Synthèse et évaluation biologique d'inhibiteurs neutres de glycosyltransférases

Synthesis and biological evaluation of neutral glycosyltransferase inhibitors

• Auteur / Autrice : Shuai Wang
• Direction : Sébastien Vidal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique
• Date : Soutenance le 24/10/2013
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie et Biochimie Moléculaires et Supramoléculaires
• Jury : Président / Présidente : Peter Goekjian
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Peter Goekjian, Gerd Wagner, Pierre-Alexandre Driguez
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Philippe Compain, Stéphane Vincent

Mots clés

Mots clés contrôlés

Glycosylation

Glucides

Glycoconjugués

Glycosyltransférases

Mots clés libres

Glycosylation

Carbohydrate

Inhibiteur

Glycosyltransférase

Chimie médicinale

Enzyme

Glycosylation

Carbohydrate

Inhibitor

Glycosyltransferase

Medical chemistry

Enzyme

Résumé

Les glycosyltransférases sont responsables de la biosynthèse d’oligosaccharides, de polysaccharides et de glycoconjugués. Etant donné le nombre croissant de processus biologiques reliés aux saccharides, il existe un grand intérêt pour la compréhension des rôles biologiques des ces saccharides et étudier leurs applications thérapeutiques potentielles. Ce projet concerne la conception, la synthèse, l’évaluationbiologique et l’analyse structurale de deux nouveaux types d’inhibiteurs de glycosyltransférases analogues du substrat donneur naturel. L’analogie repose sur l’incorporation d’une unité pyridine ou amino-acide neutre comme mime du motif pyrophosphate afin de fournir des substrats capables de pénétrer les cellules pour des applications potentielles in cellulo ou in vivo. Les synthèses d’inhibiteurs neutres de GTs ont été réalisées en utilisant une combinaison de réactions de conjugaison créant une liaison O-glycosidique, amide ou triazole. Au total, 26 inhibiteurs neutres de GTs ont ainsi été synthétisés. L’évaluation de l’inhibition pour cinq galactosyltransférases et une GlcNAc-transférase(OGT) a révélé des inhibitions modestes de l’ordre du micromolaire. La co-cristallisation des meilleurs inhibiteurs avec l’une de ces galactosyltransférases a démontré que le motif pyridine neutre chélate le cation manganèse impliqué dans le site catalytique de l’enzyme. Cependant, le motif galactose est orienté vers l’extérieur du site catalytique et loin de la position initiale du substart naturel (UDP-Gal) etindique donc un nouveau mode de liaison. Le concept d’inhibiteur neutre a aussi été examiné sur un système modèle de membrane pour leur perméation membranaire.

Glycosyltransferase is an important class of enzyme in living organisms responsible for the biosynthesis of oligosaccharides, polysaccharides and glycoconjugates. As more and more carbohydrate related biological processes are elucidated, there is great interest to define the biological roles of a given carbohydrate and examine its potential therapeutic applications. The present study reports the design, synthesis, biological evaluation and structural analysis of two novel types of glycosyltransferase donor substrate analogues. The design rationale is to make analogues of sugar nucleotide diphosphate substrates, but incorporating a ‘neutral’ pyridine or amino-acid moiety as thepyrophosphate surrogate in order to provide cell permeable substrates for potential in cellulo or in vivo applications. The syntheses of “neutral” GTs inhibitors were performed using a combination of conjugations through O-glycoside bond, amide bond or triazole functionalities. A total number of 26 “neutral” GT inhibitors were prepared. The evaluation of inhibition towards five galactosyltransferasesand one GlcNAc-transferase (OGT) revealed moderate inhibitions in the micromolar range. More interestingly, co-crystallyzation could be achieved for the most potent compounds in complex with a glycosyltransferase. The designed ‘neutral’ pyridine linker could chelate the manganese cation involved in the enzyme catalytic site. Whereas the sugar head-group was oriented away from the position found inthe related complex with natural substrate (UDP-Gal) indicating a new binding mode. The concept of ‘neutral’ inhibitor was examined by an artificial cell membrane penetration test.