Identification d'un nouvel inhibiteur de cyclophilines et caractérisation de ses effets mito- et hépatoprotecteurs dans le contexte de l'ischémie reperfusion hépatique

Identification of a new cyclophilin inhibitor and characterization of its mito- and hepatoprotective effects in the context of liver ischemia reperfusion

• Auteur / Autrice : Amel Kheyar
• Direction : Fatima Teixeira-Clerc
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Soutenance le 16/02/2023
• 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
• Jury : Président / Présidente : José Cohen
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fatima Teixeira-Clerc, José Cohen, Béatrice Bailly-Maître, Delphine Baetz, Jean-Michel Pawlotsky
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Thierry Hauet, Eric Fontaine

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lésions d'ischémie-reperfusion

Membranes associées aux mitochondries

Ischémie hépatique

Mots clés libres

Foie

Ischémie/reperfusion

Cyclophilines

Inhbibiteurs de cyclophilines

Mitochondries

Mptp

Liver

Ischemia/reperfusion

Cyclophilin

Cyclophilin inhbitor

Mitochondria

Mptp

Résumé

Les lésions d’ischémie reperfusion hépatique (IRH) sont une complication majeure et incontournable de la chirurgie du foie. Elles sont la conséquence d’un processus complexe et multifactoriel dans lequel la mitochondrie joue un rôle majeur via la transition de perméabilité mitochondriale (mPT). La mPT se caractérise par la perte de l’imperméabilité constitutionnelle de la membrane mitochondriale qui aboutit au gonflement de la mitochondrie et de la cellule pouvant aller jusqu’à la mort cellulaire. La mPT est médiée par l’ouverture du pore de transition de perméabilité mitochondriale (mPTP), un phénomène régulé par la cyclophiline D (CypD). Dans ce contexte, notre laboratoire a développé une nouvelle famille d’inhibiteurs de cyclophilines appelés les « Small Molecule Cyclophilin Inhibitors » (SMCypI). Les SMCypI sont de petites molécules innovantes, de structure différente des inhibiteurs classiques des cyclophilines, et dotées de propriétés mitoprotectrices et hépatoprotectrices.L’objectif de ce travail a été d’identifier un candidat médicament à fort potentiel thérapeutique dans le contexte de l’IRH et de comprendre les mécanismes qui sous-tendent les effets des SMCypI. Un large criblage de plus de 45 SMCypI a permis d’identifier 2 molécules, le C105 et le C110, capables d’inhiber l’activité peptidyl prolyl cis-trans isomérase (PPIase) de la CypD avec une grande efficacité et dotées de fortes propriétés mitoprotectrices associées à une augmentation de la capacité de rétention calcique (CRC) mitochondriale et une inhibition du gonflement mitochondrial induit par une forte concentration calcique. De plus, ces composés sont capables d’augmenter la CRC de mitochondries isolées de foie de souris dépourvues de CypD (Ppif -/-) traduisant un effet supplémentaire indépendant de la CypD sur l’ouverture du mPTP. Ces composés présentant deux carbones asymétriques, nous avons ensuite séparé les 4 diastéréoisomères. Les diastéréoisomères S/R des composés C105 et C110 présentent des propriétés mitoprotectrices supérieures à celles de leurs mélanges racémiques et comparables à celles de la cyclosporine A et de l’Alisporivir, deux puissants inhibiteurs de la CypD. De plus, les composés C105 S/R et C110 S/R diminuent la libération de LDH et protègent de la mort cellulaire dans un modèle d’hypoxie-réoxygénation in vitro avec un effet supérieur observé avec le C105 S/R. Le C105 S/R est capable de protéger de la mort cellulaire par nécrose et par apoptose. Enfin, le C105 S/R présente des effets hépatoprotecteurs in vivo dans un modèle murin d'IRH. Ce travail ouvre de nouvelles perspectives de traitement pour la protection cellulaire dans le contexte de l’IRH.

Liver ischemia reperfusion injury (IRI) is a major and unavoidable complication of liver surgery. They are the result of a complex and multifactorial process in which mitochondria plays a major role through the mitochondrial permeability transition (mPT). mPT is characterized by the loss of constitutional impermeability of the mitochondrial membrane which results in the swelling of the mitochondria and the cell up to cell death. The mPT is mediated by the opening of the mitochondrial permeability transition pore (mPTP), a phenomenon regulated by cyclophilin D (CypD). In this context, our laboratory has developed a new family of cyclophilin inhibitors called Small Molecule Cyclophilin Inhibitors (SMCypI). SMCypI are small, innovative molecules, with a different structure compared to conventional cyclophilin inhibitors and endowed with mitoprotective and hepatoprotective properties.The objective of this work was to identify a drug candidate with high therapeutic potential in the context of IRI and to understand the mechanisms underlying the effects of SMCypI. Extensive screening of more than 45 SMCypI led us to identify two molecules, C105 and C110 that are capable of inhibiting CypD peptidyl prolyl cis-trans isomerase (PPIase) activity with high efficiency and with strong mitoprotective properties associated with increased mitochondrial calcium retention capacity (CRC) and inhibition of mitochondrial swelling induced by a high concentration of calcium. In addition, these compounds are able to increase CRC of mitochondria isolated from the liver of mice lacking CypD (Ppif -/-) reflecting an additional effect independent of CypD inhibition on mPTP opening. Given that, these compounds have two asymmetrical carbons, we separated the four diastereoisomers. The diastereoisomers S/R of the compounds C105 and C110 have mitoprotective properties superior to those of their racemic mixtures and comparable to those of cyclosporine A and Alisporivir, two powerful inhibitors of CypD. In addition, the compounds C105 S/R and C110 S/R decrease the LDH release and protect from cell death in a model of hepatic hypoxia-reoxygenation in vitro with superior effect observed with C105 S/R. C105 S/R is also capable of protecting against cell death by necrosis and apoptosis. Finally, C105 S/R has hepatoprotective effects in a mouse model of liver ischemia reperfusion injury in vivo. This work opens up new treatment possibilities for cell protection in the context of HRI.