Etudes du mode d'action antipaludique de nouveaux bis-cations

Studies on the antimalarial mode of action of novel bis-cations

• Auteur / Autrice : Archana Kaniti
• Direction : Stephen Ward
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques pharmaceutiques
• Date : Soutenance le 08/10/2010
• Etablissement(s) : Montpellier 2 en cotutelle avec European molecular biology laboratory (Heidelberg, Allemagne)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; ....-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Liverpool school of tropical medicine
• Jury : Président / Présidente : Catherine Braun-Breton
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stephen Ward, Catherine Braun-Breton, Colin Sutherland, Philippe Grellier, Henri Vial
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Colin Sutherland, Philippe Grellier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thérapeutique

Paludisme

Hème

Résistance aux antipaludiques

Mots clés libres

Interaction heme-drogue environnement aqueux lipidique

Effet du pH

Caracterisation du transporteur choline

Activite diamidines

Interactions drug-heme aqueus lipid environment

Effect of pH

Choline transporter characterization studies

Diamidines activity

Résumé

Dans cette thèse, j'ai essayé d'identifier le mode d'action de composés biscationiques récemment synthétisés et leurs interactions avec les parasites résistants à la chloroquine. Les activités de divers représentants des composés ammonium bisquaternaire, des amidines alkyl (provenant du groupe de professeur Vial, Montpellier, France), des amidines bisbenzyl (provenant du groupe Chimie de l'Université de Liverpool, Royaume-Uni) ont été comparés à la chloroquine et la pentamidine. Leurs potentiels de résistance croisée avec la chloroquine ont également été étudiés. Dans ce but, deux lignées cellulaires modifiées génétiquement par échange allélique, C3Dd2 et C2GCO3 furent utilisées.Parmi les amidines bisbenzyl, une série de composés appartenant aux guanidines, thiazoles et triazoles ont été criblés pour leur activité contre des souches résistantes et sensibles à la chloroquine chez Plasmodium falciparum. Une hypersensibilité significative est observée pour les amidines bisbenzyl parmi les isolats affichant un PfCRT mutant. Aucune différence n'est observée pour les composés provenant du groupe Vial. Pour comprendre le mode d'action et le rôle de PfCRT, j'ai réalisé des expériences de fixation compétitives (competitive binding') et de cristallisation d'hème. Tous les composés ont montré à différents degrés des interactions avec l'hème, cependant il fut observé que leur activité ne corrélait pas avec l'inhibition de la cristallisation d'hème. Une des raisons possibles à cela est que les différences structurales peuvent jouer un rôle important dans le transport du composé. De plus, j'ai étudié l'effet du pH sur l'activité des composés en utilisant les lignées cellulaires modifiées génétiquement par échange allélique afin d'observer l'effet du gradient de proton sur le transport de la chloroquine et de la pentamidine. Des différences significatives de l'activité de la chloroquine furent observées chez les deux souches. Malgré les valeurs de pKa élevées pour la pentamidine, il y avait une différence significative dans la sensibilité pour ce composé chez les souches quand le pH a changé.Car les diamidines requièrent des transporteurs pour traverser les barrières membranaires et qu'un possible transporteur de choline a été caractérisé chez Plasmodium falciparum, j'ai également réalisé des études initiales sur la caractérisation moléculaire de ce transporteur. Un gène qui encode une protéine chez P. falciparum avec une similarité significative aux eucaryotes supérieurs fut identifié en utilisant des analyses bioinformatiques et fut employé dans une transformation et des études analyses fonctionnelles.En conclusion, ce travail suggère qu'il est possible d'utiliser de nouveaux amidines bisbenzyl pour cibler spécifiquement les souches résistantes à la quinoléine chez Plasmodium falciparum, arborant des allèles de PfCRT mutantes. En adhérant à cette hypothèse et sachant que les deux classes de composés fixent la même cible non parasitaire (soit l'hème), il serait possible de créer rationnellement une combinaison de composés quinoléine / diamidine. Ainsi, les souches résistantes à un des deux composés seraient plus sensibles à l'autre partenaire, retardant ainsi l'apparition de résistance.

In this thesis I have attempted to subject the issues of mode of action of recently synthesized bis cationic compounds and their possible interactions with chloroquine resistance. Antimalarial activities of representatives of various bis quarternary ammonium compounds, alkyl amidines (received from Dr.Vial group, Montpellier) and of bisbenzyl amidines (received from Chemistry group, Liverpool) activity have been investigated with chloroquine and pentamidine and looked for cross resistance with chloroquine. For this purpose two genetically modified allelically exchanged cell lines C3Dd2 and C2GCO3 modified on the chloroquine resistance-related PfCRT (P.falciparum chloroquine Resistance Transporter) gene were used. Among the benzyl amidines, a significant hypersensitivity tobis benzyl amidines was observed among the isolates bearing the mutant PfCRT. No such difference is observed for the bisalkyl amidines. To understand the mode of action and role of PfCRT, competitive binding assay to heme (which may mediate the well-known cellular accumulation of the compounds) and effect on heme crystallization assays (which is involved in the toxic effect against the intracellular parasite) were performed. All these compounds were shown to interact with heme in various degrees. Their activity was observed not to be correlating with heme crystallization inhibition. This is likely due to the structural differences between the compound which discriminate the compounds in the transport of the compound to the parasite and their mechanism of antimalarial activities. In addition I have studied the effect of pH on the pharmacological activity of the drugs using allelically exchanged genetically modified cell lines (for PfCRT) to characterize the importance of proton gradient on the transport of chloroquine and pentamidine to the intracellular parasite. Significant difference (reduced antimalarial activity with increased pH) in the activity of chloroquine was observed for both the strains. Despite of the high pKa values for pentamidine, there was significant difference in the sensitivity of the strains to this compound, when the pH is changed. As both the diamidines and choline analogs require transporters to cross the membrane barriers and enter the parasite where they accumulate I have also performed initial studies on the molecular characterization of a potential carrier in P.falciparum. Using basic bioinformatic tools, a gene encoding a P.falciparum protein with significant similarity to higher eukaryotes choline transporter was identified and preliminary work for its functional analysis was performed. In conclusion, this work establishes substantial differences between the various classes of bis-cationic compounds essentially (based on benzamidine and choline-analogs alkylkamidine series) concerning their interaction with the infected erythrocyte and their antimalarial activity. The series are diffentallly affected by the PfCRT mutation and the chloroquine resistance. Results suggest that it may be possible to use novel bisbenzyl amidines to specifically target quinoline resistant Plasmodium falciparum malaria, harbouring mutant pfcrt alleles. Taking this idea further and since both classes of compound target the same non-parasite target (heme), it may even be possible to rationally design a quinoline / diamidine drug combination, in which isolates resistant to one partner drug become more sensitive to the other partner, thus delaying the onset of resistance.