Dinucléosides analogues de la S-adénosyl-L-méthionine inhibiteurs d’ARN méthyltransférases de virus émergents. : les aléas d’une stratégie bi-substrat.

Dinucleosides S-adenosyl-L-methionine analogs as inhibitors of RNA methyltransferases from emerging viruses. : The hazards of a bisubstrate strategy

• Auteur / Autrice : Rostom Ahmed-Belkacem
• Direction : Françoise Debart, Jean-Jacques Vasseur
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ingénierie biomoléculaire
• Date : Soutenance le 13/11/2020
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Biomolécules Max Mousseron (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Etienne Decroly
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Françoise Debart, Jean-Jacques Vasseur, Etienne Decroly, Mélanie Ethève-Quelquejeu, Jacques Lebreton, Maria Duca, Marcel Hollenstein
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mélanie Ethève-Quelquejeu, Jacques Lebreton

Mots clés

Mots clés contrôlés

ARN

Chimie organique

Oligonucléotides

Mots clés libres

Chimie des oligonucléotides

Chimie organique

Synthèse d'ARN

Chimie médicinale

Oligonucleotide chemistry

Nucleoside chemistry

RNA synthesis

Medicinal chemistry

Résumé

Au cours des deux dernières décennies, les virus émergents à ARN (Ex : Dengue, Zika, Ebola, Coronavirus) ont causé d’importants dommages économiques et sanitaires. Leur virulence est principalement due à leur fort taux de mutation et leur facilité à protéger leur ARN face au système immunitaire humain. Leur complexe de réplication / transcription virale contient des enzymes essentielles à la réplication du virus, qui sont impliquées dans la synthèse de l'ARN (polymérase) et les modifications épitranscriptomiques de l'ARN (enzymes de coiffage, ARN méthyltransférases). Une meilleure connaissance de ces enzymes virales clés facilitera la conception de médicaments antiviraux.Ce manuscrit de thèse présente la synthèse et l’évaluation de dinucléosides analogues de la S-adénosyl-L-méthionine (SAM), conçus pour mimer l’état de transition de la 2’O-méthylation de la coiffe de l’ARNm viral par le SAM (donneur de méthyle), catalysée par des 2’O-Méthyltransférases (MTases) et répondre au manque de spécificité rencontré chez certains inhibiteurs (Sinefungin, SAH, etc…). Ces dinucléosides sont composés d’une adénosine (mimant l’ARNm) liée par sa position 2’ de façon covalente à la position 5’ d’une autre adénosine (mimant le SAM). Au cours de cette étude, nous avons fait varier la nature chimique et la longueur du lien internucléosidique en y insérant un atome de soufre ou d’azote. La détermination des IC50 vis-à-vis de 2’O-MTases et de N7-MTases, des études biophysiques et des études de modélisation moléculaire sont décrites. Aucun des composés n’a présenté d’activité sur les 2’O MTases. En revanche, certains dinucléosides ont montré une affinité et une activité inhibitrice sur la N7 MTase du SARS-Coronavirus.Plusieurs de ces dinucléosides ont en outre été insérés à l’extrémité 5’ de courts oligoribonucléotides (ORN), sous forme 5’OH, 5’Gppp (coiffe) et 5’7mGppp (coiffe méthylée) avec pour objectif de cristalliser le complexe ORN/2’O-MTase et de le caractériser par rayons X.

Over the past two decades, emerging RNA viruses (eg., SARS-CoV and CoV-2, MERS-CoV, Dengue, Zika, Ebola viruses) have caused substantial health and economic burden. Their virulence is mainly due to their high mutation rate and escape of antiviral response by hiding their RNA from detection by human antiviral sensors. Their replication/transcription complex includes various enzymes essential for virus replication, which are involved in RNA synthesis (polymerase) and epitranscriptomic modifications of RNA (capping enzymes, RNA methyltransferases). A better knowledge of these key viral enzymes will contribute to the design of antiviral drugs.This manuscript reports on the synthesis and evaluation of dinucleoside analogs of S-adenosyl-L-methionine (SAM), designed to mimic the transition state of 2'O-methylation of the viral mRNA cap by SAM (methyl donor), catalyzed by 2'O-Methyltransferases (MTases) and to overcome the lack of specificity of several pan inhibitors inhibitors (Sinefungin, SAH, etc.). These dinucleosides consist of an adenosine (SAM analog) linked by the 5’ end to the 2’O position of an adenosine unit (mRNA mimic) via various sized linkers containing diverse heteroatoms (S, N). Data on inhibition activity IC50 of diverse 2’O- and N7-MTases, biophysical assays and molecular modelling studies are presented. None of the compounds showed activity on 2'-O MTases. On the other hand, certain dinucleosides showed an affinity and an inhibitory activity against the N7-MTase of the SARS-Coronavirus.Also, several of the synthesized dinucleosides (with S, N or triazole-containing internucleoside linkers) have been inserted at the 5’ end of short oligoribonucleotides (ORN) as 5’OH, 5’Gppp (cap) and 5’7mGppp (methylated cap). The goal is to crystallize the binary complex ORN/2’O-MTase and to characterize it by X-rays.