Criblage de petites molécules d'intérêt thérapeutique et recherche de leur mécanisme d'action
Institution:
Toulouse 3Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
The identification of the mechanism of action of small bioactive molecules allows (i) to reveal unexpected pharmacological targets against which new therapeutic molecules that can be developed, (ii) to discover original modes of action that can inspire the development of new drugs, and (iii) to develop biomarkers of response to these treatments. The objective of my thesis was to apply several target identification approaches to small molecules, either new, from a phenotypic screen, or already known but the mechanism of action of which was not identified. In a first part of my work, a phenotypic screen was developed in order to identify in the " Chimiothèque Nationale Essentielle ", new sensitizers to the prototype of a family of DNA-damaging anti-cancer agents, camptothecin (CPT). CPT is a poison of topoisomerase I, inducing a particular type of double-strand DNA breaks (DSB) associated with replication forks. This screen led to the identification of a new sensitizer that we named Shuri1. We have established that Shuri1 induces DSB selectively in replicating cells. We demonstrated that Shuri1 behaves as an inhibitor of the CHK1 protein kinase involved in the signaling of DNA damage. Accordingly, some mutations conferring resistance to a specific CHK1 inhibitor also confer resistance to Shuri1. In a second part of my thesis, I studied the mechanism of action of Jaspine B, a natural molecule derived from marine sponges that exhibits strong cytotoxicity against different human solid tumor cell lines. Previously, several mechanisms have been proposed for Jaspine B, but none accounts for the cellular effects of this molecule. In collaboration with Yves Génisson's team at the SPCMIB in Toulouse, a clickable analogue of jaspine B was synthesized and was localized by cell microscopy as aggregates at the endoplasmic reticulum (ER). Using lipidomics, functional genomics and real-time imaging, we have established a model of the Jaspine B mechanism of action in cancer cells. My work supports that Jaspine B behaves as a prodrug that is bioactivated by one of the ceramide synthases, enzymes involved in ceramide biosynthesis. The N-Acylated Jaspine B thus produced at the ER accumulates as aggregates responsible for the permeabilization of the ER and of the cell leading to cell death. We further established that this mechanism also explains the cytotoxic effects of another lipid produced by marine sponges.
Abstract FR:
L'identification du mécanisme d'action de petites molécules bioactives permet i) de révéler des cibles pharmacologiques inattendues, contre lesquelles pourront être développées de nouvelles molécules thérapeutiques, ii) de découvrir des modes d'actions originaux qui pourront inspirer le développement de nouveaux médicaments et iii) de développer des biomarqueurs de la réponse à ces traitements. L'objectif de ma thèse était d'appliquer plusieurs approches d'identification de cibles à des petites molécules, soit nouvelles, issues d'un crible phénotypique, soit déjà connues mais dont le mécanisme d'action n'était pas identifié. Dans un premier volet de mes travaux, un crible phénotypique a été développé afin d'identifier dans la Chimiothèque Nationale Essentielle de nouveaux sensibilisateurs au prototype d'une famille d'agent anticancéreux endommageant l'ADN, la camptothécine (CPT). La CPT est un poison de la topoisomérase I, inducteur d'un type particulier de cassures double-brin de l'ADN (CDB) associées aux fourches de réplication. Ce crible a conduit à l'identification d'un nouveau sensibilisateur que nous avons nommé Shuri1. Nous avons établi que Shuri1 induit en soi des CDB sélectivement dans les cellules en réplication. Nous avons démontré que Shuri1 se comporte comme un inhibiteur de la protéine kinase CHK1 impliquée dans la signalisation des dommages de l'ADN. De fait, certaines mutations conférant la résistance à un inhibiteur spécifique de CHK1 confèrent également la résistance à Shuri1. Dans un deuxième volet de cette thèse, nous avons étudié le mécanisme d'action de la Jaspine B, une molécule naturelle issue d'éponges marines et qui présente une forte cytotoxicité contre différentes lignées cellulaires tumorales solides humaines. Précédemment, plusieurs mécanismes ont été proposés pour la Jaspine B, mais aucun ne rend compte de l'ensemble des effets cellulaires de cette molécule. En collaboration avec l'équipe d'Yves Génisson du SPCMIB de Toulouse, un analogue "clickable" de la Jaspine B a été synthétisé et a permis de la localiser par microscopie dans la cellule sous la forme d'agrégats au niveau du réticulum endoplasmique (RE). En utilisant la lipidomique, la génomique fonctionnelle et l'imagerie en temps réel, nous avons établi un modèle du mécanisme d'action de la Jaspine B dans des cellules cancéreuses. Nos travaux montrent que la Jaspine B se comporte comme une prodrogue qui est bioactivée par une des céramides synthases, enzymes impliquées dans la biosynthèse des céramides. La Jaspine B N-Acylée ainsi produite au niveau du RE s'accumule sous forme d'agrégats responsables de la perméabilisation du RE et de la cellule qui conduit à la mort cellulaire. Nous avons montré que ce mécanisme explique également les effets cytotoxiques d'un autre lipide issu des éponges marines.