Sance thmatique

"LES MEDICAMENTS MODULATEURS DES INTERACTIONS PROTEINE-PROTEINE. UNE NOUVELLE APPROCHE ?"

EXPOSS

Prsentation du sujet : modulation des interactions protine-protine ou IPP , Christiane GARBAY

Modulation des interactions protine-protine grce au design in silico de petites molcules. Concept gnral et avances rcentes , Maria A. MITEVA

Conception rationnelle dinhibiteurs dinteraction inter-protines dans un but thrapeutique : exemples de peptides, peptido-mimtiques, foldamres , Gilles GUICHARD

Les interactions protine-protine comme nouvelles cibles thrapeutiques : application en oncologie , Anne-Sophie VOISIN-CHIRET

Des molcules multi-actions pour traiter des pathologies neuro-dgnratives multi-factorielles : ex la maladie dAlzheimer , Patricia MELNYK

Les mdicaments modulateurs des interactions protine-protine. Une nouvelle approche?

Sance thmatique

Mercredi 30 septembre 2020

Ouverture de la sance par Patrick Couvreur, Prsident de lAcadmie nationale de Pharmacie

Prsentation du sujet: modulation des interactions protine-protine ou IPP (25 min)

Christiane Garbay, Professeure mrite Universit de Paris, Prsidente honoraire 2019 de lAcadmie nationale de Pharmacie

La modulation des interactions inter-protines (IPP) constitue un axe innovant et prometteur dans le cadre des thrapies cibles. En effet, les messages inter et intracellulaires qui peuvent tre drguls dans des pathologies comme les cancers ou les syndromes neurodgnratifs par exemple, se transmettent frquemment par ce type dinteractions entre protines.

ce jour, pour moduler les interactions entre protines, nous disposons de techniques donnant des informations au niveau molculaire et mme atomique. Lapproche la plus simple consiste donc rechercher des molcules capables dentrer en comptition avec linterface gnralement large du complexe IPP. Ces molcules peuvent tre de natures diverses, comme des anticorps, des protines de synthse, ou des petites molcules. Les rsultats obtenus avec les anticorps monoclonaux ont montr leur puissance dans ce domaine mais ils ont nanmoins outre leur cot, linconvnient de se limiter des cibles extracellulaires.

On sait maintenant que des petites molcules de poids molculaire < 500 Da peuvent atteindre et moduler des cibles inter- comme intracellulaires. Les petites molcules ont galement lavantage dtre compatibles avec une administration par voie orale, mais elles sont plus difficiles concevoir et on distingue deux grandes approches : les approches dites rationnelles et les approches dites haut dbit:

  • les approches rationnelles sappuient sur les lments structuraux 3D connus au niveau atomique du complexe pour concevoir des mimes comptiteurs;
  • les approches haut dbit consistent tester par des cribles un grand nombre de molcules dj existantes. Elles ncessitent la mise en place de tests biologiques fiables haut dbit et sont le plus souvent assistes par la modlisation molculaire, avec un crible in silico.

Quelques avances scientifiques ayant permis de concevoir des modulateurs des interactions entre protines seront rappels et plusieurs exemples seront dcrits au cours de cette sance.

Modulation des interactions protine-protine grce au design in silico de petites molcules. Concept gnral et avances rcentes (25 min +5 Q/R)

Maria A. Miteva, DR Inserm, Inserm U1268 Chimie Mdicinale et Recherche Translationnelle , CiTCoM CNRS UMR 8038. Universit de Paris

Vido brve

Cibler les interactions protine-protine (IPP) par de petites molcules organiques est une approche originale pour moduler des interactions protiques impliques dans diffrentes pathologies.

La conception de mdicaments rationnelle in silico et le criblage virtuel bas sur les structures des protines sont trs utiles afin de dcouvrir des molcules ciblant les interfaces d'interaction protine-protine. Des approches in silico permettant de moduler efficacement les interactions protine-protine par de petites molcules seront prsentes. Parmi ces mthodologies, la considration de la flexibilit des protines ou bien la gnration de chimiothques spcifiques ddis inhiber les interactions protine-protine sont particulirement originales.

Nous prsenterons deux chimiothques ddies au criblage IPP: une chimiothque virtuelle iPPI-lib disponible sur le serveur web MTiOpenScreen et une collection de composs chimiques Fr-PPIChem disponible en France pour le criblage exprimental. Deux exemples des applications russies du criblage in silico pour dcouvrir des inhibiteurs de IPP ciblant l'angiogense seront discuts. Nous prsenterons la neuropiline-1 (NRP-1) et le rcepteur du facteur de croissance endothlial vasculaire (VEGFR-1), deux rcepteurs du facteur de croissance endothlial vasculaire-A (VEGF-A), augmentant ainsi son action angiognique dans plusieurs maladies chroniques, y compris le cancer.

Targeting protein-protein interactions by small organic molecules is an original approach to modulate protein targets involved in different pathologies.

In silico drug design and structure-based virtual screening can be successfully used to discover hit/lead molecules binding protein-protein interaction (PPI) interfaces. Here, in silico approaches allowing to efficiently modulate protein-protein interactions by small molecules will be presented. Among such methodologies, considering protein flexibility or generating specific chemical compound libraries dedicated to inhibit protein-protein interactions are particularly valuable.

We will focus on two chemical libraries dedicated to screen PPI: a virtual library iPPI-lib available at the web server MTiOpenScreen and a chemical compound collection Fr-PPIChem available in France for experimental screening. Two examples for successful application of in silico screening to discover inhibitors of PPI targeting angiogenesis will be discussed. We will focus on neuropilin-1 (NRP-1) and the vascular endothelial growth factor receptor (VEGFR-1), two important co-receptors of vascular endothelial growth factor-A (VEGF-A), increasing thus its angiogenic action in several chronic diseases including cancer.

Conception rationnelle dinhibiteurs dinteraction inter-protines dans un but thrapeutique: exemples de peptides, peptido-mimtiques, foldamres (25 min +5Q/R)

Gilles Guichard, Peptidomimetic chemistry DR1 CNRS, Bordeaux

Video brve

Bien que le domaine des modulateurs dinteractions protine-protine (IPP) connaisse des progrs spectaculaires, la conception de molcules synthtiques visant interfrer avec les IPP reste particulirement difficile en partie parce que les interfaces protine-protine sont exceptionnellement diverses par leurs tailles et leurs formes. Des molcules de taille moyenne comme les α-peptides reprsentent des candidats intressants pour mimer ces interfaces, dvelopper de nouveaux outils pharmacologiques et contribuer combler l'cart entre petites molcules et biologics. Si les peptides prsentent des avantages spcifiques comme par exemple, une diversit molculaire et structurale leve, des mthodes de synthse efficaces et des proprits remarquables en termes dinteractions molculaires qui en font des molcules centrales pour la dcouverte de mdicaments, ils ont aussi besoin dtre optimiss en raison de limitations intrinsques (demi-vie faible dans les fluides biologiques et une mauvaise permabilit membranaire). Cela a incit les chimistes dvelopper des approches innovantes parmi lesquelles les peptides contraints connaissent un essor important avec plusieurs mdicaments candidats diffrents stades dessais cliniques. Dans mon groupe, nous combinons une approche base sur la conception guide par la structure et la chimie peptidomimtique pour contrler les conformations des molcules et dvelopper des modulateurs dIPP plus efficaces pour des applications dans des diffrents domaines thrapeutiques (cancer, antibactriens). Plusieurs stratgies sont dveloppes, de lintroduction d'acides amins non naturels, de nouvelles techniques de macrocylisation et de modification du squelette peptidique comme les foldamres.[1] Rcemment, nous avons montr pour plusieurs cibles protiques d'intrt thrapeutique, que des squences de foldamres mimant lhlice-α peuvent tre conues de manire rationnelle pour reconnatre des surfaces protiques spcifiques avec une affinit leve. Cette nouvelle approche semble suffisamment polyvalente pour tre combine avec d'autres mthodes connues de stabilisation des peptides afin d'augmenter encore leur dure de vie dans les fluides biologiques et leur efficacit.

[1] Pasco M, Dolain C, & Guichard G (2017) Foldamers in Medicinal Chemistry. Comprehensive Supramolecular Chemistry II, ed Atwood JL (Elsevier, Oxford), pp 89-125.

Although the field of inhibitors/modulators of protein-protein interactions (PPI) has witnessed spectacular progress, the design of synthetic molecules aimed at interfering with PPIs has remained exceptionally challenging in part because proteinprotein interfaces are highly diverse in terms of sizes and shapes. Medium-size molecules such as α-peptides can be used to mimic the secondary structural elements at larger proteinprotein interfaces (so-called secondary-structural epitopes) and thus may contribute to fill the gap between small molecules and biologics for the development of novel classes of PPI modulators. Although peptides are key molecules in modern drug discovery owing to some specific advantages (e.g. high molecular and structural diversity, effective synthesis methods, and relative ease of generating sequences with high affinity and selectivity for difficult biological targets), there is however, commonly a need for further optimizing standard peptides consisting of proteinogenic amino acids as they generally possess poorly defined conformation, short in vivo half-life and poor membrane permeability. This incited chemists to develop innovative approaches to address these challenges, among which constrained peptides have gained momentum with several drug candidates at different stages of clinical trials. In my group, we are focusing on structure-guided design and peptide mimicry to develop effective modulators of PPIs for various applications (cancer, antibacterials). Several strategies have been applied for that purpose, including non-natural amino acid replacements, new macrocylization techniques and backbone modifications (amide bond isosteres, foldamers).[1] In particular, we have shown recently for several protein targets of therapeutic interest, that foldamer sequences mimicking α-helical peptides can be rationally designed to recognize specific protein surfaces with high affinity. We expect this new approach to be versatile enough to be combined with other known peptide stabilization methods to further increase the stability in biological fluids and potency of bioactive helical peptides.

Les interactions protine-protine comme nouvelles cibles thrapeutiques: application en oncologie (25 min +5 Q/R)

Anne-Sophie Voisin-Chiret, Facult de Pharmacie. Universit de Caen Normandie. Centre d'tudes et de Recherche sur le Mdicament de Normandie, CERMN, UPRES EA 4258 - FR CNRS 3038 INC3M - SF 4206 ICORE. Institut Carnot I2C

Vido brve

Diapositives prsentes

En oncologie, des rseaux complexes dinteraction protine-protine sont impliqus dans les processus dapoptose et sont fondamentaux pour la rgulation des points de contrle de lhomostasie cellulaire.

Dans les cellules de cancer colorectal, la protine HSP110 (protine de choc thermique) favorise la croissance tumorale en participant lactivation de la protine STAT3 (facteur de transcription), connue pour tre un moteur essentiel de la prolifration des cellules cancreuses. Sintressant au domaine NBD (domaine de liaison au nuclotide) de linteraction entre HSP110 et STAT3, une librairie de petites molcules de structure oligopyridine a t identifie par criblage (AlphaScreen) comme tant perturbateurs du complexe HSP110/STAT3 [Cell Death and Diff., 2019].

Surexprime dans de nombreux cancers dont les cancers ovariens, la protine XIAP (protine inhibitrice de lapoptose lie au chromosome X) contribue aux mcanismes de rsistance lapoptose. Linteraction entre XIAP et SMAC (second activateur mitochondrial des caspases) met en jeu les domaines BIR2 et BIR3 (sur XIAP) et le ttrapeptide AVPI (Alanine-Valine-Proline-Isoleucine) de la partie N-terminale de SMAC. Il a t montr que des peptides mimant lextrmit N-terminale de SMAC sont capables dinhiber linteraction XIAP-caspase, et de sensibiliser les cellules aux chimiothrapies anticancreuses. A partir de donnes cristallographiques, la conception et la synthse de petites molcules abiotiques, SMAC-mimtiques, ont t entreprises. Les premiers perturbateurs de linteraction XIAP/SMAC ont t identifis (anisotropie de fluorescence).

Dans les cellules de cancers ovariens, les protines anti-apoptotiques Mcl-1 (cellules de leucmie mylode 1) et Bcl-xL (lymphome cellules B extra-large) contribuent la rsistance aux traitements de chimiothrapie conventionnels. Le rapport entre le niveau des protines pro- et anti-apoptotiques semble dterminer la sensibilit de la cellule l'apoptose. Linteraction entre ces membres pro- et anti-apoptotiques se fait via un domaine hlicodal BH3 (domaine dhomologie). Mimer ce domaine hlicodal et inhiber les protines anti-apoptotiques est lapproche entreprise pour la conception dune librairie de petites molcules BH3-mimtiques, mimant la distribution des chanes latrales dune hlice alpha [J. Med. Chem. 2015, brevet 2015 WO2015132727A1 2015].

Ces trois exemples de conception rationnelle de petites molcules, perturbateurs dinteraction protine-protine intervenant dans la voie de rgulation de lapoptose seront dtaills ainsi que les mthodologies de synthse. Les mthodes de dtection permettant didentifier les petites molcules comme perturbatrices dinteractions protine-protine seront prsentes.

In oncology, complex protein-protein interaction networks are involved in apoptosis processes and are fundamental for the regulation of checkpoints in cell homeostasis.

In colorectal cancer cells, the HSP110 protein (heat shock protein) promotes tumor growth by participating in the activation of the STAT3 protein (transcription factor), known to be an essential driver of the proliferation of cancer cells. Interested in the NBD (nucleotide binding domain) of the interaction between HSP110 and STAT3, a library of small molecules of oligopyridine structure was identified by screening (AlphaScreen) as being disruptors of the HSP110/STAT3 complex [Cell Death and Diff, 2019].

Overexpressed in many cancers including ovarian cancers, the XIAP protein (protein inhibitor of apoptosis linked to the X chromosome) contributes to the mechanisms of resistance to apoptosis. The interaction between XIAP and SMAC (second mitochondrial activator of caspases) brings into play the BIR2 and BIR3 domains (on XIAP) and the AVPI tetrapeptide (Alanine-Valine-Proline-Isoleucine) of the N-terminal part of SMAC. Peptides mimicking the N-terminal of SMAC have been shown to be able to inhibit the XIAP-caspase interaction and sensitize cells to cancer chemotherapy. Based on crystallographic data, the design and synthesis of small abiotic molecules, SMAC-mimetics, were undertaken. The first disruptors of the XIAP/SMAC interaction have been identified (fluorescence anisotropy).

In ovarian cancer cells, the Mcl-1 (myeloid cell leukemia 1) and Bcl-xL (B-cell lymphoma-extra large) anti-apoptotic proteins contribute to resistance to conventional chemotherapy treatments. The relationship between the levels of pro- and anti-apoptotic proteins seems to determine the sensitivity of the cell to apoptosis. The interaction between these pro- and anti-apoptotic members takes place via a helical BH3 domain (domain of homology). Mimicking this helical domain and inhibiting anti-apoptotic proteins is the approach undertaken for the design of a library of small BH3-mimetics, mimicking the distribution of the side chains of an alpha helix [J. Med. Chem. 2015, patent 2015 WO2015132727A1 2015].

These 3 examples of rational design of small molecules, disruptors of the protein-protein interaction intervening in the regulatory pathway of apoptosis will be detailed as well as the synthesis methodologies. Detection methods to identify small molecules as disruptors of protein-protein interactions will be presented.

Des molcules multi-actions pour traiter des pathologies neuro-dgnratives multi-factorielles: ex la maladie dAlzheimer (25 min +5 Q/R)

Patricia Melnyk, Facult de Pharmacie - Universit Lille. Responsable de lquipe "Brain Biology & Chemistry", INSERM U1172, Lille Neuroscience & Cognition

Vido brve

Diapositives prsentes

Parmi les Parmi les maladies neurodgnratives, la maladie dAlzheimer (MA) est la plus frquente chez les adultes gs de plus de 65 ans et elle est rencontre dans 60 80% des cas. Malgr tous les efforts de recherche et le nombre croissant des essais thrapeutiques, les traitements actuels demeurent symptomatiques et les bnfices thrapeutiques relativement modestes. La MA est une dmence lente et progressive qui combine deux mcanismes pathophysiologiques: la pathologie amylode et la tauopathie. La MA est aussi caractrise par un dficit en actylcholine, lun des neurotransmetteur cl de la mmoire, une forte neuro-inflammation et une mort neuronale.

La plupart des efforts thrapeutiques se sont focaliss sur lun ou lautre des deux mcanismes pathophysiologiques avec lespoir dun retentissement indirect de leffet dune molcule sur lun et lautre des mcanismes. Cependant, les mdicaments actuellement disponibles nont pas deffet avr sur les mcanismes et aucun traitement prventif ni curatif de la MA nest disponible pour lheure. Idalement, des composs multicibles qui modifieraient simultanment le mtabolisme de lAPP et lhyperphosphorylation de Tau prsenteraient un double intrt pour soigner la MA1. Ces dernires annes, notre quipe, en collaboration avec celle des Drs Nicolas Sergeant et Luc Bue, a brevet plusieurs familles de molcules prsentant certaines de ces proprits. Lun de ces composs, AZP2006, est en phase clinique II, gre par AlzProtect, une start-up issue de nos laboratoires2,3. Nous avons aussi rcemment coupl la structure active de lAZP2006 un inhibiteur de lactylcholine estrase et obtenu une molcule triple-action prometteuse. La conception de ces composs et leurs principaux rsultats seront prsents4,5.

Among neurodegenerative diseases, Alzheimer's disease (AD) is most common in adults over the age of 65 and occurs in 60 to 80% of cases. Despite all the research efforts and the increasing number of therapeutic trials, current treatments remain symptomatic and the therapeutic benefits relatively modest. AD is a slow and progressive dementia that combines two pathophysiological mechanisms: amyloid pathology and tauopathy. AD is also characterized by a deficiency of acetylcholine, one of the key neurotransmitters of memory, strong neuroinflammation and neuronal death. Most therapeutic efforts have focused on one or the other of the two pathophysiological mechanisms with the hope of an indirect repercussion of the effect of a molecule on one and the other of the mechanisms. However, currently available drugs have no proven effect on the mechanisms and no preventive or curative treatment for AD is currently available. Ideally, multi-target compounds that simultaneously modify APP metabolism and Tau hyperphosphorylation would be of dual benefit in treating AD1. In recent years, our team, in collaboration with that of Drs Nicolas Sergeant and Luc Bue, has patented several families of molecules with some of these properties. One of these compounds, AZP2006, is in clinical phase II, managed by AlzProtect, a start-up from our laboratories2,3. We also recently coupled the active structure of AZP2006 to an acetylcholine esterase inhibitor and obtained a promising triple-action molecule. The design of these compounds and their main results will be presented4,5.

Rfrences:

1. Mangialasche F, et al. Alzheimer's disease: clinical trials and drug development. Lancet Neurol, 2010, 9, 702-716.

2. Melnyk P, Sergeant N, Bue L, Delacourte A. Use of 1,4-bis(3-aminopropyl) piperazine derivatives in therapy. WO 2006 051489.

3. Melnyk P, et al. Chloroquine and chloroquine related compounds as a model for the design of anti-Alzheimer compounds. ACS Chem Neurosci, 2015, 6, 559-569.

4. Melnyk P, LeFur N, Gay M, Sergeant N, Bue L. Novel 1,4-bis(3-aminopropyl)piperazine derivative and its use. EP 15305384.8.

5. Sergeant N, et al. New piperazine multi-action drugs prevent neurofibrillary degeneration and amyloid deposition, and preserve memory in animal models of Alzheimers disease. Neurobiol Dis, 2019, S0969-9961, 30327-9.8.

6. Sergeant N, et al. New piperazine multi-action drugs prevent neurofibrillary degeneration and amyloid deposition, and preserve memory in animal models of Alzheimers disease. Neurobiol Dis, 2019, S0969-9961, 30327-9