Design, synthesis and evaluation of multivalent glycosidase ligands of therapeutic interest : Pompe, gaucher diseases and type 2 diabetes
Conception, synthèse et évaluation de ligands multivalents de glycosidases d'intérêt thérapeutique : maladies de Pompe, de Gaucher et diabète de type 2
Résumé
The three-dimensional structure of a protein is essential to its activity. Many pathologies are due to protein defects. Among them, Pompe disease and Gaucher disease, two lysosomal storage diseases, are respectively due to an enzyme deficiency in acid α-glucosidase (GAA) and β-glucocerebrosidase (GCase). Recently, a new therapeutic strategy for this type of disease has emerged: pharmacological chaperone therapy. It involves the use of small molecules acting as protein ligands, which allow the correct folding and stabilization of the deficient protein in order to recover all or part of the lost protein activity. In this context, we have synthesized multivalent ligands by click chemistry from known pharmacophores. The aim of multivalency is to improve the affinity and pharmacological effect of the ligand on the enzyme. This strategy, already applied to GCase, has never been developed for GAA. Over 30 compounds were synthesized and evaluated for their biological activity on GAA and GCase. The proof of concept for the use of multivalency to increase compound affinity for GAA was demonstrated. In addition, multivalent and monovalent ligands for GCase, more affine than known pharmacophores, were obtained. Finally, the in cellulo activity of certain compounds, as pharmacological chaperone of GAA, was evaluated. Two multivalent compounds showed interesting increases in residual GAA activity, higher than that observed with their monovalent reference and at 20-fold lower concentrations. Furthermore, as some of the compounds showed high inhibitory activity towards the glycosidases tested, their potential as hypoglycemic agents against type 2 diabetes (T2D) were also assessed. Indeed, hypoglycemic agents are the first-line treatments for T2DM, which according to the WHO affects more than 400 million people. Two enzymatic targets, maltase glucoamylase (MGAM) and α-amylases, which are primarily responsible for sugar hydrolysis and therefore play a key role in our blood glucose levels. The inhibitory activities of certain compounds were then evaluated on two model enzymes. IC50 in the nanomolar range were observed on the MGAM model, and a monovalent compound derived from miglitol (a drug used to treat T2D) showed 30-fold greater inhibitory than this latter. Thus, the results showed that multivalency is a promising strategy in the development of hypoglycemic agents for T2D.
La structure tridimensionnelle d'une protéine est essentielle à son activité. De nombreuses pathologies sont dues à des défauts protéiques. Parmi elles, la maladie de Pompe et la maladie de Gaucher, deux maladies de surcharge lysosomale, sont respectivement dues à une déficience enzymatique en α-glucosidase acide (GAA) et la β-glucocérébrosidase (GCase). Récemment, une nouvelle stratégie thérapeutique pour ce type de maladie a émergé, la thérapie par chaperon pharmacologique. Celle-ci consiste en l'utilisation de petites molécules, ligands de la protéine, qui vont permettre le bon repliement et la stabilisation de la protéine déficiente afin de récupérer la totalité ou une partie de l'activité protéique perdue. Dans ce contexte, nous avons synthétisé des ligands multivalents par chimie " click " à partir de pharmacophores connus. La multivalence a pour but d'améliorer l'affinité et l'effet pharmacologique du ligand pour l'enzyme. Cette stratégie déjà utilisée avec la GCase n'a jamais été développée avec la GAA. Plus de 30 composés ont été synthétisés et leur activité biologique a été évaluée vis-à-vis de la GAA et la GCase. La preuve de concept de l'utilisation de la multivalence afin d'augmenter l'affinité du composé pour la GAA a été démontrée. De plus, des ligands multivalents et monovalents pour la GAA et la GCase, plus affins que les pharmacophores connus, ont été obtenus. Pour finir, l'activité in cellulo de certains composés, comme chaperon pharmacologique de la GAA, a été évaluée. Deux composés multivalents ont montré des augmentations intéressantes de l'activité résiduelle de la GAA, supérieure à celle observée avec leur référence monovalente et à des concentrations 20 fois plus faibles. Par ailleurs, comme certains objets ayant montré une activité inhibitrice élevée envers les glycosidases testées, leur potentiel hypoglycémiant a également été évalué. En effet, les hypoglycémiants sont les traitements de première intention contre le diabète de type 2 (DT2), qui d'après l'OMS impacte plus de 400 millions de personnes. Deux cibles enzymatiques, la maltase glucoamylase (MGAM) et lα-amylase, qui sont responsables de l'hydrolyse des sucres et jouent donc un rôle primordial sur la glycémie, ont été sélectionnées. L'activité inhibitrice de certains composés a été évaluée sur deux enzymes modèles. Des IC50 de l'ordre de la dizaine de nanomolaire ont été observées sur le modèle de la MGAM et un composé monovalent, dérivé du miglitol (médicament utilisé contre le DT2), a montré une activité inhibitrice 30 fois supérieure à ce dernier. Les résultats ont ainsi montré que la multivalence était une stratégie prometteuse dans le développement d'hypoglycémiants contre le DT2.
Origine : Version validée par le jury (STAR)