Synthèse et développement de nouvelles molécules hétérocycliques tricycliques : étude de leurs propriétés immunomodulatrices

Synthesis and development of novel tricyclic heterocyclic molecules : study of their immunomodulatory properties

• Auteur / Autrice : Nour Bou Karroum
• Direction : Pierre-Antoine Bonnet, Issam Kassab
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 25/06/2018
• Etablissement(s) : Montpellier en cotutelle avec École doctorale des Sciences et de Technologie (Beyrouth)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Biomolécules Max Mousseron (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Majida Jalbout
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre-Antoine Bonnet, Issam Kassab, Thierry Terme, Mohamad Mroueh, Jean-Francois Guichou, Georges Moarbess, Carine Deleuze
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Thierry Terme, Mohamad Mroueh

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chimie des composés hétérocycliques

Imidazopyridines

Neuroimmunologie

Récepteurs de type Toll

Mots clés libres

Imidazo[1;5-A]quinoxaline

Pyrazolo[1;5-A]quinoxaline

Immunomodulation

Toll-Like receptor 7 et 8 (TLR7/8)

Ligands TLR7 et TLR8

Imidazo[1;2-A]pyrazine

Imidazo[1;;5-A]quinoxaline

Pyrazolo[1;5-A]quinoxaline

Immunomodulation

Toll-Like receptor 7 and 8 (TLR7/8)

Ligands TLR7 and TLR8

Imidazo[1;2-A]pyrazine

Résumé

Les récepteurs Toll-like 7 et 8 jouent un rôle important dans l’activation de la réponse immunitaire innée et adaptative. Leur stimulation conduit à la production des cytokines pro-inflammatoires et d’interférons de type I. L’imiquimod et son dérivé le résiquimod sont les premières molécules de faible poids moléculaire décrites comme agonistes du TLR7 et TLR8. Ces deux molécules ont montré des activités anticancéreuses et adjuvantes très importantes. Récemment, les TLR 7 et 8 ont fait l’objet de plusieurs publications visant à développer de nouveaux agonistes TLR7 et/ou TLR8 dans la perspective d’être utilisés comme adjuvants vaccinaux. Malgré les rôles essentiels de TLR7 et TLR8 dans la stimulation du système immunitaire, une activation immunitaire chronique peut être responsable de plusieurs maladies infectieuses et auto-immunes. D’où l’importance de développer également des antagonistes TLR7 et/ou TLR8.Ce travail de thèse est consacré à la synthèse et le développement de nouvelles molécules hétérocycliques, analogues de l’imiquimod et de résiquimod, dans le but d’identifier de nouveaux ligands TLR7 et/ou TLR8. Des voies de synthèse innovantes, permettant une modulation chimique importante grâce à des couplages croisés pallado-catalysés, ont été mises au point et ont permis d’obtenir une cinquantaine de molécules appartenant à trois séries chimiques différentes de type imidazo[1,2-a]pyrazine, imidazo[1,5-a]quinoxaline et pyrazolo[1,5-a]quinoxaline. De nombreux essais d’alkylation ont été tentés sur ces trois séries chimiques afin d’introduire une large variété de substituants sur le cycle à cinq sommets. L’application du couplage croisé de Sonogashira nous a permis d’établir une liaison C-C et introduire diverses chaines alkyles. Ces composés ont été testés pour leur activité agoniste et antagoniste TLR7 et 8. Aucun des composés cibles n'a présenté d’activité agoniste TLR7 et TLR8, dans l'intervalle des concentrations testées. Par contre, tous les composés ont montré une activité antagoniste sélective du TLR7. Les composés les plus actifs, 5.35a et 5.35b, membres de la série pyrazolo[1,5-a]quinoxaline ont montré des IC50 de l’ordre de 10 μM. Ces résultats prometteurs nous ont permis la découverte d’une activité antagoniste TLR7 importante pour la série pyrazolo[1,5-a]quinoxaline, une série très peu développée dans la littérature. La modulation chimique des molécules actives nous permet de donner naissance à de nouveaux leaders, qui peuvent jouer un rôle important dans la thérapie de plusieurs maladies infectieuses et auto-immunes.

Toll-like receptors 7 and 8 play an important role in immune system activation. Their stimulation leads to the production of pro-inflammatory cytokines and type I interferons. Both receptors recognize viral ssRNA, as well as synthetic tricyclic imidazoquinoline derivatives such as imiquimod (TLR7 agonist) and resiquimod (TLR7/8 agonist). These two molecules showed significative anti-cancer and adjuvant activities. Many reports in the literature have been focused on the development of new TLR7/8 agonists belonging to different chemical series. These agonists strongly induce the production of T helper 1-polarizing cytokines and may therefore serve as promising candidate vaccine adjuvants. Despite the essential roles of TLR7 and TLR8 in the immune system stimulation, chronic immune activation may be responsible for several infectious and autoimmune diseases. Consequently, the development of TLR7 inhibitors may play an important role in the therapy of these diseases.In this study, we are interested in the synthesis and development of new heterocyclic molecules, analogs of imiquimod and resiquimod, in order to identify new TLR7 and/or TLR8 ligands. Different synthetic pathways have been developed, using cross coupling reactions, in order to obtain a wide variety of molecules belonging to three chemical series: imidazo[1,2-a]pyrazine, imidazo[1,5-a]quinoxaline et pyrazolo[1,5-a]quinoxaline. Various alkylation reactions were attempted on these three chemical series in order to introduce a wide variety of substituents on the five-membered ring. The application of Sonogashira's cross-coupling allowed us to establish a C-C bond and introduce various alkyl chains. All compounds have been tested for their TLR7/8 agonistic and antagonistic activity using HEK-Blue™-hTLR7/8 cells. The synthesized compounds are completely inactive as TLR7/8 agonists and are selective TLR7 antagonists. Two compounds of the pyrazolo[1,5-a]quinoxaline series, compound 5.35a and 5.35b, bearing butyl and isobutyl chain respectively, are potent and selective TLR7 antagonists with low micromolar IC50. Results allowed us to discover significative activity for the pyrazolo[1,5-a]quinoxaline series as selective TLR7 antagonists, which may therefore play an important role in the therapy of several infectious or autoimmune diseases.