Développement et application de méthodes de spectrométrie de masse pour qualifier les modèles et les composés pour la découverte de petites molécules modulatrices de la présentation antigénique

Development and Application of Mass Spectrometry Methods to Qualify Models and Compounds to Support the Discovery of Small Molecules Modulators of Antigen Presentation

• Auteur / Autrice : Adele Asia Ponzoni
• Direction : Benoit Deprez, Corinne Ramos
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biomolécules, pharmacologie, thérapeutiques
• Date : Soutenance le 17/12/2024
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École graduée Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Médicaments et Molécules pour agir sur les Systèmes Vivants (Lille) - Médicaments et molécules pour les systèmes vivants - U 1177
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Aliri Bioanalysis
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Doriana Fruci
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marc Since, Per E. Andrén
• DOI : 10.70675/def2cbb7z3b56z443az8ff2z3ad29cc66e23

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pharmacie -- Recherche

Réticulum endoplasmique

Aminopeptidases

Inhibiteurs

Spectrométrie de masse

Imagerie moléculaire

Chromatographie en phase liquide

Pharmacocinétique

Marqueurs biologiques

Modèles animaux

Découverte de médicament

Réticulum endoplasmique

Aminopeptidases

antagonistes et inhibiteurs

Spectrométrie de masse

Imagerie moléculaire

Chromatographie en phase liquide

Pharmacocinétique

Marqueurs biologiques

Biomarqueurs pharmacologiques

Modèles animaux

Mots clés libres

Spectrométrie de masse

Biomarqueurs

Pharmacocinétique/Pharmacodynamiques

Découverte de médicaments

ERAPs

Antigène

Mass spectrometry

Biomarkers

Pharmacokinetics/Pharmacodynamics

Drug discovery

ERAP

Antigen

Résumé

The challenges of drug discovery can be addressed through a multidisciplinary approach that integrates various scientific disciplines. Analytical chemistry has contributed significantly to advances in research and development of new drugs, with mass spectrometry-based techniques being widely applied in this context. The primary objective of this thesis is to support a drug discovery program targeting the endoplasmic reticulum aminopeptidases, ERAP1 and ERAP2, by developing and applying advanced analytical methods, specifically spectrometry imaging (MSI) and liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS). ERAPs are involved in processing and presenting immunogenic antigens to T cells, and their inhibition is considered an innovative therapeutic strategy for autoimmune and oncological diseases. Three research projects targeted the validation of preclinical models and the characterization of candidate compounds to evaluate their pharmacodynamic (PD) and pharmacokinetic (PK) profiles.In the first project, matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI)-MSI was used to study biochemical changes in a preclinical model of ankylosing spondylitis, the HLA-B27 transgenic rat.Spatially resolved, untargeted metabolomic and lipidomic analyses revealed candidate biomarkers of two deregulated mechanisms linked to gut inflammation, intestinal permeability and immune infiltration. These findings validate the relevance of this model for testing the efficacy of ERAPs inhibitors. In the second project, a quantitative LC-MS/MS method was developed to measure the ERAP1-dependent tumour antigen GSW11, serving as a biomarker of efficacy for an ERAP1 inhibitor, and further validating the compound’s mechanism of action in vitro. Despite method optimization, the endogenous peptide could not be detected, highlighting the technical challenges associated with peptide extraction and analysis from complex biological samples. This led to the identification offactors affecting peptide recovery and detection, offering insights for future method development in peptidomics for pharmacodynamic studies. The third project focused on the biodistribution and metabolism of a candidate ERAP2 inhibitor in vivo. Quantitative MSI was successfully employed to measure the compound's concentration invarious organs, revealing its potential therapeutic applicability. Biotransformation products of the compound were detected and investigated both in vitro and in vivo. These findings pave the way for further characterization of the compound, supporting decision-making processes in future stages of drug development.This research highlights the importance of continuously evaluating preclinical models and compounds to support informed decision-making in drug discovery, ultimately reducing the risk of failures in advanced stages. Future research will focus on integrating these approaches to provide a comprehensive characterization of ERAP inhibitors, combining quantitative tissue analysis with biomarker modulation in preclinical models. The ultimate goal is to identify ERAPs inhibitors with a favourable therapeutic profile for clinical development in autoimmune and oncological indications.

Les défis de la découverte de médicaments peuvent être abordés par une approche multidisciplinaire qui intègre diverses disciplines scientifiques. La chimie analytique a contribué de manière significative aux avancées dans la recherche et le développement de nouveaux médicaments, les techniques basées sur la spectrométrie de masse étant largement appliquées dans ce contexte.L'objectif principal de cette thèse est de soutenir un programme de découverte de médicaments ciblant les aminopeptidases du réticulum endoplasmique, ERAP1 et ERAP2, en développant et en appliquant des méthodes analytiques avancées, spécifiquement l'imagerie par spectrométrie (MSI) et la spectrométrie de masse en tandem avec chromatographie liquide (LC-MS/MS). Les ERAPs sont impliquées dans le traitement et la présentation d'antigènes immunogènes aux lymphocytes T, et leur inhibition est considérée comme une stratégie thérapeutique innovante pour les maladies autoimmunes et oncologiques. Trois projets de recherche ont ciblé la validation des modèles précliniques et la caractérisation des composés candidats pour évaluer leurs profils pharmacodynamiques (PD) et pharmacocinétiques (PK). Dans le premier projet, l’imagerie par spectrométrie de masse à désorption-ionisation laser assistée par matrice a été utilisée pour étudier les changements biochimiques dans un modèle préclinique de spondylarthrite ankylosante, le rat transgénique HLA-B27. Des analyses métabolomiques et lipidomiques untargeted résolues spatialement ont révélé des biomarqueurs candidats de deux mécanismes dérégulés liés à l'inflammation intestinale, la perméabilité intestinale et l'infiltration immunitaire. Ces résultats valident la pertinence de ce modèle pour tester l'efficacité des inhibiteurs des ERAP.Dans le deuxième projet, une méthode LC-MS/MS quantitative a été développée pour mesurer l'antigène tumoral dépendant de l'ERAP1, GSW11, servant de biomarqueur d'efficacité pour un inhibiteur de l'ERAP1, et validant davantage le mécanisme d'action du composé in vitro. Malgré l'optimisation de la méthode, le peptide endogène n'a pas pu être détecté, soulignant les défistechniques associés à l'extraction et à l'analyse de peptides à partir d'échantillons biologiques complexes. Cela a conduit à l'identification de facteurs affectant la récupération et la détection des peptides, offrant des perspectives pour le développement futur de méthodes en peptidomique pour des études pharmacodynamiques.Le troisième projet a porté sur la biodistribution et le métabolisme d'un inhibiteur candidat del'ERAP2 in vivo. La MSI quantitative a été employée avec succès pour mesurer la concentration du composé dans divers organes, révélant son applicabilité thérapeutique potentielle. Des produits de biotransformation du composé ont été détectés et étudiés à la fois in vitro et in vivo. Ces résultats ouvrent la voie à une caractérisation plus approfondie du composé, soutenant les processus de prise de décision dans les étapes futures du développement de médicaments.Cette recherche souligne l'importance d'évaluer en permanence les modèles précliniques et les composés pour soutenir une prise de décision éclairée dans la découverte de médicaments, réduisant ainsi le risque d'échecs dans les phases avancées. Les recherches futures se concentreront sur l'intégration de ces approches pour fournir une caractérisation complète des inhibiteurs de l'ERAPs,en combinant l'analyse tissulaire quantitative avec la modulation des biomarqueurs dans des modèles précliniques. L'objectif ultime est d'identifier des inhibiteurs des ERAP ayant un profil thérapeutique favorable pour le développement clinique dans les indications auto-immunes et oncologiques.