Stratégies de repositionnement et combinaisons de médicaments pour le développement de thérapies antivirales contre les virus respiratoires

Repurposing strategies and drugs combinations for antiviral therapies against respiratory viruses

• Auteur / Autrice : Blandine Padey
• Direction : Manuel Rosa-Calatrava, Mario Andrés Pizzorno
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Virologie
• Date : Soutenance le 03/05/2022
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre International de Recherche en Infectiologie (Lyon ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Karen Moreau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Manuel Rosa-Calatrava, Mario Andrés Pizzorno, Sandrine Belouzard, Mariette Ducatez, Benoît de Chassey
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sandrine Belouzard, Mariette Ducatez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diltiazem

Antiviraux

Virus respiratoires

Lutte contre

Appareil respiratoire -- Infections

Mots clés libres

Virus respiratoires

Influenza

SARS-CoV-2

Repositionnement de médicaments

Antiviraux

Diltiazem

Épithélium respiratoire humain

Interférons lambda

Respiratory viruses

SARS-CoV-2

Antiviral drugs

Drug repurposing

Diltiazem

Human respiratory epithelium

Interferon lambda

Influenza

Résumé

Les infections aigües respiratoires d’origine virale demeurent une préoccupation majeure de santé publique, impactant significativement nos sociétés d’un point de vue sanitaire, économique et sociétal. La pandémie actuelle de COVID-19 ne peut que renforcer ce constat et souligner l’importance de disposer d’un arsenal prophylactique et thérapeutique efficace pour lutter contre ces pathogènes respiratoires émergents et ré-émergents. L’apparition récurrente de mutations de résistance virale constitue la limite majeure des médicaments antiviraux classiques, et particulièrement de l’arsenal très limité à ce jour contre les virus respiratoires, légitimant ainsi le développement de nouvelles approches thérapeutiques, telles que le repositionnement de médicaments, les stratégies ciblant l’hôte ou encore les associations de molécules à activité antivirale et/ou immunomodulatrice. Dans ce contexte, mon travail de thèse s’est inscrit dans un programme de recherche visant à développer une stratégie innovante permettant l’identification de molécules à fort potentiel pour leur repositionnement comme antiviraux contre les virus respiratoires, par un criblage in silico basé sur la comparaison de signatures virogénomiques et chemogénomiques. L’analyse transcriptomique d’échantillons biologiques issus de patients infectés par les virus influenza nous a ainsi permis d’identifier le diltiazem, un inhibiteur des canaux calciques indiqué dans le traitement de l’hypertension pulmonaire, comme candidat à un repositionnement contre les virus de la grippe. L’analyse de sa signature chemogénomique a permis de formuler une hypothèse pertinente quant à son mode d’action antiviral, basé sur la modulation de la réponse interféron dans le tissu épithélial respiratoire. En parallèle, nos travaux sur les combinaisons de molécules ont souligné la capacité de certaines molécules ciblant la cellule-hôte à potentialiser l’efficacité in vitro et in vivo des antiviraux classiques ciblant les déterminants viraux. Ces stratégies combinatoires antivirales ont également fait leurs preuves contre le virus SARS-CoV-2 dans plusieurs modèles précliniques, contribuant ainsi à enrichir nos connaissances sur la physiopathologie associée à ce nouveau virus et à la mise en place de modèles physiologiques prédictifs in vitro pour l’évaluation pertinente de molécules candidates antivirales. En résumé, mes travaux de thèse ont notamment contribué à (i) la mise en place de modèles précliniques d’infection basés sur des cultures en interface air-liquide d’épithélium respiratoire humain reconstitué, pour l’évaluation de molécules antivirales en mono- et bithérapies, (ii) l’identification du diltiazem comme antiviral à large spectre via son mécanisme d’action stimulant l’expression des interférons lambda (WO2016/146836 - PCT/FR2019/051186 ; WO2021/FR50406 20210310), (iii) la démonstration in vitro du bénéfice du diltiazem à potentialiser en combinaison l’efficacité d’antiviraux approuvés, comme les inhibiteurs de neuraminidase (WO2016/146836 - PCT/FR2019/051186) et de polymérase (WO2021FR50049 20210112), (iv) la mise en œuvre d’un essai clinique de phase IIb (FLUNEXT) évaluant la combinaison du diltiazem avec l’oseltamivir chez des patients hospitalisés pour une grippe sévère (NCT03212716), et (v) la préparation d’une nouvelle étude multicentrique de phase IIb (DICOV) visant à évaluer le bénéfice apporté par un traitement avec du diltiazem en complément du standard de soins pour une pneumopathie hypoxémiante à COVID-19.

Acute respiratory infections of viral origin remain a major public health concern, significantly impacting our societies from a health, economic and societal point of view. The current COVID-19 pandemic can only support this observation and underline the importance of having an effective prophylactic and therapeutic arsenal to fight against these emerging and re-emerging respiratory pathogens. The recurrent appearance of viral resistance mutations constitutes the major limitation of conventional antiviral drugs, and particularly of the very limited arsenal, to date, against respiratory viruses, thus legitimizing the development of new therapeutic approaches, such as drug repurposing, strategies targeting the host or drug combinations with antiviral and/or immunomodulatory activity. In this context, my thesis work is part of a research program aimed at developing an innovative strategy allowing the identification of molecules with high potential for their repositioning as antivirals against respiratory viruses, by in silico screening based on the comparison of virogenomic and chemogenomic signatures. Transcriptomic analysis of biological samples from patients infected by influenza viruses thus enabled us to identify diltiazem, a calcium channel blocker indicated in the treatment of pulmonary hypertension, as a candidate for repositioning against influenza viruses. The analysis of its chemogenomic signature enabled us to formulate a relevant hypothesis as to its antiviral mode of action, based on the interferon response modulation in the respiratory epithelial tissue. In parallel, our work on drug combinations highlighted the ability of molecules targeting the host cell to potentiate the in vitro and in vivo efficacy of conventional antivirals targeting viral determinants. These combinatorial antiviral strategies have also been proven against the SARS-CoV-2 virus in several preclinical models, thus contributing to enriching our knowledge of the physiopathology associated with this new virus and to the establishment of predictive physiological in vitro models for the relevant evaluation of antiviral drug candidates. In summary, my thesis work has notably contributed to (i) the establishment of preclinical models of infection based on air/liquid interface cultures of reconstituted human respiratory epithelium, for the evaluation of antiviral drugs in mono- and double-therapies, (ii) the identification of diltiazem as a broad-spectrum antiviral via its mechanism of action stimulating the expression of lambda interferons (WO2016/146836 - PCT/FR2019/051186; WO2021/FR50406 20210310), (iii) the in vitro demonstration of the benefit of diltiazem in potentiating the efficacy of approved antiviral drugs in combination, such as neuraminidase (WO2016/146836 - PCT/FR2019/051186) and polymerase (WO2021FR50049 20210112) inhibitors, (iv) the implementation of a phase IIb (FLUNEXT) clinical trial evaluating the combination of diltiazem with oseltamivir in patients hospitalized for severe influenza (NCT03212716), and (v) the preparation of a new multicentric phase IIb (DICOV) clinical trial to assess the benefit of treatment with diltiazem in addition to the standard of care for hypoxemic COVID-19 pneumonia.