés selon une méthodologie mise au point au laboratoire, ont également été évalués sur la plate-forme. Deux d'entre eux agissent sur les canaux calciques SK3 sans présenter de cytotoxicité à 10 m M (lignée MDA-MB-435s).

Travaux réalisés dans l'équipe par :  Dr. Samuel Golten post-doctorant (2013 : programme Galcer) et Ronan Rocaboy (stagiaire L3 financé par la dotation du programme IC-CGO Network).

Collaboration: chimie  :Pr. P.-A. Jaffrès (UMR CNRS 6521, Brest). Biologie  : Pr. C. Vandier ( UMR Inserm 1069 - Tours ), coordinateur du réseau « Canaux Ioniques » du CGO.

Principale publication : résultats non publiés

Thématique 7 - Synthèse totale de l'acétate de Fulvol, un nouveau sesquiterpène à activité neuroactive

Coordinateurs: M. Pipelier, V. Blot, D. Dubreuil

L'origine de ce projet s'inscrit dans le cadre d'une collaboration avec les laboratoires du MMS (EA 2160 - Dr. K.-E. Petit UFR de Pharmacie de Nantes) et RCIM (Pr. Lapied Faculté des Sciences d'Angers). Il s'agit de la découverte d'une molécule naturelle neuroactive « l'acétate de fulvol » qui a été isolée d'un corail par l'équipe de MMS et dont l'activité a été brevetée. L'activité pharmacologique « inconnue jusqu'alors » de ce nouveau sesquiterpène sur les canaux calciques à bas seuil, en fait un candidat prometteur pour la lutte contre les pathologies liées au dérèglement du système nerveux central. L'évaluation de ce potentiel thérapeutique se heurte cependant au problème de sa production en quantité suffisante : l'extraction à partir de la matière première (corail de Mer Rouge) étant inenvisageable pour son développement, la synthèse totale de la molécule est de ce fait indispensable.

La structure bicyclique de l'acétate de fulvol  1 est très complexe de par la présence de sept centres asymétriques qui en font un défi pour les chimistes organiciens. Après d'énormes efforts, nous sommes finalement parvenus, malgré de faibles moyens, à développer une synthèse totale stéréosélectivement contrôlée, en 8 à 12 étapes en moyenne, exempte de tout catalyseur chiral (P23). La stratégie que nous avons mise au point à partir de la pulegone 6 ( et aussi de la carvone ) (Schéma 1 – A) repose sur la préparation d'un intermédiaire commun 3 , à partir duquel une variété de fonctionnalités pouvait être envisagée pour accéder à une diversité d'analogues originaux de structures complexes 7 - 14 (Schéma 1 – B).

Travaux réalisés dans l'équipe par : Drs A. Kar et S. P.Chavan (Post-doc région/univ 2007-2008), O. Sélaimia-Ferdjani (18 mois de Thèse en co-tutelle 2010-13), M. Horeau (6 mois de thèse 2012-15).

Collaboration : Extraction - Dr. Karina Petit ( EA 2160 Substances Marines à activité biologique (SMAB) – EA2160, Nantes), Biologie  - Pr. Bruno LAPIED, RCIM, Université d'Angers.
Collaboration : Biologie  - Pr. Bruno LAPIED, RCIM, Université d'Angers.

Principale publication:  O. Selaimia-Ferdjani, A. Kar, S. P. Chavan, M. Horeau, G. Viault, J. Pouessel, X. Guillory, V. Blot, A. Tessier, C. Bidjou-Haiour, A. Planchat, D. Jacquemin, D. Dubreuil, M. Pipelier. Stereoselective Synthesis of Novel Nardosinane Sesquiterpenes, Eur. J. Org. Chem. 2013 , 7083-7094

Thématique 8 - Synthèse et évaluation de ligands sélectifs des récepteurs nicotiniques de l'acétylcholine

Coordinateurs: J. Lebreton & M. Mathé-Allainmat

Suite à la publication de nos travaux sur la synthèse totale d'alcaloïdes naturels (Nicotine, Lobéline, Sédamine..) et des méthodologies associées, deux contrats de collaboration de recherche sur la «conception et la synthèse de nouveaux ligands nicotiniques» ont été établis avec les Laboratoires SERVIER à partir de 2004. Dans ce cadre, de nombreux composés ont été préparés via notamment les méthodes de chimie combinatoire et évalués par le partenaire privé. Une molécule a été conduite jusqu'en phase pré-clinique avec dépôt de brevet (2011, EP 2277863 A1 20110126). De façon ponctuelle, notre partenaire industriel nous a accordé l'autorisation de divulgation pour certaines méthodologies qui ont été développées et pour une série de composés hybrides nicotine-lobéline.

En marge de ce programme, en collaboration avec J.-Y. Le Questel (équipe Modès-CEISAM) nous cherchons aujourd'hui à mieux comprendre le mode d'action de ces molécules sur des récepteurs spécifiques nAChRs et à concevoir de façon rationnelle de nouveaux ligands des récepteurs nicotiniques . Un programme pluridisciplinaire, est aujourd'hui soutenu par la région (AO « paris scientifiques », programme ECRIN) sur la conception et la synthèse de nouvelles molécules de type pesticide, appartenant à la famille des benzamides quinuclidiniques et des néonicotinoïdes et ciblant spécifiquement les récepteurs nicotiniques d'insectes.

Travaux réalisés dans l'équipe par :  T. Ranaivondrambola (thèse 2006-2009 financée par la Société de Chimie Thérapeutique) et M. Mathé-Allainmat.

Collaborations :Partenariat SERVIER sur le programme ligands des nAChRs humains ;
Collaborations sur le programme ligands des nAChRs d'insectes  :
Modélisation : Pr . J-Y. Le Questel (CEISAM UMR 6230, équipe Modès) .
Biologie : Pr Steeve-H Thany (Laboratoire LBLGC UPRES EA 1207 Univ Orléans) - programme ECRIN 2013-2017, soutenu par la région PdL.

Principales publications :

  • W. Hatton, T. Ranaivondrambola, F. X. Felpin M. Mathé-Allainmat, J. Lebreton. Synthesis of a Racemic Lobeline-Nicotine Hybrid . Synlett , 2010 , 11, 1631-1634 .
  • M. Mathé-Allainmat, B. Bodereau-Dubois, B. Lapied, J. Lebreton, S. H. Thany, A fluorinated quinuclidine benzamide named LMA 10203 act as an agonist of insect nicotinic acetyl choline receptors. Insect Biochemistry and Molecular Biology  2012 , 42(6), 417.

Thématique 9 - Analogues nucléosidiques

Coordinateurs: J. Lebreton, Didier Dubreuil, Monique Mathé-Allainmat

Les nucléosides représentent une famille de molécules ayant des applications en thérapie génique dans les stratégies antisens et ARN interférents. Dans ce domaine le paradigme porte sur des modifications chimiques du squelette des nucléosides et des nucléotides pour optimiser leur résistance vis-à-vis des nucléases et diminuer leur caractère ionique, tout en maintenant leur affinité et leur spécificité pour l'ARN messager cible.

Depuis de nombreuses années, nous nous intéressons à la synthèse d'analogues nucléosidiques par modification du cycle ribosyle ou de la base nucléique, mais nous portons également une attention particulière à l'altération du lien internucléotidique . Ainsi, une des cibles que nous avons retenue ces dernières années porte sur la synthèse de nouveaux dimères nucléotidiques via l'introduction d'un lien amide qui s'impose depuis quelques temps comme une modification de choix mimant parfaitement le lien phosphodiester pour répondre aux critères de la thérapie antisens.


Nos travaux visent à développer une stratégie innovante et efficace pour la synthèse de dimères ribonucléosidiques reliés par un lien amide original à partir d'un précurseur commun peu onéreux, le D-xylose. Notre stratégie s'appuie sur les travaux de De Mesmaeker et Lebreton qui ont décrit, l'accès à 16 combinaisons de dimères désoxyribonucléosidiques.

Travaux réalisés entre 2010 et 2013 dans l'équipe par :  Laurence Arzel, Ingénieur d'Etudes CNRS et Doctorante.

Principale publication : Chapitre de livre, E. Maougal, J.-M. Escudier, C. Len, D. Dubreuil et J. Lebreton. Synthesis of Conformationally Constrained Nucleoside Analogues. Chemical Synthesis of Nucleosides. John Wiley and Sons, Inc; Editeur Pedro Merino, 2013 , 345-425.