Design, synthèse et évaluation biologique d' inhibiteurs peptidiques fluorés de la Cathepsine D

Design, synthesis and biological evaluation of fluorinated peptide inhibitors of Cathepsin D

• Auteur / Autrice : Francesco Terzani
• Direction : Julien Pytkowicz, Évelyne Chelain
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie - Cergy
• Date : Soutenance le 08/12/2022
• Etablissement(s) : CY Cergy Paris Université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biomolécules : conception, isolement, synthèse (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2002-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Julien Pytkowicz, Évelyne Chelain, Samuel Couve-Bonnaire, Roba Moumné, Dominique Guianvarc'h, Emmanuel Pauthe
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Samuel Couve-Bonnaire, Roba Moumné

Mots clés

Mots clés libres

Inhibiteur peptidique

Protease aspartique

Cathepsine D

Acide aminé fluoré

Rmn 19f

Méthode de screening

Peptide Inhibitor

Aspartic protease

Cathepsin D

Fluorinated amino acid

19f nmr

Screening method

Résumé

La Cathepsine D est une protéase aspartique que l'on trouve dans la majorité des cellules et des tissus des mammifères. Les fonctions physiologiques de cette enzyme sont principalement la dégradation métabolique des protéines intracellulaires, l'activation et la dégradation des hormones polypeptidiques et des facteurs de croissance et la régulation de la mort cellulaire programmée. Cependant, depuis plusieurs années, il a été démontré une corrélation entre cette enzyme et plusieurs types de maladies. En particulier, la communauté scientifique s'est intéressée à la relation entre l'augmentation du taux de Cathepsine D et certains types de cancer. Plusieurs travaux ont montré une implication directe de l'augmentation du niveau de Cathepsine D et la formation de métastases. Ainsi, l'utilisation d'inhibiteurs de la Cathepsine D pourrait être une stratégie prometteuse pour le traitement du cancer. Plusieurs inhibiteurs de cette enzyme sont connus, qu'il s'agisse de composés naturels ou synthétiques. Parmi eux, la Pepstatine A, un penta-peptide contenant deux résidus Statine, un acide β-hydroxy--aminé non naturel, est le meilleur inhibiteur connu avec une IC50 sub-nanomolaire. Néanmoins, en raison de sa faible stabilité métabolique, de sa faible sélectivité et de ses mauvaises propriétés pharmacocinétiques, son utilisation pour le traitement du cancer est limitée.L'expertise de notre laboratoire dans la synthèse asymétrique d'acides aminés fluorés nous a permis de développer une nouvelle série d'analogues fluorés de la Pepstatine A. L'introduction d'acides aminés fluorés dans la chaîne peptidique de la Pepstatine A pourrait en effet améliorer sa stabilité métabolique, ses propriétés pharmacocinétiques, sa sélectivité vis-à-vis d'autres protéases aspartiques et ouvrir la voie à des tests fonctionnels basés sur la RMN 19F.Dans ce contexte, nous avons synthétisé et évalué plusieurs inhibiteurs peptidiques fluorés de la Cathepsine D, et nous avons montré que le remplacement de la Valine en position N-terminale par une D-Trifluorométhionine dans la structure de la Pepstatine A conduit à un analogue très actif et plus sélectif.Parallèlement, nous avons conçu et synthétisé un substrat peptidique fluoré qui nous a permis de développer un test basé sur la RMN 19F (FABS : Fluorine Atoms for Biochemical Screening) pour tester l'activité biologique de nos composés sur les protéases aspartiques. Les résultats ont été comparés avec ceux obtenus avec un kit commercial de criblage d'inhibiteurs de Cathepsine D basé sur la fluorescence.

Cathepsin D is an aspartyl protease which is found in almost all the cells and tissues of mammals. The physiological functions of this enzyme are mainly the metabolic degradation of intracellular proteins, activation and degradation of polypeptide hormones and growth factors and regulation of programmed cell death. However, since several years it has been demonstrated a correlation between this enzyme and several types of diseases. In particular the scientific community focused on the relation between increased level of Cathepsin D and certain types of cancer. Several works showed a direct implication of the increased level of Cathepsin D with poor prognosis and formation of metastasis. Thus, the use of inhibitors of Cathepsin D could be a promising strategy for the treatment of cancer. Several inhibitors of this enzyme are known, both natural and synthetic compounds. Among them Pepstatin A, a penta-peptide containing two residues of the non-natural -hydroxy -amino acid Statin, is the best inhibitor known with a sub-nanomolar IC50. Nevertheless, due to its poor metabolic stability, poor selectivity and poor pharmacokinetic properties, its use for the treatment of cancer is limited.The expertise of our laboratory in the asymmetric synthesis of fluorinated amino acids allowed us to develop a new series of fluorinated analogs of Pepstatin A by replacing parts of this compound with fluorinated scaffolds. The introduction of fluorinated amino acids in the peptidic scaffold of Pepstatin A, in fact, could improve the metabolic stability, the pharmacokinetic properties the selectivity despite other aspartyl proteases and open the way to 19F NMR based functional assays.In this context, we designed, synthesized and evaluated several fluorinated peptide inhibitors of Cathepsin D and we showed that the replacement of a N-terminal Valine with a D- Trifluoromethionine in the structure of Pepstatin A leads to a very potent and selective analogue.At the same time, we designed and synthesized a fluorinated peptide substrate that allowed us to develop a 19F NMR FABS (Fluorine Atoms for Biochemical Screening) based assay to test the biological activity of our compounds towards aspartyl proteases. The results have been compared with a commercial available fluorescence-based Cathepsin D inhibitors screening kit.