Caractérisation de l'activité anti-zika et anti-coronavirus d'une nouvelle classe de petites molécules à large spectre antiviral, inhibitrices des cyclophilines

Characterization of a new broad spectrum molecules , inhibitors of cyclophilins, on Zika virus and coronavirus replication

• Auteur / Autrice : Laurent Softic
• Direction : Jean-Michel Pawlotsky
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Soutenance le 05/03/2021
• Etablissement(s) : Paris 12
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Créteil ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Mondor de Recherche Biomédicale (Créteil) - Institut Mondor de Recherche Biomédicale / IMRB
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Eq 18 - Virologie moléculaire et immunologie - Physiopathologie et thérapeutique des hépatites virales chroniques
• Jury : Président / Présidente : Jean Kaoru Millet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Michel Pawlotsky, Pierre-Emmanuel Ceccaldi, Sandrine Belouzard, Muriel Coulpier, Abdelhakim Ahmed-Belkacem
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre-Emmanuel Ceccaldi, Sandrine Belouzard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Virus Zika

Covid-19

Antiviraux

Mots clés libres

Zika

Coronavirus

Cyclophilines

Antiviral à large spectre

Zika

Broad spectrum

Cyclophilins

Coronavirus

Résumé

Au cours des dernières années, l’émergence de nombreux virus (H5N1, SARS, Chikungunya, MERS, Ebola, Zika, SARS-CoV-2) a souvent défrayée la chronique, mettant l’accent sur notre vulnérabilité face aux risques de pandémies, car il n’existe aucun médicament pour lutter efficacement contre ces infections virales.Pour répondre à cette problématique le laboratoire a développé des antiviraux à large spectre capable de bloquer l’infection de plusieurs virus non apparentés. La dépendance de nombreux virus aux cyclophilines, en ont fait une cible idéale pour le design d’un antiviral à large spectre. Nous avons conçu des petites molécules inhibitrices de cyclophilines (SMCypI pour « Small Molecules Cyclophilins Inhibitors ») par FBDD (« Fragment Based Drug Design »).Le composé C31 (F759) a montré une activité antivirale pan-génotypique contre le VHC. Il rompt l’interaction entre la protéine virale NS5A et la cyclophiline A et possède une haute barrière à la résistance. L’activité antivirale du composé dépend de l’inhibition de l’activité enzymatique des cyclophilines et les deux phénomènes sont finement corrélés. Le C31 inhibe la réplication de plusieurs virus de la famille des Flaviviridae : Dengue, Fièvre Jaune, Zika et le virus West Nile.Afin d’améliorer l’activité antivirale du F759 sur le virus Zika, un crible de 25 SMCypI sur l’infection par la souche MR766, a permis d’identifier le composé F833 comme le plus actif. Il inhibe de plus deux logs la quantité d’ARN viral intracellulaire à 25µM. Une étude de relation structure activité des SMCypI criblés, montre que deux groupements chimiques particuliers sont déterminants pour l’activité anti-Zika. Contrairement au VHC, l’activité anti-PPiase est nécessaire mais pas suffisante pour inhiber la réplication, comme le montre l’incapacité de la CsA et de l’Alv, de puissants inhibiteurs de la PPiase, à inhiber la réplication du virus Zika. L’activité antivirale du F833 a été caractérisé et il semblerait que le composé inhibe une étape post entrée du cycle viral.Un crible de 29 SMCypI a été réalisé sur l’infection par le coronavirus HCoV-229E. A l’instar du virus Zika, l’activité anti-PPiase est nécessaire mais pas suffisante pour inhiber la réplication du virus HCoV-229E. L’étude de la relation de structure activité des composés a permis d’identifier des groupements chimiques déterminants pour l’activité antivirale situés à l’interface des deux poches du site actif des cyclophilines.Le composé F836 a été identifié comme le meilleur composé et inhibe la production d’ARN viral intracellulaire de plus de deux logs. Le composé est actif sur plusieurs coronavirus incluant : HCoV-229E, SARS-CoV2, OC43 et MERS-CoV. Il est actif sur une étape post attachement du virus HCoV-229E, quelques soit le mode d’entrée du virusL’étude sur la résistance du virus au composé a permis d’identifier une mutation dans la partie 5’ non codante du génome, région de structures en tige boucle très conservée chez les coronavirus et zone d’interaction avec la protéine virale N.Enfin le F836 favorise l’interaction de la protéine N du HCoV-229E et du SARS-CoV-2 avec la cyclophiline A.Les SMCypI sont des candidats crédibles pour le développement d’antiviraux à large spectre et ils constituent un outil particulièrement intéressant dans la compréhension de l’implication des cyclophilines dans les cycles viraux.Dans le contexte de la pandémie liée au SARS-CoV-2 nous avons montré l’intérêt que peuvent avoir les inhibiteurs de cyclophilines puisque l’Alv a des effets comparables à l’hydroxychloroquine in vitro et bloque la réplication du virus à une étape plus tardive, post entrée, du cycle viral. Nous avons également montré, en collaboration avec une équipe de dermatologues, l’intérêt potentiel de l’ivermectine et de la moxydectine comme traitement prophylactique pour lutter contre l’infection par le SARS-CoV-2.

In recent years, the emergence of many viruses (H5N1, SARS, Chikungunya, MERS, Ebola, Zika, SARS-CoV-2) has often made headlines, emphasizing our vulnerability to pandemic risks, of which SARS-CoV-2 is a very good example, because there is no drug to effectively fight against these viral infections.To respond to this problem, our team developed broad spectrum antivirals able to block infection by many unrelated viruses. The dependence of many viruses on cyclophilins has made it an ideal target for the design of a broad-spectrum antiviral. In collaboration with a team from Montpellier, the laboratory then designed SMCypI (Small Molecules Cyclophilins Inhibitors) by FBDD (Fragment Based Drug Design). These molecules bind to both pockets of the active site of cyclophilins and inhibit their enzyme activity (Peptidyl-prolyl cis-trans isomerase or PPiase)Compound C31 (F759) has shown pan-genotypic antiviral activity against HCV. Compound C31 disrupt viral protein NS5A and cyclophilin A interaction and has a high barrier to resistance. The antiviral activity of SMCypI depends on the inhibition of the enzyme activity of cyclophilins and the two phenomena are finely correlated. C31 inhibits the replication of several viruses in the Flaviviridae family in a more or less important way : Dengue, Yellow Fever, Zika and West Nile virus.In order to improve the antiviral activity of F759 on the Zika virus, a screening of 25 SMCypI on MR766 strain infection, helped to identify the F833 compound as the most active. It inhibits the production of intracellular viral RNA with more than 2 logs at 25µM. A structure activity relationship study of screened SMCypI shows that two particular chemical groups are decisive for Zika replication inhibition. Unlike HCV, anti-PPiase activity is necessary but not sufficient to inhibit replication, as evidenced by the inability of CsA and Alv, powerful PPiase inhibitors, to inhibit Zika virus replication. The antiviral activity of F833 has been characterized and it appears that the compound inhibits a post entry stage of the viral cycle.A screening of 29 SMCypI was performed on HCoV-229E coronavirus infection. Unlike HCV and like the Zika virus, anti-PPiase activity is necessary but not sufficient to inhibit the replication of the HCoV-229E virus. The structure activity relationship study of the SMCypI screened helped to identify chemical groups that are critical to antiviral activity at the interface between the two pockets of cyclophilins active site.The F836 has been identified as the best compound and inhibits the production of intracellular viral RNA of more than two logs, similar to alisporivir. The compound is active in an early stage of many coronaviruses life cycle : HCoV-229E, SARS-CoV-2, OC43 and MERS-CoV. It is active on HCoV-229E on a post attachment stage, regardless of the two entry mode of coronaviruses.The virus resistance to F836 study, has enabled to identify a mutation in the 5’ untranslated region (UTR) of the genome, a region of highly conserved stem loop structures and area of interaction with the viral protein N. This mutation causes a change in the secondary structure of viral RNA.Finally, F836 promotes HCoV-229E and SARS-CoV-2 N protein interaction with cyclophilin A.SMCypI are drugable compounds for the development of broad-spectrum antivirals and are a particulary interesting tool to understand the involvement of cyclophilins in viral life cycles.In the context of the SARS-CoV-2 pandemic, we have shown the value that cyclophilin inhibitors may have, given that Alv has effects comparable to hydroxychloroquine in vitro and blocks virus réplication at a later stage of the viral life cycle (post entry). We have also shown, in collaboration with a dermatologists’ team, the potential interest of Ivermectin and moxydectin as a prophylactic treatment to fight SARS-CoV-2 infection.