Modulateurs synthétiques de la kallikréine 6, protéase à sérine impliquée dans les maladies neurodégénératives : identification, mécanisme d’action et validation de concept

Synthetic modulators of kallikrein 6, a serine protease implicated in neurodegenerative diseases : identification, mechanism of action and validation of concept

• Auteur / Autrice : Feryel Soualmia
• Direction : Chahrazade El Amri
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie
• Date : Soutenance le 15/11/2016
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Adaptation biologique et vieillissement (Paris ; 2014-2024)
• Jury : Président / Présidente : Ali Ladram
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dalila Darmoul, Viktor Magdolen, Nicolas Masurier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yves Courty, Michel Desmadril

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sérine-protéases

Kallicréines

Maladies neurodégénératives

Mots clés libres

Protéase à sérine

Kallikréine 6

Neurosine

Α-synucléine

Prion

Maladies neurodégénératives

Inhibiteur

Activateur non essentiel

Modulateur bimodal

Allostérie

Serine protease

Kallikrein 6

Neurosin

Α-synuclein

Prion

Neurodegenerative diseases

Inhibitor

Non- essential activator

Bimodal modulator

Allostery

Résumé

La kallikréine humaine 6 (hK6) ou neurosine est la protéase à sérine la plus abondante du système nerveux central (SNC). Sa dualité de fonction dans les processus neurodégénératifs font d’elle une cible privilégiée pour la conception de modulateurs pharmacologiques de son activité. Cependant, il existe aujourd’hui très peu de composés répondant à cette attente. Aussi, le principal objectif de ces travaux de thèse a consisté à identifier des inhibiteurs et activateurs organiques de faible poids moléculaire (<500 Da) de la hK6, compatibles avec un développement clinique. L’étude de la hK6 sous ses différents aspects a permis d’établir son profil catalytique et dynamique et de mettre en évidence son rôle anti-agrégatif de l’α-synucléine endogène. L’exploration de diverses chimiothèques regroupant près de 1 200 molécules a permis d’identifier des molécules touches (hits) qui ont fait l’objet d’études mécanistiques approfondies. Des évaluations par modélisation moléculaire ont également été réalisées afin d’établir les bases structurales de la modulation et un profil de sélectivité de ces molécules vis-à-vis d’autres protéases à sérine concurrentes a pu être établi. Pour la première fois, un modulateur bimodal ainsi qu’un activateur, tous deux hautement sélectifs de la hK6, ont été identifiés et un modèle de régulation allostérique a pu être proposé. Plusieurs inhibiteurs originaux possédant un bon profil de sélectivité vis-à-vis de la hK6 ont également été sélectionnés. Ces molécules ne présentent pas d’effet cytotoxique sur des cultures primaires de neurones. Les composés identifiés au cours de cette thèse constituent ainsi une excellente base pour le développement d’agents pharmacologiques à visée neuroprotectrice et anti-inflammatoire et ouvre la voie à l’exploration de nouveaux sites allostériques au sein de cette enzyme et des protéases à sérine tryptiques.

The human kallikrein 6 (hK6) or neurosin is the most abundant serine protease of the central nervous system (CNS). Its dual implication in neurodegenerative processes makes it an emerging target for the design of pharmacological modulators of its activity. Yet today there are only very few compounds that meet this expectation. Thus, the main aim of these thesis was to identify organic low molecular weight (<500 Da) inhibitors and activators of hK6 compatible with clinical development. The study ofhK6 through various aspects has established its catalytic and dynamic profile and highlights its anti-aggregative role of endogenous α-synuclein. Exploring the diverse libraries comprising nearly 1 200molecules led to the identification of key compounds (hits) that have been subjected to extensive mechanistic studies. Assessments by molecular modeling were also carried out to establish the structural basis for activity modulation and selectivity profiling toward competing serine proteases has also been established. For the first time, a bimodal modulator as well as an activator, both highly selective to hK6, were identified and an allosteric regulatory model was proposed. Several original inhibitors having a good selectivity profile toward hK6 were also selected. Furthermore, these molecules do not exhibit any cytotoxic effect on primary neuronal cultures. The compounds identified in this thesis provide an excellent basis for the development of pharmacological agents with neuroprotective and anti-inflammatory properties and pave the way for the exploration of new allosteric sites in hK6 and tryptic serine proteases in general.