Conception, synthèse et caractérisation de nouveaux inhibiteurs de méthyltranférases d'ADN à visée anticancéreuse

Conception, sy,thesis and characterization of new DNA methyltransferase inhibitors as anticancer drug

• Auteur / Autrice : Alexandre Erdmann
• Direction : Paola Barbara Arimondo, Georges Massiot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie médicinale
• Date : Soutenance le 20/04/2015
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)

Mots clés

Mots clés contrôlés

ADN -- Réparation

Cellules cancéreuses

Méthyltransférases

Mots clés libres

Méthylation de l’ADN

Méthyltransférases d’ADN

Inhibiteur de DNMT

Drug design

Iaminopyrimidines

Inhibiteurs sélectifs

Inhibiteurs covalents

Cancer

DNA methylation

DNA methyltransferases

DNMT inhibitors

Drug design

Diaminopyrimidines

Selective inhibitor

Covalent inhibitor

Cancer

Résumé

Le domaine de l'épigénétique couvre l'ensemble des phénomènes héritables et transmissibles qui interviennent dans l'expression du génome sans modifier la séquence nucléotidique. L'information épigénétique est régulée par les modifications de la chromatine impliquant les histones et l'ADN. La méthylation de l'ADN est un phénomène réversible jouant un rôle crucial dans l'expression des gènes puisque la méthylation des promoteurs de gènes empêche leur transcription. La modulation aberrante de cette marque épigénétique est associée à diverses pathologies telles que le cancer. Cette méthylation étant réversible, elle peut être ciblée afin de reprogrammer la cellule cancéreuse. Les méthyltransferases d'ADN (DNMT), étant les enzymes responsables de la méthylation, représentent la cible principale de notre stratégie de recherche. Leur inhibition par des petites molécules est au centre de nos recherches de thérapies anticancéreuses dont les bases sont représentées par deux catégories d'inhibiteurs de DNMT existant. Les premiers sont des analogues de cytosine qui est la cible de la méthylation. Ils sont connus pour s'intégrer dans l'ADN et former un complexe covalent irréversible avec l’enzyme (complexe suicide) mais ils souffrent d'un manque de stabilité et de certains effets indésirables dus à leur incorporation dans l’ADN. Les seconds sont les inhibiteurs non nucléosidiques qui sont divers et parfois connus pour cibler d’autres enzymes. Ils ont l’avantage de pouvoir être utilisés comme sondes pour comprendre plus précisément le mécanisme d'inhibition mais ils manquent de spécificité et de sélectivité. Au cours de cette thèse, une banque de molécules a été criblée à partir de la combinaison d'un test enzymatique et d'un test cellulaire visant à inhiber ces enzymes. Les synthèses de trois familles de molécules potentiellement inhibitrices de DNMT issus de ce criblage sont décrites en expliquant le chemin de drug design emprunté pour obtenir des informations mécanistiques d’inhibition de la méthylation d’ADN, notamment de réactivité avec la cible. Les découvertes ont été inspirées par des études de modélisation permettant de mettre en évidence une sélectivité de certains inhibiteurs. La synthèse chimique a également abouti à une nouvelle voie de synthèse d’accès aux diaminopyrimidines dont l’impact permet de faciliter les études chimiques de dérivés quinazolines comme inhibiteur non nucléosidiques utiles pour les thérapies anticancéreuses.

Epigenetic is defined as the study of heritable changes in the genes expression without altering the DNA sequence. Two main processes are implicated in this field, the histones modifications and the DNA methylation. By introducing an acetyl or a methyl group on the histone tails or by methylation of DNA, the chromatin state is modified and the gene expression is controlled. Aberrant epigenetic modifications are associated with several diseases, in particular with cancer. In cancer cells, the whole DNA is hypomethylated, thus promoting genome instability, while the promoter region is hypermethylated, inducing silencing of these genes. Overall, these observations indicate that DNA methylation is a central epigenetic process in cancerogenesis. Since DNA methylation is reversible, it is possible to target the methylation process in order to reactivate tumor suppressor genes. The DNA methyltransferases (DNMTs), the enzymes responsible for DNA methylation, use the SAM co-factor at specific CpG sites to product 5-methylcytosine. Three main isoforms (DNMT1, DNMT3A and DNMT3B) are described to ensure efficient methylation process during replication. Two families of DNMT inhibitors already exist, the nucleosidiques analogues are cytidine derivatives and are toxic molecules because of their incorporation into DNA, and the non-nucleosidic analogues are less toxic but also less potent. Our strategy of drug design is based on docking study and high throughput screening (HTS) information. First, novel potent derivatives of reference inhibitors are designed from molecular modelling. Then, three different families of compounds from HTS are described with appropriate structure-activity relationship studies. Mechanistic information on DNA methylation process are described through the discovery of a reactive inhibitor of DNMT3A. The study on a family of hydrazone derivatives of gallic acid is depicted and shows its selectivity for DNMT3A, compared to DNMT1, based on docking study. An alternative chemical pathway to diaminopyrimidines is described and extended to the synthesis of quinazolone in order to synthesize new quinazoline derivatives as potent inhibitors of DNMT. Promising informations are described in this thesis to enrich epigenetic knowledge of tumor genesis and to provide new molecules for anticancer therapy.