Conception, synthèse et évaluation pharmacologique d’inhibiteurs potentiels de DOT1L impliqués dans la régulation épigénétique du cancer

Design, synthesis and pharmacological evaluation of potent DOT1L inhibitors involved in epigenetic regulation for cancer treatment

• Auteur / Autrice : Omar Castillo Aguilera
• Direction : Patrick Depreux, Paola Barbara Arimondo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du médicament
• Date : Soutenance le 28/09/2017
• Etablissement(s) : Lille 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de Recherche sur les formes Injectables et les Technologies Associées (Lille) - Groupe de Recherche sur les formes Injectables et les Technologies Associées (GRITA)-EA 7365

Mots clés

Mots clés contrôlés

Benzimidazoles

Méthylation de l'ADN

Histone

Méthylation

Expression des gènes

Dissertations universitaires

Épigénomique

Histones

Méthylation

Expression génique

Épigénétique

Mots clés libres

Épigénétique

DOT1L inhibiteurs

Méthylation d'histones

Méthylation de l'ADN

3-hydroxythiophène

3-hydroxypyrrole

Benzimidazole

Aminopyrimidine

Epigenetics

DOT1L inihibitors

Histone methylation

DNA methylation

3-hydroxythiophene

3- hydroxypyrrole

Benzimidazole

Aminopyrimidine

Résumé

Le cancer, principale cause de mortalité dans le monde, est un problème majeur de santé publique. Malgré les nombreux traitements disponibles, il est nécessaire de développer de nouvelles thérapies plus efficaces et moins envahissantes. Aujourd’hui la connaissance du génome humain a dirigé la recherche vers de nouvelles approches: il est possible de moduler la réponse biologique en contrôlant l'accès aux informations génétiques via la régulation épigénétique.L’épigénétique est l’ensemble des modifications de l’expression des gènes n’entraînant pas de modifications dans la séquence d’ADN, qui mènent à un phénotype héritable et stable. Chez les eucaryotes, la régulation épigénétique implique des modifications covalentes de l'ADN (méthylation) et des histones (acétylation, méthylation…). Ces phénomènes modifient la structure de la chromatine, aboutissant à une configuration "ouverte" ou "fermée" permettant la transcription ou la répression de gènes. Dans une situation cancéreuse, le profil épigénétique est modifié ; la méthylation anormale de l’ADN ou des histones mène à la répression de certains gènes comme des gènes suppresseurs de tumeur, ou à l’expression des oncogènes. Contrairement aux changements génétiques irréversibles, les aberrations épigénétiques sont des modifications chimiques réversibles. Ainsi, des molécules capables de rétablir l'équilibre épigénétique représentent des outils thérapeutiques potentiels contre le cancer.La méthylation et l’acétylation sont les modifications épigénétiques les plus étudiées. La méthylation de l’ADN est catalysée par les ADN méthyltransférases (DNMTs), et la méthylation des histones par les histones méthyltransférases (HMTs).Le sujet de ce projet doctoral est porté sur les HMTs et en particulier sur DOT1L (DOT1 like, disruptor of telomericsilencing), responsable des méthylations du résidu Lys79 de l’histone 3 (H3K79), conduisant à la transcription des oncogènes. En effet, des études ont montré que DOT1L est liée à la leucémie et se révèle être une cible intéressante à inhiber. DOT1L comme les DNMT ont un même cofacteur : le SAM (S-adénosyl-L-méthionine). Certains de leurs inhibiteurs présentent un mécanisme d'inhibition commun : ils entrent en compétition avec SAM.Nous présentons la conception basée sur des études de modélisation moléculaire, et la synthèse multi-étapes des séries des molécules formées par 3 motifs principaux : a) un motif aminopyrimidine, b) un motif de type benzimidazole ou phénylurée, liés par c) un groupement phényle ou hétérocyclique. L’activité des composés synthétisés sur DOT1L a été évaluée et des relations structure-activité (RSA) ont été établies. L’activité sur DNMT et d’autres HMTs a été déterminée également afin d’étudier la spécificité de nos composés.Différents structures ont été identifiées comme point de départ pour aboutir à des inhibiteurs sélectives de DOT1L ou à des inhibiteurs mixtes DOT1L/DNMT. Ces molécules sont considérées comme des outils thérapeutiques intéressants dans le traitement du cancer.

Cancer is a serious issue of public health as it is one of the main causes of mortality worldwide. Despite the multiple available treatments, it is necessary to develop more efficient and less invasive therapies against cancer. The knowledge of the human genome and epigenome has directed research to new cancer treatment approaches: it is possible to modulate the biological outcome by controlling the access to the genetic information by means of the epigenetic regulation.Epigenetics are the changes happening on the genome without modifying its DNA sequence, leading to a heritable andstable phenotype. In the eukaryotic chromatin, epigenetic regulation implies covalent modifications of DNA and histones. These chemical modifications remodel the chromatin structure leading to an “opened” or “closed” configuration, which is related to the expression or repression of genes. The epigenetic landscape is altered in cancers; for example, abnormal methylation leads to the silencing of certain genes (such as tumor suppressor genes), or to the over-expression of oncogenes. Unlike genetic alterations that are irreversible, epigenetic aberrations are reversible. Thus, molecules that can reestablish the epigenetic balance represent potent therapeutic tools for cancer treatment.Methylation and acetylation are the most studied epigenetic modifications. DNA methylation is carried out by the DNAmethyltransferases (DNMTs) and histone methylation by the histone methyltransferases (HMTs).This PhD project was focused on the histone methyltransferase DOT1L (DOT1 like, disruptor of telomeric silencing), responsible of methylation of residue Lys79 of histone 3 (H3K79), which leads to the transcription of some oncogenes. Recent studies have shown that DOT1L is implicated in MLL-rearranged leukemia (MLL-r, Myeloid-Lymphoid Leukemia) thus it is a potent target in cancer. As DOT1L and DNMTs share the same cofactor, S-adenosyl-L-methionine (SAM), DNMT and DOT1L inhibitors can present a common inhibition mechanism by competing with SAM.We present herein the in silico – based design, and the multi-step synthesis of some series of molecules containing 3 main moieties: a) an aminopyrimidine motif and b) a benzimidazole or phenylurea motif, linked by c) a phenyl or heterocycle motif. DOT1L activity was determined for the different compounds synthesized and structure-activity relationships (SAR) were established. The activity on DNMT and other HMTs was determined as well, in other to study the DOT1L specificity of our compounds.Different scaffolds were identified to obtain DOT1L-selective or DOT1L/DNMT dual inhibitors. These molecules are interesting therapeutic tools for cancer treatment.