Synthèses et études de lipoconjugués perturbateurs de membranes dans la lutte contre la tuberculose

Topic description Contexte scientifique : La tuberculose est une maladie infectieuse provoquée par Mycobacterium tuberculosis (Mtb). Il s'agit d'un problème de santé publique majeur, car cette maladie tue plus d'un million de personnes chaque année. Bien que des traitements existent, ils sont longs et provoquent de nombreux effets secondaires rendant parfois leur mise en place difficile. De plus, ils sont de moins en moins efficaces du fait de l'émergence de souches résistantes. Il est donc de plus en plus difficile de faire face à cette pathologie avec l'arsenal thérapeutique à notre disposition. Par conséquent, il est nécessaire de développer de nouveaux traitements afin de prévenir ce risque.1 Parmi les efforts mis en place pour lutte contre ce pathogène, les perturbateurs du potentiel de membrane sont étudiés pour leur action directe sur la bactérie. Les travaux du Dr. Thomas Dick2 - 4 de l'université de Singapour, démontrent que des composés synthétiques basiques greffés de chaînes lipidiques présentent une activité antituberculeuse par perturbation de la membrane. Le mécanisme d'action envisagé repose sur une perturbation directe de la membrane bactérienne avec une dépolarisation de l'enveloppe conduisant à la mort des bactéries. Cette classe de composés est particulièrement attractive car leur action vient perturber l'intégrité de la membrane bactérienne, permettant également une utilisation en synergie avec d'autres anti-tuberculeux déjà sur le marché, afin d'augmenter leur efficacité (réduction de la dose, du temps de traitement, des effets secondaires). Projet de Thèse : Dans ce contexte, en se basant sur les expertises des deux laboratoires impliqués dans ce projet (IBMM /LISM) nous nous proposons de développer des Perturbateurs du Potentiel de Membrane Mycobactérien (P2M2) à partir de produit naturel, sous la forme de lipoconjugués alcaloïdiques. Les P2M2 sont constitués d'une partie lipidique greffée sur un composé basique. Nous travaillerons donc sur un noyau basique présentant déjà une activité vis-à-vis de Mtb auquel nous grefferons différentes chaînes lipidiques. Le but étant de combiner l'action antibactérienne du noyau basique préexistante à une action de perturbateur du potentiel de membrane potentiellement obtenue par lipoconjuguaison. Pour faire la preuve de concept in vivo de cette action synergique, il serait possible de partir de composés naturels basiques connus, comme des alcaloïdes actifs contre Mtb. Utiliser ces composés pour réaliser des hémisynthèses en leur greffant des chaînes lipidiques afin de tester rapidement l'activité et le mécanisme d'action de ces dérivés. La berbérine possède une activité vis-à-vis de Mtb, avec une MIC de l'ordre de 25 µg/mL5, elle présente un ammonium quaternaire chargé nécessaire à l'activité de P2M2. Elle est commercialement accessible, et possède de nombreuses positions fonctionnalisables, ce qui en fait un point de départ idéal pour l'hémisynthèse de nouveaux lipoconjugués. Sa synthèse totale est également décrite ce qui ouvre la possibilité a plus de pharmacomodulations.6 Le programme de recherche de ce projet de thèse s'articule en 3 axes : 1) Synthèse de lipoconjugués dérivés de la berbérine. Nous chercherons à identifier la nature (saturé, insaturé, ramifié), la longueur et la position idéale de la chaine lipidique permettant d'obtenir la meilleur action P2M2. 2) Etude des relations structures - activité et structures - propriétés de ces composés. Les évaluations biologiques seront conduites dans l'équipe du Dr. Stéphane Canaan à Aix-Marseille Univ., CNRS, LISM, Institut de Microbiologie de la Méditerranée de l'université de Marseille. Il y sera étudié l'action sur les membranes, mais également la puissance antibactérienne et la stabilité des molécules, ainsi que leurs propriétés ADME 3) Etude du potentiel synergique des lipoconjugués avec des principes actifs anti-TB connus.------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Scientific context : Tuberculosis is an infectious disease caused by Mycobacterium tuberculosis (Mtb). It is a major public health problem, as this disease kills more than one million people every year. Although treatments exist, they are lengthy and cause numerous side effects, sometimes making them difficult to implement. In addition, they are becoming less effective due to the emergence of resistant strains. It is therefore increasingly difficult to treat this disease with the therapeutic arsenal at our disposal. Consequently, new treatments need to be developed to prevent this risk.1 Among the efforts being made to fight this pathogen, membrane potential disruptors are being studied for their direct action on the bacterium. The work of Dr. Thomas Dick²⁻⁴ at the University of Singapore demonstrates that synthetic basic compounds functionalized with lipid chains exhibit anti-tuberculosis activity by disrupting the membrane. The proposed mechanism of action is based on direct disruption of the bacterial membrane with depolarisation of the envelope leading to the death of the bacteria. This class of compounds is particularly attractive because their action disrupts the integrity of the bacterial membrane, also allowing them to be used in synergy with other anti-tuberculosis drugs already on the market to increase their effectiveness (reducing the dose, treatment time and side effects). Thesis Project: In this context, drawing on the expertise of the two laboratories involved in this project (IBMM/LISM), we propose to develop Mycobacterial Membrane Potential Disruptors (M2PD) from natural products, in the form of alkaloid lipoconjugates. M2PD consist of a lipid moiety grafted onto a basic compound. We will therefore work on a basic core that already exhibits activity against Mtb, to which we will graft different lipid chains. The aim is to combine the antibacterial action of the pre-existing basic core with a membrane potential disrupting action potentially obtained by lipoconjugation. To demonstrate the concept of this synergistic action in vivo, it would be possible to start with known natural basic compounds, such as alkaloids active against Mtb. These compounds could be used to perform hemisyntheses by grafting lipid chains onto them in order to quickly test the activity and mechanism of action of these derivatives. Berberine has an anti Mtb activity, with a MIC of 25 µg/mL5, it presents a negatively charged quaternary ammonium which is necessary for the M2PD activity. Berberine is commercially available, has a numerous fonctionalisable position, which make it ideal for half synthesis of new lipoconjugates. Its total synthesis is also described which open other possibilities for other pharmacomodulations. 6 The research programme for this thesis project is divided into three areas: 1) Synthesis of lipoconjugates derived from berberine. We will seek to identify the nature (saturated, unsaturated, branched), length and ideal position of the lipid chain to obtain the best M2PD action. 2) Study of the structure-activity and structure-property relationships of these compounds. Biological evaluations will be conducted by Dr. Stephane Canaan's team at Aix-Marseille University, CNRS, LISM, and the Mediterranean Institute of Microbiology at the University of Marseille. The action on membranes will be studied, as well as the antibacterial potency and stability of the molecules, and their ADME properties. 3) Study of the synergistic potential of lipoconjugates with known anti-TB active ingredients.------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Début de la thèse : 01/10/ Funding category Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant) Funding further details Concours pour un contrat doctoral