Modulation de la biosynthèse de pigments : conception, synthèses et mécanismes d’ actions de modulateurs de la tyrosinase

Modulation of pigment bio-synthesis : design, synthesis and mechanisms of action of tyrosinase modulators.

• Auteur / Autrice : Clarisse Faure
• Direction : Amaury Du Moulinet d'Hardemare, Hélène Jamet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique
• Date : Soutenance le 14/12/2021
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département de chimie moléculaire (Grenoble, Isère, France ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Walid Rachidi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Amaury Du Moulinet d'Hardemare, Hélène Jamet, Richard Daniellou
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Manuel Dauchez, Elena Gimenez-Arnau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tests de toxicité in vivo

Inhibiteurs

Synthèse organique

Tyrosinase

Dynamique moléculaire

Mots clés libres

Dynamique moléculaire

Tests biochimiques

Synthèse organique

Modulateurs

Tyrosinase

Energie libre

Molecular dynamic

Biochemical tests

Tyrosinase

Modulators

Organic synthesis

Résumé

La pigmentation de la peau, modulée par différents acteurs de la mélanogénèse, est due principalement à la production de la mélanine par une enzyme, la tyrosinase. La régulation de cette enzyme par des modulateurs (inhibiteurs ou activateurs) permettrait de lutter contre les hypo-, hyperpigmentations à l’origine de handicaps psychologiques et sociaux. Cette thèse décrit la conception, la synthèse et les essais biologiques de modulateurs de la tyrosinase humaine (TyH). Le choix de TyH constitue un point fort de cette étude car la plupart des travaux antérieurs concernent la tyrosinase bactérienne (TyB) ou de champignon (TyM) d’activités très différentes et donc non transposables à l’homme. La conception des molécules décrites ici s’appuie sur la connaissance des réactions impliquées dans la mélanogénèse, sur des études de docking et de dynamique moléculaire, conduisant au choix des modulateurs potentiels, à leurs synthèses organiques puis à leurs essais biologiques. Ceux-ci sont réalisés d’abord sur lysat cellulaire et sur TyH puis, pour les meilleures molécules ainsi sélectionnées, sur cellules entières de mélanomes (détermination de la toxicité, IC50). Finalement, une cinquantaine de composés sont décrits : des dihydroxyphénylalanines, des bis-polyhydroxy-phénylalanines, des polyhydroxy-benzophénones etc. En relation avec les tests, des calculs d’énergie libre de l’interaction enzyme/ligand sont conduits pour mieux comprendre et quantifier le mode d’interaction. La mise en parallèle de ces approches a permis d’obtenir d’une part des molécules très prometteuses comportant un motif aminophénol et d’autre part une meilleure connaissance de l’enzyme, illustrant ainsi la richesse et la synergie obtenues en combinant à la fois des études théoriques de modélisation moléculaire et l’expérimentation chimique et biologique pour le drug design.

The pigmentation of the skin, modulated by different actors of melanogenesis, is mainly due to the production of melanin by an enzyme, tyrosinase. The regulation of this enzyme by modulators (inhibitors or activators) would make it possible to fight against hypo-, hyperpigmentations at the origin of psychological and social handicaps. This thesis describes the design, synthesis and bioassays of human tyrosinase (TyH) modulators. The choice of TyH constitutes a strong point of this study because most of the previous work concerns bacterial (TyB) or fungal (TyM) tyrosinase with very different activities and therefore not transposable to humans. The design of the molecules described here is based on knowledge of the reactions involved in melanogenesis, on docking and molecular dynamics studies, leading to the choice of potential modulators, their organic syntheses and then their biological tests. These are carried out first on cell lysate and on TyH and then, for the best molecules thus selected, on whole melanoma cells (determination of toxicity, IC50). Finally, about fifty compounds are described: dihydroxyphenylalanines, bis-polyhydroxy-phenylalanines, polyhydroxy-benzophenones, etc. In connection with the tests, free energy calculations of the enzyme / ligand interaction are conducted to better understand and quantify the mode of interaction. The paralleling of these approaches made it possible to obtain, on the one hand, very promising molecules comprising an aminophenol motif and, on the other hand, a better knowledge of the enzyme, thus illustrating the richness and synergy obtained by combining both theoretical studies of molecular modeling and chemical and biological experimentation for drug design.