• Langue : Français
• Discipline : Chimie organique, minérale, industrielle
• Identifiant : 2023ULILS032
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 07/11/2023

Résumé en langue originale

La découverte de molécules antibiotiques au XXe siècle a permis de traiter plusieurs maladies infectieuses bactériennes, auparavant mortelles. Cependant, cette avancée thérapeutique s'est suivie d'une utilisation massive, répétée et inadéquate des antibiotiques, conduisant à la montée de l'antibiorésistance. Ce phénomène est alarmant puisqu'on estime à 4,95 millions le nombre de décès associés à la résistance aux antibiotiques en 2019. L'un des mécanismes de résistance mis en place par les Enterobacterales et les bactéries à Gram négatif en général est la (sur)expression des pompes d'efflux. Ces pompes sont capables de prendre en charge plusieurs classes d'antibiotiques différentes, diminuant ainsi leur concentration intrabactérienne et les rendant inefficaces. Une des stratégies envisagées pour contourner ce phénomène de résistance est le développement d'inhibiteurs de pompes d'efflux qui, en combinaison avec un antibiotique, pourront offrir une nouvelle alternative thérapeutique pour traiter les infections bactériennes résistantes.AcrAB-TolC est une pompe d'efflux de la superfamille RND exprimée chez les Enterobacterales telles qu'Escherichia coli et Klebsiella pneumoniae. Afin d'identifier des inhibiteurs de cette pompe, une chimiothèque de 1280 fragments a été criblée sur E. coli en combinaison avec un antibiotique modèle substrat de cette pompe, permettant la sélection d'un composé hit appartenant à la famille des pyridylpipérazines. Ce hit n'a pas d'activité antibactérienne intrinsèque, mais il est capable de potentialiser l'activité d'un panel d'antibiotiques par inhibition directe de la protéine AcrB. Des premières études de relations structure-activité ont permis d'identifier deux séries chimiques, la série quinoléine/quinoxaline et la série pyridine. Des modifications structurales autour de ces trois noyaux ont été réalisées grâce à un design rationnel basé sur les structures co-cristallographiques obtenues avec AcrB. 80 composés ont ainsi été synthétisés afin d'identifier des analogues plus puissants et d'établir de nouvelles relations structure-activité. L'introduction de différents substituants possédant une fonction amine a notamment permis de créer de nouvelles interactions avec des résidus acides de la poche d'AcrB. Les paramètres physicochimiques et pharmacocinétiques in vitro des composés les plus prometteurs ont ensuite été mesurés, ce qui a permis la sélection d'un composé pour une étude de pharmacocinétique chez la souris. Afin de sonder plus largement la diversité chimique des substituants introduits sur les noyaux quinoléine et pyridine, une chimiothèque de 672 triazoles a été synthétisée via une réaction de cycloaddition catalysée au cuivre. Le but était d'augmenter la puissance des composés en créant de nouvelles interactions avec la poche d'AcrB tout en diminuant la cytotoxicité et l'activité antibactérienne intrinsèque des composés. Ceci a permis d'identifier de nouveaux composés ayant des activités prometteuses et qui seront prochainement resynthétisés afin de caractériser leur effet biologique et de mesurer leurs propriétés ADME.

Résumé traduit

The discovery of antibiotics in the 20th century allowed to treat a number of previously fatal bacterial infectious diseases. However, this therapeutic progress was followed by a massive, repeated and inappropriate use of antibiotics, leading to the rise of antimicrobial resistance. This phenomenon is alarming, with an estimated 4.95 million deaths associated with antibiotic resistance in 2019. One of the resistance mechanisms developed by Enterobacterales and overall Gram-negative bacteria is the (over)expression of efflux pumps. These bacterial pumps are able to extrude several classes of antibiotics, thereby reducing their intrabacterial concentration and rendering them ineffective. One strategy being considered to circumvent this phenomenon is the development of efflux pump inhibitors which, in combination with an antibiotic, could offer a new therapeutic alternative to treat resistant bacterial infections.AcrAB-TolC is an efflux pump of the RND superfamily found in Enterobacterales such as Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae. In order to identify inhibitors of this pump, a chemical library of 1280 fragments was screened on E. coli in combination with a model antibiotic substrate of this pump, leading to the selection of a hit compound belonging to the pyridylpiperazine family. This hit has no intrinsic antibacterial activity, but is able to potentiate the activity of a range of antibiotics by direct inhibition of the AcrB protein. Initial studies of structure-activity relationships have allowed the identification of two chemical series, the quinoline/quinoxaline series and the pyridine series. Structural modifications around these three cores were carried out using a rational design based on the co-crystallographic structures obtained with AcrB. 80 compounds were therefore synthesised in order to identify more potent analogues and establish new structure-activity relationships. In particular, the introduction of different substituents with an amine function allowed to create new interactions with acidic residues in the AcrB binding pocket. The physicochemical and in vitro pharmacokinetic parameters of the most promising compounds were then measured, leading to the selection of one compound for a pharmacokinetic study in mice. In order to enrich the chemical diversity of substituents introduced on the quinoline and pyridine rings, a chemical library of 672 triazoles was synthesised via a copper-catalysed cycloaddition reaction. The aim was to increase the potency of the compounds by creating new interactions with AcrB while reducing the cytotoxicity and intrinsic antibacterial activity of the compounds. This led to the identification of new compounds with promising activities, which will soon be resynthesised in order to characterise their biological effect and measure their ADME properties.