Evaluation d’une nouvelle classe d’antibiotiques : les inhibiteurs de LpxC

LpxC inhibitors evaluation : a new promising antimicrobial class

• Auteur / Autrice : Marie Titecat
• Direction : Nadine Lemaître
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Immunologie
• Date : Soutenance le 16/09/2016
• Etablissement(s) : Lille 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Center for Infection and Immunity of Lille - Centre d’Infection et d’Immunité de Lille - INSERM U 1019 - UMR 9017 - UMR 8204

Mots clés

Mots clés contrôlés

Peste

bêta-Lactamases

Dissertations universitaires

Lipide A

Peste

Carbapénèmases

Lipide A

Mots clés libres

Lipide A

Inhibiteurs de LpxC

Carbapénémase

Peste

Lipide A

LpxC inhibitors

Carbapenemase

Plague

Résumé

L’émergence et la diffusion de la résistance aux antibiotiques au sein des bactéries à Gram négatif (BGN) sont aujourd’hui des enjeux de Santé Publique nationaux et internationaux. La multi-résistance aux antibiotiques concerne non seulement des espèces fréquemment responsables d’infections nosocomiales mais aussi des espèces hautement virulentes comme Yersinia pestis, agent de la peste et du bioterrorisme. Dans ce contexte, la mise au point de nouvelles molécules actives sur d’autres cibles bactériennes est primordiale. La métallo-enzyme LpxC catalyse la première étape irréversible de la biosynthèse du lipide A, constituant majeur de la membrane externe des bactéries à Gram négatif. Des inhibiteurs de LpxC sont ainsi développés depuis une vingtaine d’années mais leur spectre sur les BGN était initialement limité aux entérobactéries et leur activité partielle sur P. aeruginosa. Dans ce travail nous avons participé à l’optimisation de la structure chimique de ces molécules grâce à une approche dynamique des interactions enzymes/inhibiteurs utilisant la résonance magnétique nucléaire (RMN). Cette technique a permis l’élaboration d’un nouvel inhibiteur de LpxC, le LPC-058, caractérisé par une forte affinité pour l’enzyme (Ki = 3,5 ± 0,2 pM). Nous avons évalué in vitro l’activité antibiotique du LPC-058 et de trois autres composés (CHIR-090, LPC-011 et LPC-087) vis-à-vis de 369 souches cliniques responsables d’infections nosocomiales aux profils de résistance variés. Le LPC-058 présentait le plus large spectre d’activité en particulier sur A. baumannii et les valeurs de CMI les plus basses (CMI90 = 0,12 mg/L pour les entérobactéries et 0,5 mg/L pour P. aeruginosa). Il était bactéricide vis-à-vis de souches multi-résistantes et son action était synergique avec les C3G, l’imipénème, l’amikacine et la ciprofloxacine vis-à-vis de souches de K. pneumoniae, P. aeruginosa et A. baumannii productrice de carbapénémases, respectivement KPC-2, VIM-1 et OXA-23. Le LPC-058 présentait néanmoins une forte fixation protéique et, in vivo, son volume de distribution était limité au compartiment sanguin (Vd = 1,1 L/kg). Nous avons évalué son activité in vivo dans un modèle murin de peste bubonique car il s’agit de l’une des infections les plus virulentes pour l’homme. Nous avons obtenu une survie de 87 % après 5 jours de traitement à la posologie de 10 mg/kg q8h par voie veineuse. Le LPC-058 occasionnant des diarrhées chez le rongeur, nous avons évalué un de ses dérivés, le LPC-B, caractérisé par une moindre fixation protéique, un plus grand volume de distribution et l’absence d’effets secondaires chez la souris, même à fortes doses. Nous avons démontré qu’à la posologie de 200 mg/kg par voie veineuse, cet antibiotique était aussi efficace que la doxycycline (traitement de référence de la peste). L’ensemble de ces travaux souligne le rôle potentiel des inhibiteurs de LpxC dans la prise en charge des infections par des bactéries multi-résistantes ou hautement virulentes.

Antimicrobial resistance among Gram-negative bacteria (GNB) has become a national and international public health concern. Resistant strains are involved in nosocomial diseases and in highly virulent infections, such as plague caused by Yersinia pestis, a potential biological terrorism agent. In this context the development of new antimicrobial compounds efficient on new bacterial targets is critical. LpxC metallo-enzyme catalyzes the first commitment step of the lipid A biosynthesis, a major component of the Gram negative cell wall. LpxC inhibitors have been developed for twenty years but their activity was restricted to enterobacteria and weak against Pseudomonas aeruginosa. In this study, we have collaborated in the chemical optimization of the compounds thanks to a dynamic approach of enzyme/inhibitor interactions brought by nuclear magnetic resonance (NMR). This technology enabled the development of LPC-058, a new inhibitor, showing a high potency against LpxC (Ki = 3.5 ± 0.2 pM). We studied the in vitro efficacy of LPC-058 and three other compounds (CHIR-090, LPC-011 and LPC-087) against 369 clinical strains responsible for nosocomial infections with various antibiotic resistance profiles. In this part, LPC-058 displayed the broadest spectrum of efficacy, even on Acinetobacter baumannii with the lowest MIC values (MIC90 = 0.12 mg/L against enterobacteria and 0.5 mg/L against P. aeruginosa). It showed bactericidal activity against multi-resistant strains and synergistic activity in association with third generation cephalosporins, imipenem, amikacin and ciprofloxacin against carbapenemase producing Klebsiella pneumoniae, P. aeruginosa et A. baumannii strains (respectively KPC-2, VIM-1 and OXA-23). However, LPC-058 was constrained by strong protein interactions and a small volume of distribution (Vd = 1.1 L/kg). In vivo efficacy was studied in a murine model of bubonic plague. A 87% survival rate was obtained after five days of 10 mg/kg q8h intravenous administration. As LPC-058 treatment was associated to diarrheas in mice, we evaluated another derivate, LPC-B, characterized by a larger volume of distribution, minor protein fixation and less side effects, even for a high dose posology. We demonstrated a comparable efficacy between 200 mg/kg LPC-B treatment and doxycyclin administration (recommended in plague treatment). This work highlights the potential use of LpxC inhibitors in the management of infections caused by multi-resistant or highly virulent Gram-negative bacteria.