La biosynthèse des isoprénoïdes : Une cible pour la synthèse de nouveaux antibactériens

Isoprenoid biosynthesis : a rarget for the design of antibacterial drugs

• Auteur / Autrice : Lionel Kuntz
• Direction : Michel Rohmer, Catherine Grosdemange-Billiard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Antibactériens

Synthèse (chimie) -- Inhibiteurs

Biosynthèse

Microorganismes -- Effets des médicaments

Isoprénoïdes

Résumé

Les isoprénoïdes (menthol, cholestérol, β-carotène) constituent une vaste famille de composés naturels présents chez tous les êtres vivants. Ils peuvent être biosynthétisés selon deux voies: la voie du mévalonate et la voie du 2-C-méthylérythritol 4-phosphate (MEP). La voie du MEP est présente chez de nombreux microorganismes pathogènes responsables de la tuberculose, de la lèpre ou du paludisme. Du fait de la résistance de plus en plus importante des microorganismes aux antibiotiques et antiparasitaires actuels, il devient nécessaire de trouver de nouvelles cibles thérapeutiques pour lutter contre les agents pathogènes. Comme l’homme ne synthétise pas ses isoprénoïdes par la voie du MEP, toutes les enzymes de cette voie de biosynthèse deviennent des cibles potentielles pour de nouveaux inhibiteurs. Dans cette optique nous avons choisi comme cible la désoxyxylulose phosphate réducto-isomérase (DXR). Plusieurs structures cristallines de cette enzyme sont connues, dont une avec l’un de ses inhibiteurs, la fosmidomycine, donne un aperçu de son mode d’inhibition. La fosmidomycine est ancrée dans le site actif de l’enzyme par l’extrémité phosphonate mais aussi via sa fonction rétro-hydroxamate qui chélate un cation divalent par ses deux atomes d’oxygène. Nous avons donc choisi de synthétiser des analogues de la fosmidomycine en modifiant soit la fonction chélatante, soit l’extrémité phosphonate, soit la longueur de la chaîne carbonée. Notre choix s’est porté sur les groupements hydroxamate, hydrazide et dithiocarbamate comme pince chélatante, et sur la fonction acide carboxylique pour remplacer le groupe phosphonate. Des études biochimiques ont été effectuées sur l’ensemble des composés synthétisés pour déterminer leurs activités biologiques. Nous avons montré que l’un des dérivés synthétisé de type hydroxamate possède une activité comparable à celle de la fosmidomycine, et que de plus il garde son activité sur une souche d’E. Coli résistante à la fosmidomycine.

Isoprenoids (menthol, cholesterol, β-carotene) are natural compounds which are present in all living organisms. Isoprenoid biosynthesis proceeds via two biosynthetic pathways, depending on the organisms. The mevalonate pathway is found in animals, fungi, the cytoplasm of phototrophic organisms, some eubacteria and archaea, whereas the 2-C-methylerythritol 4-phosphate (MEP) pathway is present in most eubacteria, in unicellular green algae and in the chloroplasts of phototrophic organisms. As the MEP pathway occurs in a number of pathogens but not in humans, all enzymes of this pathway may represent interesting targets for the development of new drugs. Among the enzymes, we focused on the deoxyxylulose phosphate reducto-isomerase (DXR). Several three dimensional DXR structures were resolved, and especially a complex with fosmidomycine, a potent inhibitor of this enzyme. This revealed the chelation of the Mn2+ cation of the active site by the retro-hydroxamate group and the fixation of the phosphonate moiety in a specific positive-charged cavity. We present here the synthesis of analogues of fosmidomycine. We chose to modify either the retro-hydroxamate group by a hydroxamate with different length of the carbon backbone, a hydrazide and a dithiocarbamate group, or the phosphonate moiety by a carboxylic acid. Biochemical studies were performed on all compounds to determine their biological activities. One of our molecules with a hydroxamate group presents an activity comparable to that of fosmidomycine, and is even active on a fosmidomycin-resistant strain of E. Coli.