Academic literature on the topic 'Inhibiteurs des protéines kinases – Conception'

Alors que, pour la plupart, les médicaments actuels sont de petites molécules inhibant l’action d’une protéine en bloquant un site d’interaction, la dégradation ciblée des protéines, découverte il y a une vingtaine d’années via les petites molécules PROTAC, connaît aujourd’hui un très grand développement, aussi bien au niveau universitaire qu’industriel. Cette dégradation ciblée permet de contrôler la concentration intracellulaire d’une protéine spécifique comme peuvent le faire les techniques basées sur les acides nucléiques (oligonucléotides antisens, ARNsi, CRISPR-Cas9). Les molécules PROTAC sont des chimères hétéro-bifonctionnelles capables de lier simultanément une protéine spécifique devant être dégradée et une E3 ubiquitine ligase. Les PROTAC sont donc capables de provoquer l’ubiquitinylation de la protéine ciblée et sa dégradation par le protéasome 26S. De nature peptidique, puis non peptidique, les PROTAC sont maintenant administrables par voie orale. Ce détournement du système ubiquitine protéasome permet aux molécules PROTAC d’élargir considérablement le champ des applications thérapeutiques puisque l’élimination de protéines dépourvues de poches ou de crevasses bien définies, dites difficiles à cibler, devient possible. Cette technologie versatile a conduit à la dégradation d’une grande variété de protéines comme des facteurs de transcription, des sérine/thréonine/tyrosine kinases, des protéines de structure, des protéines cytosoliques, des lecteurs épigénétiques. Certaines ligases telles que VHL, MDM2, cereblon et IAP sont couramment utilisées pour être recrutées par les PROTAC. Actuellement, le nombre de ligases pouvant être utilisées ainsi que la nature des protéines dégradées sont en constante augmentation. Deux PROTAC sont en étude clinique pour les cancers du sein (ARV471) et de la prostate (ARV110). La dégradation spécifique d’une protéine par le protéasome peut aussi être induite par d’autres types de molécules synthétiques : colles moléculaires, marqueurs hydrophobes, HaloPROTAC, homo-PROTAC. D’autres constituants cellulaires sont aussi éligibles à une dégradation induite : ARN-PROTAC pour les protéines se liant à l’ARN et RIBOTAC pour la dégradation de l’ARN lui-même comme celui du SARS-CoV-2. Des dégradations induites en dehors du protéasome sont aussi connues : LYTAC, pour des chimères détournant la dégradation de protéines extracellulaires vers les lysosomes, et MADTAC, pour des chimères détournant la dégradation par macroautophagie. Plusieurs techniques, en particulier des plates-formes de criblage, la modélisation mathématique et la conception computationnelle sont utilisées pour le développement de nouveaux PROTAC efficaces.

La classe C des Récepteurs Couplés aux Protéines G (RCPG) comprend plusieurs membres aux fonctions physiologiques importantes comme par exemple les récepteurs des principaux neurotransmetteurs excitateurs (glutamate) et inhibiteurs (GABA) du système nerveux, les récepteurs des goûts umami et sucré et les récepteurs sensibles au calcium. Ces récepteurs possèdent une architecture moléculaire particulière, caractérisée par la présence d’un large domaine extracellulaire (ECD) relié à un domaine membranaire composé de 7 hélices transmembranaires (7TM). De plus, ils forment tous des dimères obligatoires, la dimérisation étant fondamentale pour leur fonction. La fixation d’agoniste dans l’ECD induit l’activation du récepteur. L’activité des agonistes peut être modulée de manière allostérique par des modulateurs positifs (PAM) ou négatifs (NAM), se liant au domaine 7TM. Il est important de comprendre comment les changements de conformation induits par la liaison des agonistes au sein du domaine extracellulaire sont transmis au domaine transmembranaire mais aussi de comprendre les bases structurales et moléculaires de la régulation allostérique des récepteurs de la classe C. Les progrès récents de la microscopie électronique en conditions cryogéniques (cryoEM) ont permis des avancées sans précédent dans le décryptage des bases structurelles et moléculaires des mécanismes d’activation des RCPG de classe C, et notamment du récepteur métabotropique du glutamate de type 5 (mGlu5). Le glutamate entraîne une fermeture et un changement d’orientation des domaines extracellulaires qui induit un mouvement important entre les sous-unités, rapprochant les 7TM et stabilisant la conformation active du récepteur. La diversité de conformations inactives pour les récepteurs de la classe C était inattendue mais propice à une activation possible par des PAM. Ces derniers stabilisent une conformation active des 7TM, indépendante des changements conformationnels induits par les agonistes, représentant un mode alternatif d’activation des récepteurs mGlu. Nous présentons et discutons ici les caractérisations structurales récentes des récepteurs de classe C, en soulignant les résultats qui rendent cette famille de récepteurs unique. La compréhension de la base structurelle de la signalisation des dimères de mGlu représente une réalisation historique et ouvre la voie à l’analyse de la signalisation des dimères de RCPG en général. Ces analyses structurales devraient également ouvrir de nouvelles voies pour la conception de médicaments ciblant cette famille de récepteurs qui sont aussi des cibles thérapeutiques.

MTOR (mammalian target of Rapamycin) est une protéine kinase qui intervient dans la voie de signalisation PI3K/Akt/mTOR, impliquée dans le contrôle de la croissance, la prolifération et la survie cellulaire. Cette voie étant fréquemment dérégulée dans les cellules cancéreuses, la recherche de médicaments ciblant la protéine mTOR présente un grand intérêt. Ces dix dernières années, un nouveau mode d’inhibition a été mis en avant, par inhibition compétitive et sélective du site catalytique de l’ATP de mTOR. L’objectif du projet de thèse a consisté, à partir d’un modèle tricyclique commun, en la conception et la synthèse de nouveaux composés capables d’interagir avec la poche ATP de mTOR. De plus, la synthèse d’un nouveau synthon a également été mise au point lors de ce travail. L’évaluation biologique de différents composés a été réalisée dans les laboratoires de notre partenaire industriel (Janssen) ainsi que par le National Cancer Institute (NCI)
Mammalian target of Rapamycin (mTOR) is a protein kinase, involved in the PI3K/Akt/mTOR signaling pathway, which controls cell growth, proliferation, and cellular survival. This pathway is often deregulated in cancer, and there is a great interest in developing drugs that target the protein mTOR. During the last ten years, a new inhibition mode has been highlighted: it consists in the competitive and selective inhibition of the catalytic site of mTOR. The aim of this PhD project was to design and synthesize new compounds, from a common tricyclic scaffold, able to interact with the ATP pocket of mTOR. The synthesis of a new scaffold has also been determined during this work. Biological evaluations were performed in laboratories of our industrial partner (Janssen) as well as the National Cancer Institute (NCI)

Les protéines kinases sont l’une des familles de cibles thérapeutiques les plus étudiées par l’industrie pharmaceutique. Elles représentent pourtant un défi majeur car beaucoup d’inhibiteurs de kinases sont rejetés des phases cliniques, pour des problèmes de sélectivité ou par manque d’efficacité. Le succès récent d’inhibiteurs covalents de la kinase EGFR laisse à penser que cette nouvelle génération d’inhibiteurs peut résoudre les problèmes précités, en réagissant avec une cystéine peu conservée du site de liaison de l’ATP, ce qui leur confère une très bonne affinité. Afin d’évaluer l’étendue des opportunités pour la conception d’inhibiteurs covalents adressant d’autres membres de la famille, nous avons voulu identifier en automatique les kinases humaines disposant d’une cystéine accessible dans leur site de liaison. Puisque la forme de ce site dépend de la conformation adoptée, nous avons procédé à une étude préliminaire consistant à distinguer les diverses conformations adoptées parmi l’ensemble des structures 3D de kinases disponibles. Une fois ces résultats obtenus, nous avons conçu un inhibiteur susceptible d’inactiver la kinase KIT de manière covalente en réagissant avec une cystéine faiblement conservée et qui n’est accessible que lorsque KIT adopte la conformation inactive « DFG out ». La liaison covalente entre notre inhibiteur et KIT a été validée par spectrométrie de masse. Des tests d’activité sur l’ensemble des kinases ont confirmé l’affinité de cet inhibiteur pour KIT et son très bon profil de sélectivité. De fait, ce travail constitue un référentiel pour la conception d’une nouvelle génération d’inhibiteurs de kinases hautement efficaces et sélectifs
The protein kinase family is one of the most pursued classes of therapeutic targets in the pharmaceutical industry. It is also one of the most challenging families since many kinase inhibitors are rejected from clinical trials, because of either selectivity problems or a lack of efficacy. The recent success of a few covalent inhibitors of EGFR kinase indicates that this new generation of inhibitors could solve both of these problems at the same time, by reacting with an unconserved cysteine residue of the ATP binding site using an electrophilic group attached to the ligand, and providing high affinity. In order to investigate the opportunities for the design of covalent inhibitors addressing other members of the kinase family, our main focus consisted in automatically identifying all human kinases bearing a reactive cysteine in their binding site. Since the shape of the binding site depends on the kinase conformation, we performed a preliminary study to distinguish the different adopted conformations among all the available kinase 3D structures. With our results in hand, we designed a inhibitor liable to covalently bind and inactivate KIT kinase by reacting with a cysteine residue specific to a small kinase subset and accessible only in the inactive “DFG out” kinase conformation that KIT can adopt. The covalent bond between our inhibitor and KIT was confirmed by mass spectrometry. Activity assays on a large panel of kinases confirmed the affinity of this inhibitor for KIT and its very good selectivity profile. Finally, this work gives insights on how to design a new generation of highly selective and efficient kinase inhibitors

Ce manuscrit décrit le développement synthétique de systèmes hétérocycliques symétriques mimant la pentamidine. La première partie est un état des lieux de la malaria, en particulier sur les aspects physiopathologiques, les médicaments et les phénomènes de résistance. Ensuite sont décrits les protéines kinases, leurs implications cellulaires et leur intérêt dans la découverte de nouveaux inhibiteurs pour le développement de nouveaux médicaments. Enfin cette première partie se termine par la description et l'utilisation de la technologie micro-onde comme outil d'activation thermique en synthèse organique. La seconde partie concerne la mise au point synthétique de bis-(5-arylidène imidazolinone) pontées et symétriques sous irradiation micro-onde et sans solvant. Les bras espaceurs assurant le pontage entre les deux entités hétérocycliques sont des diamines du type éthylènediamine, pipérazine et 1,4-bis(3-aminopropyl)pipérazine. Cette approche a été ensuite étendue à la synthèse de bis-(5-arylidène thiazolidinone)pontées en utilisant les mêmes bras espaceurs dans cette troisième partie. Ensuite, la mise au point d'une réaction "one-pot" à trois composants sous irradiation micro-onde a permis la construction de nouvelles bis-(5-arylidène rhodanine)pontées et des 5-arylidène thiazolidine-4-ones fonctionnalisées en position N-3 avec une chaîne alkylamino de longueur et de structure variable. Enfin l'ensemble de ces composés ont été l'objet d'évaluation d'activité biologique dans le cadre d'une étude relation structure-activité (RSA): --inhibition de protéines kinases (CDKs, DYRKs, CLKs, GSK-3, PI3k, etc) - cytotoxicité in-vitro sur des lignées cellulaires cancéreuses, - évaluation anti-plasmodium en milieu abiotique. Plusieurs molécules se sont révélées être actives à l'échelle sub-micromolaire
This manuscript describes the synthetic development of symmetric heterocyclic systems miming the pentamidine. The first part is a current inventory of the malaria, in particular on the physiopathological aspects, the drugs and the resistance. Then are described protein kinases, their role in cells and their interest in the discovery of new inhibitors of protein kinases for the development of new drugs. Finally the end of this part concerns the description and the use of the microwave technology as useful tool for thermal activation in organic synthesis. The second part is the synthetis of bis-(5-arylidène imidazolinone)bridged and symmetric diamines using solventless microwave reaction conditions. The spacer-arm between the two heterocyclic entities are diamines as ethylenediamine, piperazine and 1,4-bis(3-aminopropyl piperazine. This approach was then extended to the synthesis of bis(5-arylidène thiazolidinone)diamines using the same spacer-arms in this third part. Then, the use of a one-pot three component reaction under microwave irradiation allowed to the preparation of new bis-(5-arylidène rhodanine)diamines and 5-arylidène thiazolidine-4-ones functionalized in position N-3 with various alkylamino chains. Finally the biological activity of all of these compounds have been evaluated for a structure/activity relationship (SAR) study: - inhibition of proteins kinases (CDKs, DYRKs, CLKs, GSK-3, PI3k, etc. ) - in vitro antiproliferative activities on cells, - in vitro assessment of antimalarial activity. Several molecules have been identified as active with IC50 < 0. 1 mM for DYRK1A and IC50 ~ 100 mM for in vitro antimalarial activity

Depuis la mise en évidence de l’existence des protéines kinases vers la fin des années 1950 cette famille d’enzymes s’est vu attribuer d’importants rôles dans divers mécanismes pathologiques notamment dans des processus de cancérisations. Plus récemment ces enzymes ont été identifiées comme potentiellement impliquées dans d’autres types de maladies telles que les maladies neurodégénératives.Deux projets de recherche seront présentés. Le premier projet expose la conception et la synthèse de nouveaux composés tricycliques de la famille des pyrido[3,4-g]quinazolines. Les propriétés inhibitrices de kinases des premiers dérivés ont été évaluées sur un panel de cinq kinases (CDK5, CK1, GSK3, CLK1 and DYRK1A) connues pour leurs implications dans la maladie d’Alzheimer. L’intérêt de ces nouveaux squelettes tricycliques comme inhibiteurs de kinases a été validé par des activités inhibitrices nanomolaire à l’encontre des kinases DYRK1A et CLK1. D’autre part l’obtention de structures co-crystallographiques d’interaction de deux dérivés avec le site ATP de la kinase CLK1 a permis de rationnaliser la substitution du motif pyrido[3,4-g]quinazoline. Le second projet présente le développement d’un nouveau dérivé de la staurosporine aglycone (K252c) dans lequel la partie lactame a été remplacée par un noyau pyrazole. Une étude préliminaire des propriétés biologiques de l’indolopyrazolocarbazole obtenu met en avant une cytotoxicité, du même ordre de grandeur que K252c, contre les lignées cellulaires K562 (leucémie humaine) et HCT116 (carcinome du colon). En revanche, le composé chef de file s’est révélé être un faible inhibiteur de cibles connues de K252c, les isoformes α and γ de la protéine kinase C et présente un bon potentiel inhibiteur des kinases Pim 1-3. Ce nouveau chemotype pourrait être un inhibiteur de kinases prometteur
In 1950’s protein kinases were found to play a critical role in cell signaling, rising strong research potential for this enzyme family. Initially investigated for their implications in cancerogenesis they were more recently found to be involved in a wide variety of diseases including neurodegenerative pathologies. Herein will be presented two research projects that offer bright new perspectives for the inhibition of kinases involved whether in neurodegenerative diseases or cancers.First, the design and synthesis of new pyrido[3,4-g]quinazoline derivatives will be described as well as their protein kinase inhibitory potencies toward five CMGC family members (CDK5, CK1, GSK3, CLK1 and DYRK1A) that are known to play a potential role in Alzheimer’s disease. The interest for this original tricyclic heteroaromatic scaffold as modulators of CLK1/ DYRK1A activity was validated by nanomolar potencies. CLK1 co-crystal structures with two inhibitors revealed the binding mode of these compounds within the ATP-binding pocket and led to the synthesis of new diversely substituted pyrido[3,4-g]quinazolines.Then the synthesis of a new derivative of the staurosporine aglycon (K252c), in which the lactam ring was replaced by a pyrazole moiety, will be depicted. The resulting indolopyrazolocarbazole inhibited Pim isoforms 1–3 whereas it did not impair the activity of two known targets of K252c, protein kinase C isoforms α and γ . The lead compound exhibited same cytotoxic activity as K252c toward both human leukemia and colon carcinoma cell lines (K562 and HCT116), strongly suggesting that this new scaffold deserves further investigations for treatment of malignancies associated with kinases activities

La douleur chronique constitue aujourd’hui un problème majeur de santé publique qui touche près de 20% de la population. L’allodynie mécanique, une douleur provoquée par une stimulation normalement non douloureuse, est le symptôme le plus fréquent chez les patients atteints de douleur chronique. Malheureusement, les traitements actuellement disponibles ne sont pas réellement efficaces ou bien présentent d’importants effets secondaires ou contre-indications. L’objectif de ce projet est de concevoir, synthétiser et évaluer biologiquement des inhibiteurs sélectifs de protéines kinases pour le traitement de l’allodynie mécanique. Au cours de ce travail de thèse, nous avons découvert de nouveaux inhibiteurs sélectifs de p38α, une protéine kinase bien connue pour son implication dans la douleur chronique et l’allodynie mécanique. Une étude des relations structure-activités a été réalisée pour identifier les éléments structuraux importants permettant d’améliorer l’activité des molécules in vitro et in vivo sur un modèle animal. Les meilleures molécules ont présenté des IC50 submicromolaires sur p38α et une forte inhibition de l’allodynie mécanique in vivo
Chronic pain is a global public health priority which affects more than 20% of Europeans. Mechanical allodynia, a pain in response to normally innocuous stimuli, is one of the most prevalent pain symptoms. Despite intensive research toward the study of pain mechanisms, currently available treatments of pain are not always effective, and can produce side-effects. In this context, the aim of the project is to design, synthesize and evaluate selective inhibitors of protein kinases for the treatment of mechanical allodynia. During this PhD work, new selective inhibitors of the protein kinase p38α has been discovered. This protein kinase is known for its implication in chronic pain and mechanical allodynia. A structure-activity relationship study was performed to identify the important structural features allowing a gain of activity of molecules in vitro and in vivo using an animal model. The best compounds showed submicromolar IC50 values toward p38α and a strong inhibition of mechanical allodynia in vivo

Avec près de 150 000 décès estimés en 2012 d’après l’Agence internationale pour la Recherche sur le Cancer, le cancer représente la première cause de mortalité en France. Cette maladie est caractérisée par la prolifération anarchique et incontrôlée de certaines cellules de l’organisme qui échappent aux mécanismes de contrôle. A l’heure actuelle, les thérapies anticancéreuses visent principalement ces cellules tumorales en agissant sur des protéines qu’elles surexpriment, telles que les récepteurs aux facteurs de croissance à activité tyrosine kinase.Nos travaux se sont essentiellement portés sur quatre de ces récepteurs : l’EGFR (Epidermal Growth Factor Receptor), le VEGFR (Vascular Endothelial Growth Factor Receptor), le PDGFR (Platelet-Derived Growth Factor Receptor) et le récepteur c-Kit. Plusieurs hétérocycles azotés (quinazoline, benzotriazine, thiénopyrimidine) se différenciant par leur motif anilino ou aryloxy en position 4 ont été conçus, synthétisés et évalués pharmacologiquement. Parmi ces produits, les 4-aryloxyquinazolines substituées en position 7 par des chaînes aminoalkoxy se sont révélées être de puissants inhibiteurs des récepteurs VEGFR, PDGFR et c-Kit présentant un fort pouvoir anti-angiogénique. En parallèle de ces travaux, des dérivés de type 2-aminoquinazoliniques ont été conçus. Ces composés substitués par différentes anilines en position 4 ont montré un pouvoir antiprolifératif intéressant grâce à leur intercalation entre les paires de bases de l’ADN
According to the International Agency for Research on Cancer, cancer is the first cause of death in France with about 150 000 deaths estimated in 2012. This disease is characterized by anarchistic and uncontrolled proliferation of cells that escape control mechanisms. Currently, the anticancer drugs target mainly the cancerous cells that overexpress proteins, such as growth factor receptors with tyrosine kinase activity.Our work is mainly carried on four of these receptors: EGFR (Epidermal Growth Factor Receptor), VEGFR (Vascular Endothelial Growth Factor Receptor), PDGFR (Platelet-Derived Growth Factor Receptor) and c-Kit receptor. Several heterocycles (quinazoline, benzotriazine, thienopyrimidine) differing by their aniline or aryloxy moiety in C-4 position were designed, synthesized and evaluated. Among these products, the 4-aryloxyquinazolines substituted by aminoalkoxy chains in C-7 position have the characteristic to be potent inhibitors of VEGFR, PDGFR and c-kit receptor with high anti-angiogenic potency. Simultaneously, 2-aminoquinazoline derivatives were designed. These compounds substituted by various anilines in C-4 position showed interesting antiproliferative activity through their intercalation between the pairs of DNA bases

Dans le cadre d’un projet de drug design, l’amélioration de la prédiction de l’affinité représente toujours un défi malgré les nombreux efforts déployés dans ce sens. De plus, les constantes cinétiques d’association et de dissociation sont d'un intérêt majeur pour la découverte de nouveaux médicaments, notamment au stade précoce de l'optimisation des molécules afin de mieux évaluer leurs tolérances et efficacités. De par la récente émergence des études de constantes cinétiques, il existe peu de méthodes de prédiction de ces dernières et aucune approche efficace n'a encore été développée pour estimer correctement ces paramètres cinétiques.En relevant ces deux défis, le premier volet de cette thèse consiste au développement de nouvelles méthodes qui permettent dans un premier temps d’améliorer la prédiction de l’affinité par docking flexible et dans un deuxième temps la prédiction des constantes cinétiques d’association et de dissociations (kon et koff) grâce à des simulations de dynamique moléculaire accélérées.Dans le second volet de cette thèse, nous avons conçu de nouveaux inhibiteurs des LIM kinases, cibles émergentes impliquées dans plusieurs physiopathologies incluant la neurofibromatose et le cancer. Nos composés ont de bonnes affinités et sélectivités in vitro, et d’excellentes activités et tolérances évaluées sur des tests cellulaires
In a drug design project, improving the prediction of affinity is still an issue despite the considerable efforts made in this direction. In addition, binding kinetic constants are of major interest for the discovery of new drugs, in particular at the early stage of molecules optimization to better evaluate their tolerance and efficacy. Due to the recent emergence of the importance of binding kinetics, methods of kinetic rates prediction remain scarce and no efficient computational approach has still been developed to correctly estimate kinetic parameters.In order to challenge these two problematics, the first part of this thesis consists in the development of new methods that allow, first, to improve the prediction of affinity by a flexible docking and, second, to predict the ligand binding/unbinding pathways and binding kinetic rates (kon and koff) by enhanced molecular dynamics simulations.In the second part of this thesis, we have designed novel inhibitors of LIM kinases, emerging targets involved in several pathophysiologies including neurofibromatosis and cancer. Our compounds have good affinities and selectivities in vitro, and excellent activities and tolerances evaluated on cellular tests

Les parasites apicomplexes sont ubiquitaires et ont une forte incidence en médecine humaine et vétérinaire. Certains de ces parasites, comme Plasmodium falciparum, l’agent du paludisme, ou Toxoplasma gondii, l’agent de la toxoplasmose, posent des problèmes de santé publique. Les thérapies existantes montrent parfois une efficacité limitée, une forte toxicité et entraînent des résistances, d’où la nécessité de nouvelles approches plus spécifiques. Dans ce contexte, nous avons développé deux approches d’inhibition des apicomplexes : -la synthèse de biphénylimidazoazines à large spectre efficaces au micromolaire sur cinq parasites apicomplexes différents in vitro. -la synthèse d’imidazo[1,2-b]pyridazines ciblant spécifiquement une protéine kinase (CDPK1) de T. gondii et efficaces au submicromolaire sur le parasite in vitro. Une diminution de plus de 90 % de la charge parasitaire chez la souris et une innocuité à court terme font de ces imidazo[1,2-b]pyridazines de bons candidats thérapeutiques
Apicomplexan parasites are ubiquitous and have a strong incidence in veterinary and human medicine. Some of them, like Plasmodium falciparum, causing malaria, or Toxoplasma gondii, causing toxoplasmosis, are matter of public health concern. The existing therapies may have limited efficiency, high toxicity, and may lead to resistance, highlighting the necessity of new more specific approaches. In this context, we have developed two approaches to inhibit Apicomplexa: -the synthesis of biphenylimidazoazines with broad-spectrum and efficient at the micromolar range on five different apicomplexan parasites in vitro. -the synthesis of imidazo[1,2-b]pyridazines specifically targeting a kinase protein (CDPK1) of T. gondii and efficient at the submicromolar range on the parasite in vitro. More than 90% diminution of parasite burden in mice and short term safety make these imidazo[1,2-b]pyridazines good therapeutic candidates

Ce manuscrit porte sur la conception, la synthèse et l’évaluation biologique d’analogues de l’oroïdine, monomère de la benzosceptrine C. Ces molécules sont issues de la famille des pyrrole-2-aminoimidazoles, isolées d’éponges marines. La stratégie de simplification et de diversification structurale a conduit à l’identification d’un hit sélectif, inhibiteur de la kinase Aurora B. Celle-ci joue un rôle essentiel dans la division cellulaire et son inhibition conduit à des anomalies mitotiques sévères. De plus, elle est surexprimée dans de nombreux cancers, en faisant une cible thérapeutique de choix en oncologie. L’objectif du projet, à l’interface entre la chimie et la biologie, était de synthétiser un composé chef de file pouvant conduire à un candidat médicament à visée anticancéreuse. Le squelette du hit est constitué de trois parties : une partie 4,5-dibromopyrrole, une partie imidazo[1,2-a]pyrimidine et enfin un linker alcyne. Le travail de chimie médicinal s’est articulé autour de ces trois sites de modulation structurale, qui ont été successivement modifiés et font l’objet des chapitres II à IV, après le chapitre I dédié à l’introduction. Finalement, quatre-vingt deux dérivés ont été synthétisés et évalués in vitro sur Aurora B et un panel de kinases impliquées dans différentes pathologies. Plusieurs analogues se sont avérés très actifs, avec des IC50 allant jusqu’à 34 nM, soit 150 fois plus actifs que le hit initial. Le dernier chapitre porte sur l’étude du mode d’action des inhibiteurs les plus actifs. Des études de cinétiques enzymatiques ont mis en évidence un mode d’inhibition non-ATP compétitif, jusqu’alors jamais décrit pour Aurora B. Par ailleurs, des expériences d’immunomarquage ont permis d’évaluer et de quantifier les effets du meilleur composé sur les cellules traitées, montrant des résultats cohérents avec l’inhibition d’Aurora B. Enfin, des études de modélisation moléculaire avec le meilleur inhibiteur nous ont permis de situer le site de fixation potentiel de nos inhibiteurs afin de poursuivre les pharmacomodulations et l’étude SAR. Le manuscript se termine par une conclusion générale et des perspectives qui proposent des pistes pour optimiser les propriétés physicochimiques et pharmacocinétiques afin d’améliorer les propriétés nécessaires à un candidat médicament
This manuscript describes the design, synthesis and biological evaluation of oroidin analogs. Oroidin is a monomer of benzosceptrin C, belonging to the pyrrole-2-aminoimidazole family, isolated from marine sponges. The simplification and structural diversification approaches led us to the identification of a non-natural hit displaying selective inhibitory activity against the kinase Aurora B. This kinase plays a key role in cell division and its inhibition leads to severe mitotic abnormalities. Aurora B is found to be up-regulated in many human cancers, indicating that this kinase is a cancer-relevant target. The objective of the study at the interface between chemistry and biology is to optimize the discovered hit into a lead. The hit scaffold is divided in three parts: the 4,5-dibromopyrrole, the imidazo[1,2-a]pyrimidine and the alkyne moieties. After the first introductive chapter, chapters II to IV are dedicated to the pharmacomodulations of each part. We finally managed to synthesize eighty-two analogs for in vitro evaluations toward Aurora B and a panel of kinases involved in diverse human pathologies. Several compounds were found to be very active with IC50 down to 34 nM, displaying a 150-fold higher activity than the initial hit. The last chapter discusses the mode of action of the most active inhibitors from the hit expansion. The enzymatic kinetic assays revealed an uncommon mode of action with allosteric inhibitors (type IV) of Aurora B. Immunostaining experiments highlighted the typical effects of Aurora B inhibition in treated cells as well as its quantification. At last, molecular docking study with the best inhibitor showed the most probable allosteric binding pocket of Aurora B, providing crucial support in hit-to-lead optimization. In conclusion and perspectives, the efforts to be pursued in order to improve physicochemical and pharmacokinetic properties in the lead-to-candidate process are pointed

La neurofibromatose de type 1 (NF1) est une maladie génétique qui se manifeste entre autre par l'apparition de tumeurs bénignes localisées au niveaux des terminaux nerveux appelés neurofibromes cutanés (NFc). Au cours de ces dernières années, de nouvelles cibles thérapeutiques sont apparues telles que les LIM kinases (LIMKs), enzymes responsables du dynamisme du cytosquelette et dont la suractivation est liée à différentes pathologies comme la NF1, le glioblastome ou l'ostéosarcome. Un travail de chimie médicinale a été donc initié dans le but de concevoir de nouveaux inhibiteurs sélectifs des LIMKs. Dans un premier temps, des études de relations structure-activité (RSA) ont été réalisées sur les 3 principaux sites de pharmacomodulations du composé de type pyrrolopyrimidine préalablement développé par notre équipe. Le développement de différentes stratégies de synthèse a été entrepris permettant un accès efficace à un grand nombre de produits finaux (84). L'optimisation de la partie aniline des composés a mené à la synthèse de 49 inhibiteurs des LIMKs, avec des constantes d'inhibition inférieures à 5 nM pour certains d'entre eux. Par la suite, l'élaboration d'une voie de synthèse optimisée en 15 étapes a permis de remplacer le cycle central 3,6-dihydropyridine jusqu'alors inchangé, par un dérivé de l'acide 1-aminocyclohex-3-ène-1-carboxylique. Enfin, une nouvelle série d'inhibiteurs a été préparée en remplaçant la base hétérocyclique pyrrolo[2,3-d]pyrimidine par des dérivés 7-azaindoliques. Nous avons observé une meilleure sélectivité pour les LIMKs vis-à-vis des ROCKs pour les 23 produits obtenus. Des évaluations in vitro approfondies de nos meilleurs inhibiteurs sur plusieurs lignées cellulaires ont mené à la sélection de deux composés pour être utilisés lors d'essais in vivo sur un modèle de souris original de NF1. En parallèle, de nouveaux modes d'inhibition des LIMKs ont été développés avec la synthèse d'un inhibiteur irréversible ciblant LIMK1, ainsi que 4 PROTACs qui ont provoqué la dégradation des LIMKs par la voie protéasome-ubiquitine sur plusieurs lignées cellulaires
Neurofibromatosis type 1 (NF1) is a genetic disease characterized by the development of cutaneous neurofibromas (cNF) (benign tumors) located at nerve endings. LIM kinases (LIMKs), enzymes responsible for cytoskeleton dynamics, have emerged in recent years as valid therapeutic targets for this disease. These enzymes are overactivated in several pathologies including NF1, glioblastoma or osteosarcoma. A medicinal chemistry project was therefore initiated with the aim of designing new selective inhibitors of LIMKs. Initially, structure-activity relationship (SAR) studies were conducted on the 3 main pharmacomodulation sites of the pyrrolopyrimidine-type compounds previously developed by our team. The development of various synthetic strategies was undertaken, allowing efficient access to a large number of final products (84). Optimization of the aniline portion of the compounds led to the synthesis of 49 LIMKs inhibitors, with inhibition constants lower than 5 nM for several derivatives. Subsequently, an optimized 15 steps synthetic route was developed to replace the previously unchanged central ring 3,6-dihydropyridine with a derivative of 1-aminocyclohex-3-ene-1-carboxylic acid. Finally, a new series of inhibitors was developed by replacing the heterocyclic pyrrolo[2,3-d]pyrimidine base by 7-azaindole derivatives. Improved LIMK vs. ROCK selectivity was observed among the 23 obtained products. Following extensive in vitro evaluation of our best inhibitors on several cell lines, two compounds were selected for in vivo trials on an original mouse model of NF1. In parallel, new modes of LIMKs inhibition were developed with the synthesis of an irreversible inhibitor targeting LIMK1, as well as 4 PROTACs that induced LIMKs degradation through the ubiquitin-proteasome system in several cell lines