Partenaires

Présentation du CNRS Présentation de l′Université Faculté de Pharmacie


Rechercher

Sur ce site


Accueil > Équipes de recherche > Pharmacognosie - Chimie des Substances Naturelles > Thème II - Pharmacochimie et propriétés biologiques des substances naturelles

Thème II - Pharmacochimie et propriétés biologiques des substances naturelles

 A- Substances naturelles et analogues visant le système nerveux central

 1- Nouveaux hybrides de substances naturelles à visée antiparkinsonienne

Basé sur des hybrides de substances naturelles connues pour leur rôle neuroprotecteur ou neuritogénique (mélatonine/acide gras ou quinoléine/lembéhyne A), une bibliothèque de nouvelles molécules de 1re génération a montré des activités intéressantes in vitro sur culture primaire de neurones dopaminergiques (4 brevets depuis 2009 et 2 publications parues). Des composés de 2e génération possédant un motif quinoxaline ont montré des résultats très prometteurs (ANR ANTIPARK 2010-2013) (schéma 4).

Schéma 4 – Développement d’une bibliothèque de composés possédant une activité de type neurotrophine sur les neurones dopaminergiques.

 2- Conception de modulateurs des neurones dopaminergiques

Dans le cas de pathologies telles que la schizophrénie, les dépendances et certaines maladies neurodégénératives, la découverte de traitements innovants s’inspire en grande partie de structures naturelles ciblant le système dopaminergique. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à développer une chimie de synthèse d’analogues de composés naturels pouvant moduler l’activité des neurones dopaminergiques en ciblant les récepteurs métabotropiques du glutamate (mGluR) en collaboration avec Dr F. Acher (UMR CNRS 8601, Paris) et J.-P Pin (UMR CNRS 5203, Montpellier) ou les récepteurs nicotiniques de l’acétylcholine (nAChRs) en collaboration avec les Dr P.-J. Corringer (UMR CNRS 2182), Dr T. Malliavin (UMR CNRS 2185) et Dr A. Taly (UPR CNRS 9080).

Suite au recentrage des axes de recherche, l’identification de nouveaux ligands agonistes et sélectifs des mGluR du groupe III, via la synthèse d’analogues du glutamate s’est achevée par la mise au point d’une synthèse asymétrique et économe de γ-fluoroglutamates substitués. Une étude des facteurs gouvernant la stéreosélectivité de la réaction-clé d’addition de Michael au départ d’α-fluoro-β-cétoester a montré l’effet déstabilisant de l’atome de fluor.

Désormais l’essentiel de nos travaux est consacré à l’étude des canaux ioniques pentamériques activés par les ligands (pLGICs). Ces protéines membranaires intégrales, et notamment les nAChRs (Schéma 5), sont difficiles à produire et à manipuler au plan biochimique et les mécanismes moléculaires sous-tendant leur fonction restent encore mal connus. De fait, la conception de molécules actives sélectives souffre de la méconnaissance des mécanismes moléculaires de l’activation et de la désensibilisation de ces récepteurs. Aussi, en collaboration avec l’Institut Pasteur, nous développons une approche pluridisciplinaire visant à comprendre les mécanismes fondamentaux de la transduction du signal opéré par les nAChRs selon une étude fondamentale menée sur un homologue bactérien, GLIC, suivie d’une étude plus appliquée sur les nAChRs eux- mêmes. Pour la protéine orpheline GLIC, nous avons récemment identifié et conçu une nouvelle famille d’antagonistes dérivés de l’acide caféique (schéma 5).

Schéma 5 – Conception d’antagonistes de GLIC [J. Med. Chem. 2013, 56, 4619–4630]

Au départ de cette famille de composés et de bio-isostères seront élaborées, dans le cadre de l’ANR PentaGate (Programme Blanc 2013), de nouveaux outils agonistes et antagonistes possédant des propriétés anomales et fluorescentes afin de mener des expériences de co-cristallisation, d’électrophysiologie et de fluorescence. La finalité sera d’attribuer des conformations cristallographiques à des états allostériques (actifs, désensibilisés, ou intermédiaires) et d’explorer les mécanismes moléculaires sous-tendant les réorganisations allostériques par des simulations de dynamique moléculaire sur GLIC.

Par la compréhension de la réorganisation des sites de liaison lors de l’activation et de la désensibilisation et grâce à l’utilisation des structures cristallographiques des récepteurs bactériens et eucaryotes récemment résolues, nous tentons d’élaborer de nouvelles méthodes bio-informatiques pour la conception rationnelle de ligands possédant une meilleure sélectivité sous-typique et ciblant une activité des nAChRs. Nous avons, tout d’abord, étudié les volumes des sites de fixation occupés par différents ligands des nAChRs co-cristallisés avec la protéine homologue AChBP : cette étude a permis de discriminer les ligands par activité agoniste et antagoniste et de montrer une distribution de volume plus aléatoire pour les agonistes partiels, et notamment pour la (-)-lobéline. Du fait de sa pharmacologie complexe, la lobéline a été choisie comme squelette de référence pour la conception rationnelle de ligands nicotiniques originaux exploitant ces méthodes in silico. Ayant pour finalité les structures identifiées par docking, nous développons des stratégies de synthèse flexibles, économes et éco-respectueuses permettant de moduler la diversité moléculaire, la stéréochimie et le volume des composés cibles et d’accéder rapidement et efficacement à une large gamme d’analogues. Ces stratégies reposent sur la synthèse d’hétérocycles pyrrolidiniques ou pipéridiniques par aza-Michael cyclisante au départ d’accepteurs de Michael obtenus par double ou mono-élongation de Wittig ou de métathèse croisée. L’éco-compatibilité de la chimie que nous développons est assurée par l’utilisation de méthodes d’activation telles que les ultra-hautes pressions, les micro-ondes, les ultrasons combinées à l’organo- ou la métallo-catalyse (Schéma 6).

Schéma 6 – Conception et synthèse d’analogues de la lobéline.

Cette étude se poursuit actuellement avec la synthèse orientée de molécules plus compactes, chimères de lobéline et d’alcaloïdes agonistes des nAChRs. Les premières évaluations biologiques menées en collaboration avec le Dr C. Héligon de l’université de Rennes (centre de ressources biologiques Xénopes-UMS CNRS 3387) sont des plus encourageants : l’identification de ligands agonistes originaux valide l’un des premiers modèles de nAChRs à canal ouvert (conformation active) construit par homologie de séquence et par conséquent, valide la pertinence de la stratégie de recherche élaborée et poursuivie depuis plusieurs années.

 3- Synergie d’activité centrale d’extraits naturels – sphère dopaminergique

Les effets de synergie sont couramment observés in vivo ou en clinique lors de l’usage d’extraits naturels. Le laboratoire a choisi des exemples de ce type dont l’exploration peut apporter des outils pharmacologiques nouveaux, sinon des molécules actives. Après l’étude d’effet d’inhibition de la glycoprotéine P par les constituants d’extraits de Ganoderma lucidum (1 communication), nous explorons la synergie antiparkinsonienne observée pour les constituants de Mucuna pruriens (Fabaceae), plante de la pharmacopée traditionnelle indienne contenant de la L-Dopa, d’efficacité supérieure à la dopathérapie avec des effets indésirables semble-t’il moindres. L’identification et l’évaluation biologique des composés isolés (notamment certains alcaloïdes isoquinoléiniques et la stizolamine) sur des cibles telles que la Dopa-décarboxylase (DDC) (Schéma 7) et la monoamine oxydase B, montrent des résultats expliquant la synergie (1 acte). Nous adaptons ces essais biologiques à un format en ligne, afin de détecter directement les composés actifs d’extraits et d’automatiser le criblage, qui concerne de nombreux pharmacophores privilégiés au laboratoire (I.A.1., II.A.1, II.A.2., III.A.1.). L’étude de la modulation du transport de L-Dopa à travers la barrière hémato-encéphalique par les extraits de M. pruriens et les composés isolés est en cours (modèle hC/MEC-D3 ; collaboration avec l’UMR 8612). L’évaluation de l’affinité des composés isolés sur différents récepteurs est attendue (dopamine, 5HT, glutamate, adénosine A2A ; Bryan Roth, UNC, USA ; et voir II.a.2).

Schéma 7 – Activité des fractions de M. pruriens sur la DDC, et molécules isolées.

 4- Syndromes parkinsoniens et acétogénines des Annonaceae

Dans le cadre d’un efficace réseau collaboratif (10 laboratoires dont 3 étrangers), nous poursuivons, en tant que coordinateurs, l’étude de l’implication des acétogénines d’Annonaceae (AAGs ; polyacétates inhibiteurs du complexe I, spécifiques de la famille) dans la survenue de complexes parkinsonisme/démence en zone tropicale (« Parkinsonisme guadeloupéen », tauopathie). Nous avions montré que ces molécules sont neurotoxiques in vivo et sont apportées par l’alimentation (fruits d’Annona muricata et produits dérivés). Par le biais de 2 thèses (1 en cours), le projet s’est découpé en : i- l’investigation des sources d’exposition aux AAGs : isolement d’AAGs modèles et nouvelles (2 publications) ; développement méthodologique en MS/LC-MS/RMN (3 publications, 1 acte ; voir I.C.2. et schéma 8) ; extension à 5 espèces du genre Annona (1 article, 1 acte), à 1 Asimina (1 article), avec approche métabolomique raisonnée (collaboration IANC) ; ii- la participation à l’étude toxicologique des AAGs, avec l’annonacine comme principal modèle : établissement du lien entre AAGs et Tau in vitro et in vivo ; développement de nouveaux modèles de neurodégénerescence ; neurotoxicité p.o. chez la Souris en traitement long avec des produits alimentaires (2 publications, 3 actes, 1 publication soumise) ; iii- l’exploration des caractéristiques pharmacocinétiques de l’annonacine : mise en évidence d’une faible métabolisation de phase I, n’apparaissant pas comme facteur conditionnant la toxicité ; hémisynthèse des métabolites humains (collab. Alpha-chimica ; 1 acte) ; tentative d’étude de traversée de barrières (verrous techniques insurmontables, BHE : modèle hC-MEC/D3 ; collaboration institut Cochin ; intestinale : modèle CACO-2). Une étude de biodisponibilité et d’excrétion est en cours (voies i.v. et p.o., Rat ; biodisponibilité 2 % ; quantification intracérébrale possible). Ces travaux remarqués (2 conférences invitées, 1 chapitre) ont généré 2 collaborations transatlantiques, dont une établie avec la FDA en 2012. Ils ont motivé la publication d’une saisine de l’Agence Française de Sécurité Sanitaire des Aliments en 2010 (Avis relatif aux risques liés à la consommation de corossol et de ses préparations), encourageant fortement la poursuite de ces recherches.

Schéma 8 – Métabolisation de phase I de l’annonacine chez le Rat et l’Humain (microsomes) ; hémisynthèse des métabolites par oxydation catalysée par porphyrine ; analyse LC-ESI(+)-LTQ-Orbitrap®.

 B- Molécules à visée anti-infectieuse : antiparasitaires, antibiotiques antibactériens

 1- Analogues antiparasitaires et antituberculeux de la canthin-6-one et de la curcumine

Nos activités concernant la chimie et la pharmacochimie de la canthin-6-one, un alcaloïde de type β-carboline possédant un cycle D supplémentaire, se sont pleinement poursuivies durant le dernier contrat avec le travail d’un doctorant. Isolé d’une Rutaceae sud-américaine (Zanthoxylum chiloperone var. angustifolium), cet alcaloïde montre des propriétés antifongiques, antiparasitaires, anti-infectieuses (Mycobacterium, en particulier) de premier plan. Deux aspects ont particulièrement été étudiés (schéma 9) : i- la synthèse de nombreux analogues (en particulier une série originale d’analogues prénylés) et une corrélation chimique des principaux intermédiaires biosynthétiques ; ii- une évaluation biologique très poussée apportant des données sur les mécanismes d’action. La canthin-6-one est aujourd’hui en développement préclinique avancée entre le Brésil et le Paraguay en collaboration étroite avec notre équipe. Parallèlement, des essais de cultures à grande échelle et d’exploitation des feuilles en lieu et place de l’écorce sont en cours au Paraguay. La substance naturelle avicennol, non apparentée chimiquement à la canthin-6-one, mais présente en grandes quantités dans l’écorce de Z. chiloperone a également été étudiée.

Schéma 9 – Pharmacochimie autour de la canthin-6-one.

La curcumine, polyphénol alimentaire (Curcuma spp., Zingiberaceae), pléiotropique, bien toléré, a fait l’objet d’approches hémisynthétiques inédites afin d’améliorer son activité antiprotiste (dérivés prénylés, dont certains ont un effet inhibiteur d’agrégation de la protéine β-amyloïde intéressant – voir Equipe « Chimie du Fluor » ; produits de désaromatisation oxydative). Des dérivés trinor-squalenoylés capables d’autoassemblage sous forme de nanoparticules stables ont également été obtenus (collaboration avec l’UMR 8612), avec une dispersion aqueuse satisfaisante par rapport à la curcumine, et des activités améliorées sur amastigotes intramacrophagiques de Leishmania donovani. Ces travaux sont actuellement finalisés avec l’étude de localisation des nanoparticules dans le modèle, par microscopie confocale, avant une étude in vivo.

 2- Mise au point d’un criblage original de molécules potentiellement antipaludiques

Rares sont les méthodes de criblages d’extraits naturels qui indiquent directement quels sont les composés du mélange qui sont responsables de l’effet biologique. Fort de son implication dans le domaine de la parasitologie, le laboratoire a développé une méthode de détection par spectrométrie de masse des composés se liant à l’hème, cible de la plupart des médicaments antipaludéens, dont l’artémisinine (Schéma 10). Cette méthode permet d’identifier à partir de molécules pures ou de mélanges des composés ayant un taux de « hit- to-lead » voisin de 50 % quand les méthodes comparables plafonnent à 3 % (1 brevet et 2 publications).

Schéma 10 – Spectre de masse de l’extrait brut de Croton nuntians en présence d’hème, détection de l’adduit avec la casticine ; évaluation de la stabilité de l’adduit de la casticine avec l’hème en dissociation induite par collision.

 C- Substances naturelles et analogues à visée antitumorale

  • Valorisation de flavonoïdes de Citrus à potentialités antitumorales.
    Les flavonoïdes, molécules polyphénoliques végétales très largement répandues, ont été étudiés avec une double préoccupation chimique et biologique :

i- des recherches d’activité (action antiproliférative, inhibition de polymérisation de la tubuline, action antileishmanienne) ont été effectuées sur un grand nombre de flavones et chalcones synthétiques et hémisynthétiques. Ont été privilégiées des analogues de polyméthoxyflavones telles la tangérétine (de divers Citrus) et la calycoptérine : l’un d’entre eux la 3’-amino-5-hydroxy-3,6,7,8,4’-pentaméthoxyflavone a démontré in vitro une importante activité cytotoxique, non retrouvée malheureusement in vivo (étude au NCI). Cette molécule a servi de modèle pour la synthèse d’analogues (en séries aurone, chalcone, flavanone) permettant ainsi de dégager des relations structure-activité entre les différents squelettes (schéma 11).

ii- Deux autres études, à visée chimique, ont porté d’une part sur une dinitration inattendue constatée avec la diosmétine (4’-méthoxy-5,7,3’-trihydroxyflavone), autre flavone de Citrus, d’autre part sur l’influence de la 3- halogénation (chloration, bromation) de certains hétérosides de flavones (diosmine, linarine et rhoifoline) sur leur hydrosolubilité : en effet, une très forte augmentation de l’hydrosolubilité est observée avec les analogues 3-halogénés, s’expliquant par une diminution de la planéité de la partie génine de ces composés (schéma 11).

Schéma 11 – Chimie et pharmacochimie en série flavonoïdique.