• Langue : Français, Anglais
• Discipline : Chimie organique, minérale, industrielle
• Identifiant : 2025ULILS035
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 23/10/2025

Résumé en langue originale

L’utilisation massive et répétée des antibiotiques a favorisé l’apparition et la dissémination rapide de souches bactériennes résistantes à ces médicaments. L’antibiorésistance constitue aujourd’hui une menace majeure pour la santé publique. En effet, 4,71 millions de décès ont été recensés en 2021 dans le monde et ce chiffre pourrait être amené à augmenter dans les prochaines années. L’un des mécanismes de résistance mis en place par les bactéries Gram négatives, dont les Entérobactérales, est la (sur)expression de pompes d’efflux capables d’effluer l’antibiotique vers l’extérieur de la bactérie compromettant ainsi l’action du médicament. Chez les Entérobactérales, en particulier Escherichia coli et Klebsiella pneumoniae, la pompe d’efflux AcrAB/TolC, de la superfamille RND, est majoritairement retrouvée. Elle est capable d’expulser une multitude d’antibiotiques de structures chimiques différentes, à l’origine d’une montée de la multirésistance. Par conséquent, inhiber cette pompe d’efflux est une des stratégies innovantes envisagées pour traiter les infections bactériennes résistantes aux antibiotiques.Dans un contexte de lutte contre la dissémination de ces résistances, un criblage de 1280 fragments a été réalisé sur Escherichia coli, en association avec la pyridomycine, un antibiotique substrat de la pompe AcrAB/TolC, permettant l’identification d’un composé hit. Ce dernier est capable de potentialiser l’activité d’un large panel d’antibiotiques via une inhibition directe d’AcrB, sans présenter d’activité antibactérienne intrinsèque. Suite aux relations structure-activité, la série pyridylpipérazine a été identifiée comme nouvelle famille d’inhibiteurs d’AcrB, dont le mode de liaison a été élucidé grâce à la cristallisation de différents composés avec la protéine cible. Une preuve de concept in vivo a également été réalisée et a montré une potentialisation de l’activité de la lévofloxacine dans un modèle murin d’infection par Klebsiella pneumoniae.Des modifications structurales ont été envisagées grâce à un design rationnel basé sur les co-structures obtenues par cristallographie et cryomicroscopie électronique. Dans le but d’explorer les relations structure-activité et d’obtenir des composés plus puissants, un total de 68 composés a été synthétisé. Les paramètres physicochimiques et pharmacocinétiques in vitro des composés les plus puissants ont, par la suite, été mesurés, ce qui a permis la sélection d’un composé pour une étude de pharmacocinétique in vivo. Par ailleurs, dans le but d’explorer au mieux la poche de liaison dans AcrB, une chimiothèque de 192 amides, caractérisée par une large diversité chimique, a été synthétisée. Ceci a permis d’obtenir de nouveaux inhibiteurs d’AcrB puissants qui ont été resynthétisés afin de confirmer leur activité biologique. La synthèse d’analogues de ces composés a également été débutée afin d’élaborer de premières relations structure-activité qui seront enrichies prochainement avec l’objectif de sélectionner un candidat pour une nouvelle preuve de concept in vivo.

Résumé traduit

The widespread and repeated use of antibiotics has led to the emergence and rapid spread of bacterial strains that are resistant to these drugs. Antibiotic resistance is now a major public health issue. As a result, 4.71 million deaths were recorded worldwide in 2022, and this number could increase in the coming years. One of the resistance mechanisms developed by Gram-negative bacteria, including Enterobacterales, is the (over)expression of efflux pumps able to extrude the antibiotic out of the bacteria, thereby compromising the action of the drug. In Enterobacterales, in particular Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae, the AcrAB/TolC efflux pump, from the RND superfamily, is mainly found. It is able to release a multitude of antibiotics with different chemical structures, leading to an increase of the multidrug resistance. Consequently, inhibiting this efflux pump is one of the innovative strategies being considered for treating antibiotic-resistant bacterial infections.In an effort to combat the spread of these resistances, 1280 fragments were screened on Escherichia coli, in combination with pyridomycin, an antibiotic substrate of the AcrAB/TolC pump, enabling the identification of a hit compound. This compound is able to potentiate the activity of a wide range of antibiotics via direct inhibition of AcrB, without exhibiting any intrinsic antibacterial activity. Based on structure-activity relationships, the pyridylpiperazine series was identified as a new family of AcrB inhibitors, whose binding mode was elucidated through the co-crystallization of different compounds with the target protein. An in vivo proof-of-concept study was also conducted, demonstrating potentiation of levofloxacin activity in a mouse model of Klebsiella pneumoniae infection. Modifications at position 6 of the quinoline scaffold were considered using a rational design based on the crystallographic and cryo-electron microscopy co-structures previously obtained. With the aim of exploring structure-activity relationships and developing more potent compounds, a total of 68 compounds were synthesized. The in vitro physicochemical and pharmacokinetic parameters of the most potent compounds were then measured, leading to the selection of one compound for an in vivo pharmacokinetic study. In addition, to better explore the AcrB binding pocket, a chemical library of 192 amides, characterized by a wide chemical diversity, was synthesized. This led to the discovery of new potent AcrB inhibitors, which were resynthesized to confirm their biological activity. The synthesis of analogues has also been initiated in order to develop initial structure-activity relationships, which will be further refined soon with the aim of selecting a candidate for a new in vivo proof of concept.