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PROVOT Olivier

Maître de Conférences, Faculté de Pharmacie, Université Paris-Sud 11 Equipe chimie Thérapeutique, Laboratoire BioCIS, olivier.provot u-psud.fr tel : 06 84 20 99 77 fax : 01 46 83 58 28.

Après des études effectuées en chimie organique et en spectrochimie, Olivier Provot rejoint le groupe du Professeur G. Lhommet au Laboratoire de Chimie Hétérocyclique à l’Université Pierre et Marie Curie à Paris. En 1991, il soutien sa thèse dans le domaine de la synthèse totale d’alcaloïdes. Après deux stages post-doctoraux effectués dans l’industrie cosmétique puis au Laboratoire de Chimie Médicale (Paris VII, Pr ; Milcent), il est nommé Maître de Conférences à l’Université Paris XI dans le groupe dirigé par le Professeur H. Moskowitz à la Faculté de Pharmacie de Châtenay-Malabry en 1993. Son domaine de prédilection est celui de la synthèse d’endoperoxydes à activité antimalarique, analogues simplifiés de l’Artémisinine. En 2003, il rejoint le groupe de Chimie Thérapeutique dirigé par le Professeur J.D. Brion et M. Alami dans le domaine du cancer où il développe divers outils organométalliques utiles à la synthèse d’analogues de la combrétastatine A-4 à forte activité anti-tumorale de type cytotoxique, antimitotique ou antivasculaire. Il est actuellement auteur ou co-auteur d’environ 70 publications scientifiques.

Mots clés : cancer, combrétastatine A-4, CA-4, tubuline, antivasculaire, binding, cytotoxicité, hydratation, hydrométallation, palladium, alcyne, cyclisation, hétérocycle, chimie verte.

After studies in the field of organic chemistry and spectroscopy (University of Paris VI), he joined the team of P^r. Gérard Lhommet in the Laboratory of Heterocyclic Chemistry to the University of Paris VI. In 1991, he obtained his PhD in the field of total alkaloids synthesis. After 18 months in Industry and 1 year as ATER (Laboratory of Medicinal Chemistry, P^r. René Milcent), he joined at the end of 1993 the team of P^r. Henri Moskowitz (School of Pharmacy ; Châtenay-Malabry, Paris XI) as an assistant Professor. He focused his attention in the synthesis and evaluation of organic antimalarial peroxides, simplified analogues of Artemisinin. In 2003, he joined the team of Therapeutic Chemistry of P^r. Jean-Daniel Brion and D^r. M. Alami. He focused now his attention in the development of new organometallic methodologies and their applications for the synthesis of small molecules with very high anticancer activities (cytotoxic, antimitotic, vascular disrupting agents, vascular targeting agents…).

Key words : cancer, combretastatin A-4, CA-4, tubulin, antivascular properties, cytotoxicity, hydration, hydrometallation, palladium, alkyne, cyclization, heterocycle, green chemistry.

Activité scientifique :

Pharmacochimie : analogues de la Combrétastatine A-4

Parmi les thérapies utilisées pour le traitement des cancers, la chimiothérapie impliquant des agents cytotoxiques occupe une place majeure. Toutefois, l’absence de sélectivité vis-à-vis des cellules tumorales et l’apparition de phénomènes de résistance limite l’efficacité de ces traitements. C’est pourquoi les nouvelles approches cherchant à mieux cibler la tumeur, avec le développement de molécules de mécanisme d’action original, plus spécifiques, moins toxiques et insensibles aux phénomènes de résistance, sont devenues des axes majeurs de recherche. Les deux molécules actuellement en développement clinique dans le cadre de thérapies visant à cibler la vascularisation tumorale sont la fosbrétabuline et l’ombrabuline, prodrogues et/ou analogue structural de la combrétastatine A-4 (CA-4), molécule naturelle. Bien que leur mécanisme d’action ne soit pas complètement élucidé à ce jour, les études montrent qu’en ciblant la tubuline au niveau du site de la colchicine, ces agents préviennent la polymérisation de la béta-tubuline des cellules endothéliales et donc inhibent la formation des microtubules, éléments les plus rigides du cytosquelette. Il s’ensuit donc une déstabilisation du cytosquelette cellulaire conduisant à des modifications phénotypiques, un détachement de la structure vasculaire et in fine, l’apoptose des cellules endothéliales. Il est essentiel de noter que ces agents agissent préférentiellement sur les cellules endothéliales en prolifération au sein des lésions tumorales, en respectant les cellules endothéliales des vaisseaux sains, ce qui laisse présager des répercussions moindres sur les vaisseaux sanguins normaux. Si la fosbrétabuline et l’ombrabuline sont entrées en phase clinique III dans le traitement du cancer de la thyroïde, ces principes actifs sont néanmoins grevés d’un handicap majeur : une instabilité chimique imputable à l’isomérisation de la double liaison Z conduisant à l’isomère inactif E, imposant une conservation à froid et à l’abri de la lumière. D’ailleurs, l’absence de données radiocristallographiques du complexe tubuline/CA-4 est vraisemblablement liée à cette instabilité.

Faisant suite à nos travaux concernant le remplacement du motif (Z)-1,2-éthylène par des espaceurs non isomérisables[1]
en série CA-4, nous avons très récemment identifié l’isoCA-4,[2] isomère non naturel de la CA-4, dont le profil biologique (cytotoxicité, inhibition de la polymérisation de la tubuline, induction de l’apoptose,…) est identique à celui de la molécule naturelle, mais sans toutefois présenter le risque d’isomérisation. Cette molécule particulièrement stable et extrêmement simple, constitue donc un outil moléculaire de choix en vue d’études mécanistiques du mode d’action d’agents antivasculaires de cette famille nouvelle.
Par ailleurs, nous avons démontré la bioisostérie entre les motifs 1,1-diarylethylène[3] et Z-1,2-diarylethylène[4] en réalisant la synthèse des dérivés isoCA-1 à isoCA-5 par analogie avec les molécules naturelles CA-1 à CA-5[5] selon une nouvelle procédure pallado-catalysée mettant en jeu le couplage d’une tosylhydrazone avec un halogénure ou un triflate aromatique.[6]

Le chef de file, l’isoCA-4 possède des activités du même ordre que celles de la CA-4. Il présente une activité antiproliférative in vitro à des concentrations nanomolaires, inhibe l’assemblage de la tubuline à des concentrations micromolaires, provoque l’arrêt du cycle cellulaire dans la phase G2/M, induit l’apoptose et est métaboliquement stable.[7] Par ailleurs, l’isoCA-4 possède des activités antivasculaires in vitro (Matrigel®) dans des conditions expérimentales pour lesquelles n’est pas observée de toxicité vis-à-vis des cellules endothéliales. Par ailleurs, elle a montré chez la souris xénogreffée qu’elle détruit sélectivement la vascularisation tumorale avec une efficacité équivalente si ce n’est supérieure à l’ombrabuline.
Faisant suite à ces travaux très encourageants, une seconde génération de composés, tout aussi dépourvue des inconvénients liés à l’isomérisation de la double liaison, a été identifiée.[8] Le chef de file, l’isoérianine sous sa forme racémique (i) présente des activités cytotoxiques in vitro, à des concentrations nanomolaires, (ii) inhibe l’assemblage de la tubuline à des concentrations micromolaires, (iii) provoque l’arrêt du cycle cellulaire dans la phase G2/M, (iv) induit l’apoptose et enfin, possède des activités antivasculaires in vitro, ces propriétés justifiant le dépôt d’un second brevet (CNRS/UPS).[9]

Afin d’évaluer les relations structure-activité, nous avons fait varier de très nombreux substituants en lieu et place du groupement OH de l’isoCA-4 et montré que des substituants de type alcényles ou alcynyles maintiennent une puissante activité.[10] Des molécules hybrides de type CA-4-isoCA-4 ont été synthétisées[11] en mettant à profit la réactivité particulière de diarylalcynes ortho-substitués vis-à-vis de réactions d’hydrométallation.[12]
Nous avons ensuite préparé plusieurs séries de molécules contraintes[13] de l’isoCA-4 (dihydronaphtlènes, chromènes, benzoxépines,…) pour examiner si ces composés pouvaient se fixer sur la tubuline avec une affinité accrue. Le choix des séries chimiques s’est fait sur la base de modélisation moléculaire permettant de prédire le mode d’ancrage des composés visés sur la tubuline au niveau du site de fixation de la colchicine. Les composés ainsi préparés selon de nouveaux processus, rapides et efficaces ont présentés des résultats de cytotoxicités intéressants confirmant les prédictions du docking in silico.

Notons que notre objectif est double en matière de chimie médicinale à savoir : (i) accéder rapidement aux molécules ciblées et sélectionnées après modélisation moléculaire en développant de nouvelles réactions chimiques (processus catalytiques, chimie verte, activation de triples liaisons,…) et (ii) trouver des molécules à forte activité antivasculaire, sélectives vis-à-vis des réseaux vasculaires tumoraux et ayant des paramètres physico-chimiques compatibles avec les exigences requises pour un candidat médicament.

[1] Tetrahedron Lett. 2005, 46, 8547 ; Bioorg. Med. Chem. Lett. 2008, 18, 3266 ; Fr 0754280 4 Avril 2007, PCT WO 2008/122620 A1.

[2] ChemMedChem. 2009, 4, 1912.

[3] J. Org. Chem. 2009, 74, 1337. Tetrahedron 2006, 62, 7667.

[4] Tetrahedron Lett. 2008, 49, 1107.

[5] J. Med. Chem. 2009, 52, 4538.

[6] Tetrahedron Lett. 2009, 50, 6549.

[7] ChemMedChem 2011, 6, 1781.

[8] ChemMedChem. 2011, 6, 488.

[9] PCT WO 2009/147217 A1.

[10] ChemMedChem 2011, 6, 2179.

[11] Eur. J. Med. Chem. 2010, 45, 3617.

[12] Angew. Chem. Int. Ed. 2002, 41, 1578 ; J. Org. Chem. 2007, 72, 3868.

[13] Eur. J. Org. Chem. 2012, 1603.

Second axe de recherche de méthodologie concernant : l’activation de triples liaisons (hydratation, hydrométallation,…) conduisant à de nouveaux hétérocycles.

L’addition directe du groupement O-H sur des alcynes, connue sous le nom d’hydratation, est un des outils les plus simples pour convertir des alcynes en composés carbonylés, d’un grand intérêt en synthèse organique. Habituellement, cette transformation nécessite l’emploi de métaux toxiques (Hg) ou nobles (Ru, Rh, Pt, Au) et certaines variantes requièrent la présence d’acides très forts en large excès (H2SO4, HCOOH) ce qui est incompatible en terme de sélectivité dans le cas de substrats fonctionnels. De plus, de telles conditions ne répondent pas aux exigences contemporaines contre l’emploi de réactifs dangereux. Un procédé d’hydratation d’alcynes dissymétriques a été développé au laboratoire et continue de susciter notre intérêt.[1] De part sa simplicité, la nature des réactifs et les solvants utilisés, il répond aux contraintes environnementales (chimie éco-compatible). Ce procédé à économie d’atomes, consiste à réaliser la réaction d’hydratation d’arylalcynes dissymétriques en milieu aqueux ou alcoolique en présence d’une quantité catalytique d’acide para-toluène sulfonique. De nombreux exemples ont été examinés et dans tous les cas étudiés, la réaction est totalement régiosélective et les rendements sont élevés.[2]

Lorsque la réaction est conduite avec des diarylalcynes possédant un groupement attracteur en ortho, il est possible de former directement divers composés de type 3-arylisocoumarines fonctionnalisés.[3] D’autres structures hétérocycliques ont été obtenues via cette procédure. Citons à titre d’exemples, les formations d’isochromènes à partir d’alcynes comportant un substituant ortho hydroxyméthyle mais également, les formations de benzofuranes et benzothiophènes à partir de substrats diarylalcynes possédant un groupement ortho méthoxy ou thiométhoxy.[4] Ces travaux d’ hétérocyclisation par l’APTS ont été étendus avec succès aux enynes et diynes conjugués pour préparer des benzofuranes et des benzothiophènes possédant en C-2 un groupement éthylénique ou acétylénique.[5]

A l’issue de ces résultats et en raison de l’intérêt de ces hétérocycles en chimie médicinale, nous avons montré que l’utilisation du MPHT (N-méthylpyrrolidin-2-one hydrotribromide) réactif découvert au laboratoire,[6] constituait un agent de bromation de choix pour réaliser une bromo-hétérocyclisation d’énynes[7] et ainsi permettre d’accéder à divers composés 3-bromobenzofuranes ou 3-bromo benzothiophenes, précurseurs d’ hétérocycles 2,3-di-substitués d’intérêt biologique.8 Signalons que la réaction d’ hétérocyclisation d’ énynes en présence de brome moléculaire ou de NBS conduit à des résultats nettement moins bons en raison de réactions d’addition sur le système insaturé.

Si la réaction est conduite à partir de diynes conjugués, il est possible, selon la nature du substrat, d’obtenir sélectivement les hétérocycles portant un groupement acétylénique en C-2 ou des composés bis-benzofuranes/benzothiophènes.