Optimization of cyclooxygenase inhibition applied to prostate cancer treatment
Optimisation du concept d'inhibition de Cyclooxygénase dans le traitement du cancer de la prostate
Résumé
Acetylsalicylic acid, a molecule found in willow bark's extracts, has been used for thousands of years as an antiinflammatory and analgesic agent. During the 80's, the discovery of cyclooxygenase as a target for this enzyme inhibitor revived the interest in non steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) research. The existence of several isoforms of COX has been proven more recently, and each one has been associated with different effects NSAIDs can have. This led to the emergence of therapeutics targeting a single isoform, in an attempt to lower the side effects of non-specific drugs. Even if still discussed, the usefulness of this new type of molecules in the cancer pathology has recently been showed, particularly on prostate cancer cells. Our study consists in optimizing cyclooxygenase inhibitors to achieve more efficacy in chemotherapy and chemoprevention of this kind of disease. First of all, the use of a peptide vector that can be recognized and cleaved by the prostate specific antigen (a protease active exclusively in the prostate) while carrying a COX-2 inhibitor and capable of, after cleavage followed by intramolecular rearrangement, releasing the active moiety appealed to us in a targeted therapy approach. The conception, synthesis and study of a novel spacer allowing us to link the COX-2 inhibitor to a peptide while permitting a cleaving – rearrangement sequence to occur after PSA recognition were conducted and gave promising results. In parallel, adding to a COX inhibitor an other active moiety under the form of a prodrug was looked into. Nitric oxide (NO), an ubiquitous radical messenger, displays surprising pharmacological properties in a wide array of tissues, be it as a vasodilatator, gastric mucosa protector and even in cancer chemotherapy. The synthesis of a wide panel of innovative compounds, COX-2 selective or not, able to release both NO and the inhibitor seemed interesting, especially when considering the amount of contradictory bibliographic data presenting the mode of action of this type of drugs. Once obtained, the in-depth analysis of the metabolic pathway underwent by our molecules had to be studied in order to shed light on the biological mechanisms underlying their effects. Using various techniques, such as ex vivo vasodilatation experiments on rat aorta strips and electron spin resonance measurements, we were able to access metabolization kinetics of these prodrugs; while classical enzymatic inhibition assays on human whole blood and proliferation assays on human prostatic cancer cell lines revealed the therapeutic interest of our compounds. Finally, combining the peptide vector and the NO donor on a cyclooxygenase inhibitor was attempted.
L'acide acétylsalicylique, molécule dérivée d'extraits de saule, est utilisé depuis des milliers d'années comme antiinflammatoire et analgésique. La découverte au cours des années 80 de la cyclooxygénase, cible de cet inhibiteur enzymatique, a relancé la recherche de nouveaux anti-inflammatoires non stéroïdiens (AINS). C'est la mise en évidence de l'existence de plusieurs isoformes de la COX et l'attribution des effets pharmacologiques des inhibiteurs de cyclooxygénase à ces différents isoformes qui a permis l'émergence de nouvelles thérapeutiques minimisant les effets secondaires gastriques des AINS. Bien qu'encore controversé, l'intérêt de ce type de composés dans la pathologie cancéreuse a été récemment montré, en particulier dans le cancer de la prostate. Notre étude consiste en l'optimisation de composés inhibiteurs de cyclooxygénase afin de les rendre plus efficaces dans la chimioprévention et la chimiothérapie de ce type de maladie. Tout d'abord, la vectorisation d'un inhibiteur sélectif COX-2 par un peptide pouvant être reconnu et clivé par l'antigène prostatique spécifique (protéase active uniquement au niveau de la prostate), et capable, après ce clivage, d'amorcer une réaction intramoléculaire conduisant à la libération du principe actif, nous a paru pertinente dans le cadre d'une thérapie ciblée. La conception, la synthèse et l'étude d'un espaceur novateur permettant de lier l'inhibiteur COX au peptide et d'obtenir ce type de réarrangement ont ainsi été menées et ont débouché sur des résultats prometteurs. En parallèle, l'adjonction d'une seconde entité active à un composé inhibiteur COX sous la forme d'une prodrug a été envisagée. Le monoxyde d'azote NO, radical messager ubiquitaire, possède des propriétés pharmacologiques étonnantes dans un grand nombre de tissus, que ce soit en vasodilatation, protection des muqueuses gastriques mais également dans le cadre du traitement d'un cancer. Synthétiser un nombre important de composés, inhibiteurs sélectifs ou non de COX-2, pouvant, après métabolisation libérer à la fois NO et l'inhibiteur nous a semblé intéressant, en particulier compte tenu de la controverse actuelle sur les modes d'actions réels de ces composés. Après leurs synthèses, l'analyse approfondie du devenir métabolique de ces molécules a dû être menée pour tenter de comprendre leur prise en charge par le système enzymatique. C'est par le biais de différentes évaluations pharmacologiques aussi variées que l'étude de la vasodilatation aortique ex-vivo ou la résonance paramagnétique électronique, que les cinétiques de métabolisation ont pu être abordées ; et c'est en réalisant des mesures d'inhibitions enzymatiques (sur sang humain) et de prolifération cellulaire (sur lignées cancéreuses humaines) que le potentiel thérapeutique de nos composés a pu être estimé. Enfin, la combinaison de ces deux approches par la conception et la synthèse de composés inhibiteurs de cyclooxygénase / donneurs de NO vectorisés a été abordée.