Évaluation de l’activité anticancéreuse in vitro et in vivo de nouveaux dérivés stéroïdiens

Malgré les avancées pharmacologiques, le cancer demeure un problème de santé publique majeur, puisqu’il est responsable d‘un quart des décès en Amérique du nord. La chimiothérapie est une option thérapeutique utilisée comme traitement principal, néo-adjuvant ou adjuvant. Dans plusieurs cas, les médicaments, pas assez sélectifs, s’attaquent aux cellules cancéreuses et aux cellules normales. Ceci engendre plusieurs effets secondaires qui, en plus du cancer lui même, altèrent la qualité de vie des patients. De plus, vu les maintes récidives de cancers et leurs résistances aux agents chimiothérapeutiques, il est nécessaire de développer de nouveaux actifs médicamenteux qui offriront seuls ou en combinaison avec les médicaments déjà existants, de nouvelles options thérapeutiques aux patients. Dans la première partie de cette thèse consacrée à la chimiothérapie anticancéreuse, nous avons dans un premier temps évalué l’activité antitumorale d’un aminostéroïde (RM-133) sur deux modèles de xénogreffes de cancers agressifs à mauvais pronostic (ovaire et pancréas). Après des études de pharmacocinétique couplées à des tests de formulation, le composé RM-133 a bloqué de 63% la prolifération des tumeurs du pancréas (PANC-1) et de 100% celle des tumeurs de l’ovaire (OVCAR-3). Ce composé et 6 autres ont été testés sur 9 lignées cellulaires cancéreuses et 9 modèles cellulaires de cellules non-cancéreuses. Il s’en est dégagé une sélectivité d’action des aminostéroïdes testés vis à vis les cellules normales, dont le modèle de cellules rénales RPTEC qui est un modèle d’évaluation de la toxicité médicamenteuse. De plus, in vitro, la combinaison du RM-133 à la doxorubicine ou à la carboplatine suggère une interaction additive quant à leurs activités antiprolifératives sur les cellules OVCAR-3. L’étude mécanistique de ce composé a révélé qu’il engendre l’apoptose via la voie extrinsèque par activation de la caspase 8 et serait aussi un aggravateur du stress du réticulum endoplasmique, induisant ainsi l’apoptose par médiation de la voie intrinsèque. Une autre série d’aminostéroïdes éthynylés en position C-17 (analogues au RM-133) a été synthétisée grâce à un nouvel outil de synthèse chimique par ancrage sur support solide. Les composés des 3 librairies synthétisées ont été criblés afin d‘évaluer leur activité antiproliférative sur 2 lignées cellulaires de leucémie (HL-60 et JURKAT). De cette étude des relations structure-activité, un des composés portant le noyau azétidine s’est révélé être le plus efficace. Cette nouvelle méthodologie a alors été validée comme outil efficace pour la synthèse de nouveaux aminostéroïdes ethynylés actifs. La deuxième partie de cette thèse traite du développement d’inhibiteurs de la 17β-hydroxystéroïde déshydrogenase de type 3 (17β-HSD3). Les androgènes jouent un rôle clé dans l’évolution du cancer de la prostate hormono-sensible et l’isoforme 3 de la 17β-HSD catalyse la dernière étape dans la biosynthèse de ces androgènes actifs. Une nouvelle famille de 3-spiromorpholinone et 3-spirocarbamate, des dérivés de l’androstérone portant des groupements hydrophobes diversifiés, a été synthétisée et l’activité biologique des différents composés évaluée dans un premier temps avec une fraction microsomale d’un homogénat de testicules de rat comme source d’enzyme (17β-HSD3). Après criblage, le sulfonamide 7e21 et le carboxamide 7e22 se sont révélés comme deux candidats intéressants. Leurs activités inhibitrices 17β-HSD3 étaient de l’ordre du nanomolaire et ces composés ne présentaient pas d’activité androgénique. Cependant, l’activité inhibitrice de tous les composés a été réduite lorsque, dans un deuxième temps, nous avons utilisé un modèle cellulaire artificiel du cancer de la prostate [cellules intactes LNCaP surexprimant la 17β-HSD3 (LNCaP [17β-HSD3]). Par ailleurs, nous avons pour la première fois, évalué l’activité in vivo du composé RM-532-105 (inhibiteur de 17β-HSD3), sur deux xénogreffes de cellules du cancer de la prostate sensibles aux androgènes (LAPC-4 et LNCaP [17β-HSD3]). Ce composé n’a pas inhibé la croissance tumorale induite par le 4-androstène-3,17-dione (4-dione) et les concentrations tumorales de testostérone (T) et de dihydrotestostérone ont augmentées. Ceci traduirait l’existence de voies de contournement pour la synthèse des androgènes, sous l’action d’autres isoformes des 17β-HSDs, au sein des tumeurs. Par ailleurs, l’activité 5α-réductase a été identifiée comme celle métabolisant de façon prédominante le 4-dione en 5α-androstane-3,17-dione dans des cellules LAPC-4. Enfin, nous avons conçu et synthétisé le premier inhibiteur de la 17β-HSD3 renfermant un fluorophore, le dansyl (composé 3). Cet inhibiteur fluorescent traverse la membrane cellulaire, conserve ses propriétés fluorescentes et est distribué à l’intérieur des cellules LNCaP [17β-HSD3], où il inhibe la transformation de 4-dione en T.Despite pharmacological improvements, cancer remains a major public health hazard, since it is responsible for a quarter of deaths in North America. Chemotherapy is often considered for primary, neoadjuvant or adjuvant cancer therapy. In many cases, due to their poor selectivity, drugs attack both the cancerous and normal cells. This causes several side effects, which, in addition to cancer itself, deteriorate patient’s quality of life. In addition, due to cancer relapses and drug resistance, the development of new drugs that offer alone or in combination with existing drugs, new therapeutic options is needed. The first part of this thesis is dedicated to cancer chemotherapy. We initially evaluated the antitumor activity of an aminosteroid derivative (RM-133) on two xenograft models of aggressive cancers with poor prognosis (ovary and pancreas). Following pharmacokinetic studies coupled to formulation tests, RM-133 blocked by 63% the proliferation of pancreas (PANC-1) tumors and 100% of ovarian (OVCAR-3) tumors. This compound and 6 other were tested on nine cancer cell lines and 9 other non-cancerous cells models. A selectivity of action of aminosteroids tested against normal cells emerged, including the model of renal RPTEC cell which is used to study drug toxicity. In addition, in vitro, the combination of RM-133 with doxorubicin or carboplatin suggests an additive interaction, as far as their antiproliferative activities on OVCAR-3 cells is concerned. The mechanistic study of this compound revealed that it triggers apoptosis via the extrinsic pathway by the activation of caspase 8 and would also be an endoplasmic reticulum stress aggravator. As such, inducing apoptosis through the intrinsic apoptosis pathway. Other series of aminosteroids ethynylated at position C-17, similar to RM-133, were synthesized using a new chemical synthesis tool for anchoring on solid support. The synthesized compounds of 3 libraries were screened to assess their antiproliferative activity on two leukemia cell lines (HL-60 and JURKAT). Studying the structure-activity relationship, one of the compounds bearing the azetidine moiety was found to be the most active. This new methodology has then been validated as an effective tool for the synthesis of new ethynylated aminosteroids. The second part of this thesis deals with the development of 17β-hydroxysteroid dehydrogenase type 3 (17β-HSD3) inhibitors. In fact, androgens play a key role in the evolution of hormone-sensitive prostate cancer and isoform 3 of the 17β-HSD catalyzes the last step in the biosynthesis of these active androgens. A new family of androstenone derivatives (3-spiromorpholinone and 3-spirocarbamate) carrying several hydrophobic groups has been synthesized and their biological activity evaluated, in a first time with a microsomal fraction of a rat homogenated testis as source of enzyme (17β-HSD3). After screening, the compounds 7e21 (sulfonamide) and 7e22 (carboxamide) emerged as two interesting candidates. Their 17β-HSD3 inhibitory activities were in the nanomolar range and these compounds showed no androgenic activity. However, the inhibitory activity of all the libraries compounds was reduced when, in a second step, we used an artificial cellular model of prostate cancer, intact LNCaP cells overexpressing 17β-HSD3 (LNCaP [17β-HSD3]). Moreover, for the fist time, we evaluated the in vivo activity of the compound RM-532-105 (inhibitor of 17β-HSD3) on two cell xenograft models of androgen sensitive prostate cancer (LNCaP and LAPC-4 [17β-HSD3] cells). This compound did not inhibit tumor growth induced by 4-androstene-3,17-dione (4-dione) and tumor concentrations of testosterone (T) and dihydrotestosterone increased. This could reveal the existence of alternative pathways for the biosynthesis of androgens, under the action of other 17β-HSD isoforms, within tumors. Moreover, the 5α-reductase activity has been identified as predominantly metabolizing 4-dione into 5α-androstane-3,17-dione in LAPC-4 cells. Finally, we designed and synthesized the very first inhibitor of 17β-HSD3 containing a dansyl fluorophore, (compound 3). This fluorescent inhibitor passes through the cell membrane, keeps its fluorescent properties and is distributed within the LNCaP [17β-HSD3] cells, where it inhibits the conversion of 4-dione into T