Conception, synthèse et évaluation de modulateurs de l’interaction YAP(TAZ)-TEAD ciblant la poche interne

Design, synthesis and evaluation of modulators of the YAP(TAZ)-TEAD interaction targeting the internal pocket

• Auteur / Autrice : Florine Toulotte
• Direction : Philippe Cotelle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et chimie physique - PHARM
• Date : Soutenance le 16/12/2021
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Lille Neuroscience et Cognition (Lille)
• Jury : Président / Présidente : Fanny Roussi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne-Sophie Voisin-Chiret, Jean-Francois Guichou, Nicolas Renault
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Marie-Claude Viaud-Massuard, Anne-Sophie Voisin-Chiret

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles moléculaires

Facteurs de transcription

Molécules -- Modèles

Facteurs de transcription

Voie de signalisation RASSF/Hippo

Mots clés libres

Voie Hippo

Inhibiteurs

Poche interne

Yap/taz-Tead

Modélisation moléculaire

Hippo Pathway

Inhibitors

Internal pocket

Yap/taz-Tead

Molecular modelling

Résumé

La voie de signalisation Hippo a un rôle fondamental dans le contrôle de la croissance des organes, la prolifération des cellules, le caractère cellule-souche. Elle contrôle la localisation cellulaire des co-facteurs de transcription YAP et TAZ. Nucléaires, YAP et TAZ interagissent avec les facteurs de transcription TEAD (Transcriptional Enhancer Associated Domain) pour stimuler leur activité transcriptionnelle. TEAD1-4, codées par 4 gènes différents, sont exprimés différemment selon le tissu et le niveau de développement. La régulation de cette voie trouve son importance aussi bien dans les cancers qu’en médecine régénérative ou dans les maladies neurodégénératives. Cibler le complexe YAP/TAZ-TEAD revient à cibler, sur la partie C-terminal, l’une des 3 interfaces de TEAD hautement conservées ou sa poche interne qui accueille un acide gras saturé.Le screening d’une petite chimiothèque par TSA (Thermal Shift Assay) puis par trempage de cristaux de hTEAD2 effectué au CBS de Montpellier a permis d’identifier un ligand de la poche interne de TEAD. Mon travail a été, dans un premier temps, de concevoir à partir de ce hit des modulateurs de TEAD capables de s’insérer dans la poche interne avec une bonne affinité en vue de développer des ligands sélectifs d’un ou plusieurs TEAD. L’analyse des données cristallographiques disponibles a permis d’identifier les différences structurales au niveau des poches des quatre membres de la famille TEAD et d’autres zones externes pouvant induire une sélectivité. Grâce aux outils de modélisation moléculaire, nous avons construit quatre modèles du domaine C-terminal des quatre TEAD en vue de docker les molécules susceptibles de présenter une sélectivité potentielle. Dans un deuxième temps, à partir de la superposition de structures cristallographiques de la littérature avec celle de notre hit, j’ai conçu une chimiothèque d’hétérocycles diversement substitués. Une première famille a permis de valider notre hit par modification et migration de son motif hydrophobe. Une deuxième famille découlant de la superposition des structures cristallographiques de TEAD avec notre hit et avec l’acide palmitique a donné lieu à la synthèse d’une trentaine de composés diversement alkylés en position 1 et 3 de l’hétérocycle. La dernière famille, composée d’une trentaine de molécules arylées en positon 1 de l’hétérocycle, provient de la superposition de notre hit avec l’acide flufénamique, premier ligand ayant cristallisé à l’intérieur de la poche interne. Neuf nouvelles structures cristallographiques résultant du trempage de nos molécules avec hTEAD2 ont été résolues. L’effet sur l’activité transcriptionnelle de TEAD en cellules HEK293T a été évalué pour tous les composés et des relations structure-activité ont été établies. Pour les composés les plus actifs, l’effet sur les gènes cibles de l’interaction YAP/TAZ-TEAD et sur la prolifération cellulaire a été mesurée sur cellules de cancer du sein. Nous avons identifié de nouveaux ligands de TEAD qui inhibent avec une activité nanomolaire l’activité transcriptionnelle sur cellules HEK293T et avec une activité micromolaire la prolifération et l’expression des gènes cibles sur cellules cancéreuses. La sélectivité de ces composés envers un ou plusieurs TEAD sera testée par la suite sur des cellules HEK293T.

The Hippo signaling pathway has a fundamental role controlling organ growth, cell proliferation and cell-stem characters. It controls the cellular localization of the YAP and TAZ transcription cofactors. In the nucleus, YAP and TAZ interact with TEAD (Transcriptional Enhancer Associated Domain) transcription factors to stimulate their transcriptional activity. TEAD1-4, encoded by 4 different genes, are expressed differently depending on the tissue and the level of development. The regulation of this pathway is important as well in cancers as in regenerative medicine or in neurodegenerative diseases. Targeting the YAP / TAZ-TEAD complex amounts to targeting, on the C-terminal part, one of the 3 highly conserved TEAD interfaces or its internal pocket that is occupied by a saturated fatty acid.The screening by TSA (Thermal Shift Assay) of a small chemical library and then by soaking of hTEAD2 crystals carried out at CBS in Montpellier allowed us to identify a ligand of TEAD internal pocket. First of all my work was to design, from this hit, TEAD modulators capable of inserting into the internal pocket with good affinity in order to develop selective ligands for one or more TEADs. First, the analysis of the available crystallographic data allowed us to identify structural differences in the four members of the TEAD family pockets and other external areas that may induce selectivity. Using molecular modeling, we built four models of the C-terminal domain of the four TEADs to dock molecules that could present potential selectivity. Secondly, I designed a chemical library of variously substituted heterocycles from the superposition of published crystallographic structures and those of our hit. A first family made it possible to validate our hit by modification and migration of its hydrophobic motif. A second family resulting from the superimposition of the TEAD crystal structures with palmitic acid and with our hit gave rise to the synthesis of about thirty compounds variously alkylated in position 1 and 3 of the heterocycle. The last family, made up of about thirty molecules substituted by an aryl motif at position 1 of the heterocycle, comes from the superposition of our hit with flufenamic acid, the first ligand that crystallized inside the internal pocket. Nine new crystallographic structures resulting from the soaking of our molecules with hTEAD2 have been resolved. Measurement of TEAD transcriptional activity on HEK293T cells allowed us to establish structure-activity relationships. For the most active compounds, the effect on target genes of the YAP/TAZ-TEAD interaction and on cell proliferation was measured on breast cancer cells. We identified novel TEAD ligands that inhibit the transcriptional activity with a nanomolar activity on HEK293 T and the proliferation and expression of target genes with a micromolar activity on cancer cells. The selectivity of these compounds towards one or more TEADs will be tested subsequently on HEK293T cells.