Design, synthesis and characterization of diaryl ether derivatives as new direct inhibitors of the InhA protein of Mycobacterium tuberculosis
Conception, synthèse et caractérisation de dérivés diaryl éthers comme nouveaux inhibiteurs directs de la protéine InhA de Mycobacterium tuberculosis
Résumé
Tuberculosis, despite being a very ancient disease, remains one of the major causes of mortality due to a single infectious agent. In 2021, 10 million people contracted the disease and 1.5 million deaths were directly attributable to it. Despite the availability of a variety of antibiotics, few of them prove effective against the pathogen responsible for tuberculosis, Mycobacterium tuberculosis. This ineffectiveness is primarily due to the impermeable nature of the mycobacterial cell envelope, composed mainly of mycolic acids. Isoniazid, the most widely used first-line antitubercular drug, targets the biosynthesis of these mycolic acids through the protein InhA. Isoniazid acts as a pro-drug requiring activation by the protein KatG. However, the emergence of resistance during the activation stage of isoniazid necessitates the development of direct inhibitors of InhA. The work carried out during this thesis aimed to develop new direct inhibitors of InhA. These inhibitors were designed basedon the structure of a diaryl ether motif, known for its ability to inhibit the enzyme. Dynamic combinatorial chemistry combined with X-ray crystallography was used as a fragment screening method to discover new inhibitors. Three adducts, visualized directly within the active site of the protein, were characterized and showed interactions with the major portal of the protein. In another project, a new family of diaryl ethers with three pharmacophores was designed to fully occupy the substrate binding site. One of the synthesized molecules exhibited sub-micromolar inhibitory activity against InhA. The structure of the corresponding complex was resolved by X-ray crystallography, highlighting a wider opening of one of the protein's regions, called the minor portal. Finally, multi-target approaches, targeting both InhA and the dehydratase complex HadABC of the FAS II system, were also developed during this thesis. Several dual molecules were produced, showing inhibition of InhA activity in the nanomolar range. These molecules also demonstrated inhibition of the growth of different mycobacterial strains.
La tuberculose, bien que maladie très ancienne, est toujours une des causes majeures de mortalité due à un agent infectieux unique. En 2021, 10 millions de personnes ont contracté la maladie et 1.5 millions de décès étaient directement imputables à cette dernière. Malgré la disponibilité de toute une panoplie d'antibiotiques, peu d'entre eux s'avèrent efficaces contre l'agent pathogène responsable de la tuberculose, Mycobacterium tuberculosis. Cette inefficacité est principalement due au caractère imperméable de l'enveloppe cellulaire mycobactérienne, composée majoritairement d'acides mycoliques. L'isoniazide, l'antituberculeux de première ligne le plus utilisé, cible la biosynthèse de ces acides mycoliques via la protéine InhA. L'isoniazide agit comme une pro-drogue nécessitant une activation par la protéine KatG. Cependant, l'émergence de résistances lors de l'étape d'activation de l'isoniazide implique la nécessité de développer des inhibiteurs directs d'InhA. Les travaux réalisés durant cette thèse avaient pour objectif de développer de nouveaux inhibiteurs directs d'InhA. Ces derniers ont été développés autour de la structure d'un motif diaryl éther, connu pour sa capacité à inhiber l'enzyme. La chimie combinatoire dynamique combinée à la cristallographie aux rayons X a été utilisée comme méthode de criblage de fragments pour découvrir de nouveaux inhibiteurs. Trois adduits, visualisés directement à l'intérieur du site actif de la protéine, ont ainsi été caractérisés et montrent des interactions avec le portail majeur de la protéine. Dans un autre projet, une nouvelle famille de diaryl éthers comportant trois pharmacophores a été conçue afin d'occuper entièrement le site de liaison du substrat. Une des molécules synthétisées possède une activité inhibitrice inférieure au micromolaire contre InhA. La structure du complexe correspondant a été résolue par cristallographie aux rayons X, mettant en évidence une ouverture inédite d'une des régions de la protéine, appelée portail mineur. Enfin, des approches multi-cibles, ciblant à la fois InhA et le complexe déshydratase HadABC du système FAS II, ont également été développées durant cette thèse. Plusieurs molécules duales ont été produites et montrent une inhibition de l'activité d'InhA de l'ordre du nanomolaire. Ces molécules montrent également une inhibition de la croissance de différentes souches mycobactériennes.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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