Développement de glycosides photosensibles ciblant les agents pathogènes formant un biofilm

Development of photoswitchable glycosides targeting biofilm-forming pathogens

• Auteur / Autrice : Mathieu Lordez
• Direction : Joanne Xie, Anne Imberty
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : PPSM - Photophysique et Photochimie Supramoléculaires et Macromoléculaires
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay

Mots clés

Mots clés libres

Glycoside

Ligand

Photocommutation

Biofilm

Bacterie

Lectine

Biofilm

Ligand

Photochromism

Lectin

Glycoside

Bacteria

Résumé

Les infections bactériennes constituent un problème de santé mondial en raison, entre autres, de la résistance aux antimicrobiens. La résistance aux antimicrobiens est à l'origine d'environ 700 000 décès par an. Pseudomonas aeruginosa (PA), une bactérie Gram négative, opportuniste et omniprésente dans l'environnement, est connue pour être la principale cause de morbidité et de mortalité chez les patients atteints de mucoviscidose et l'une des principales causes d'infections nosocomiales. L'OMS a classé la PA parmi les agents pathogènes de priorité numéro 1. La PA produit des biofilms qui constituent l'un des mécanismes de résistance aux antimicrobiens. Outre les antibiotiques traditionnels, diverses approches ont été mises au point pour traiter l'AP, notamment l'utilisation de glycomimétiques pour bloquer l'adhésion bactérienne aux glycanes de l'hôte. En effet, la construction de glycoconjugués synthétiques pour l'inhibition et la modulation des protéines bactériennes de liaison aux glycans (lectines) a donné des résultats prometteurs. Il a été démontré que la lectine A de l'AP (LecA) joue un rôle crucial dans la formation du biofilm, tandis que la lectine extracellulaire B (LecB) joue un rôle clé dans l'adhésion bactérienne à l'hôte et la formation du biofilm. Contrairement aux antibiotiques, les inhibiteurs de lectines empêchent la pathogénicité en interférant avec les facteurs de virulence au lieu de tuer les bactéries. Un grand nombre d'inhibiteurs glycomimétiques des lectines de PA ont été reportés dans la littérature, certains d'entre eux ayant une activité anti-biofilm. La prévention de la formation du biofilm et, plus difficile encore, la perturbation du biofilm existant constituent un défi majeur dans la lutte contre l'infection et la résistance. Sur la base de nos expériences en matière de chimie des glucides, de photochromisme et de lectines bactériennes, nous proposons de développer des glycomimétiques photochromiques pour lutter contre l'infection à PA en perturbant le biofilm et en empêchant le développement ultérieur de l'infection. Comme unités de photocommutation, nous utiliserons l'hémiindigo ou l'hémitionindigo qui peuvent être photoisomérisés avec de la lumière visible biocompatible. Des galactosides mono- ou di-valents photocommutables présentant différentes distances/rigidité entre le photocommutateur et la ou les unités galactosyl seront conçus et synthétisés pour cibler LecA, tandis que des fucosides et mannosides liés à l'hémi(thio)indigo seront préparés pour l'inhibition de LecB. Les propriétés photophysiques de ces glyco-ligands seront ensuite étudiées en milieu aqueux afin d'évaluer leur efficacité de photocommutation, leur photostabilité et leur thermostabilité. Sur la base des résultats obtenus, nous étudierons l'interaction des glyco-ligands synthétisés avec LecA et LecB en utilisant le microcalorimétrie de titrage isotherme et la résonance plasmonique de surface pour évaluer leur affinité. Nous comparerons l'affinité de liaison entre les isomères au CERMAV (Grenoble). L'affinité d'interactions structure-lectine obtenue sera ensuite rationalisée par une étude de docking avec la structure au rayon X de lectines disponibles, afin d'améliorer la conception du ligand et de synthétiser de nouveaux ligands photosensibles. La co-cristallisation des lectines avec des glycoligands est également envisagée.

Bacterial infection is a growing health problem due to antimicrobial resistance (AMR) among others. AMR causes approximately 700,000 deaths per year. Pseudomonas aeruginosa (PA), a Gram-negative, opportunistic and ubiquitous environmental bacterium, is known as the main cause of morbidity and mortality in cystic fibrosis patients and as one of the leading causes of nosocomial infections. PA has been classified as a Priority 1 pathogen by the WHO. PA produces biofilm as one of the antimicrobial resistance mechanisms. Various approaches for treating PA, in addition to traditional antibiotics, have been developed including the use of glycomimetics for blocking bacterial adhesion to host glycans. Indeed, building synthetic glycoconjugates for the inhibition and modulation of bacterial glycan binding proteins (lectins) have shown promising results. PA lectin A (LecA) is demonstrated to be crucial for biofilm formation, while the extracellular lectin B (LecB) plays a key role in bacterial adhesion to the host and biofilm formation. Unlike antibiotics, lectin inhibitors prevent pathogenicity by interfering with virulence factors instead of killing the bacteria. Large number of glycomimetic inhibitors against PA lectins have been reported, with anti-biofilm formation activity for some of them. Preventing biofilm formation, and more difficult, disrupting existing biofilm is a major challenge for fighting infection and resistance. Based on our experiences in carbohydrate chemistry, photochromism and bacterial lectins, we propose to develop photochromic glycomimetics for fighting PA infection by disrupting biofilm and preventing further development of infection. As photoswitching units, we will use hemiindigo or hemitionindigo which can be photoisomerized with biocompatible visible light. Photoswitchable mono- or di-valent galactosides bearing different distance/rigidity between photoswitch and galactosyl unit(s) will be designed and synthesized targeting LecA, while hemi(thio)indigo linked fucosides and mannosides will be prepared for the inhibition of LecB. The photophysical properties of these glyco-ligands will then be investigated in aqueous media to evaluate their photoswitching efficiency, their photostability and thermostability. Based on the obtained results, we will investigate the interaction of the synthesized glyco-ligands with LecA and LecB by using isothermal titration microcalorimetry and surface plasmonic resonance to evaluate their affinity, and compare the binding affinity between E- and Z-isomers in CERMAV (Grenoble). The obtained structure-lectin binding affinity will then be rationalized by docking study with available lectin x-ray structure, so as to improve the ligand design and synthesize new photoswitchable ligands. The co-crystallisation of lectins with glycoligands is also envisioned.