Development of MabA Enzyme Inhibitors and Antibiotic Boosters as Innovative Strategies to fight Tuberculosis

La lutte contre la tuberculose est encore aujourd’hui un enjeu de santé publique majeur au niveau mondial. Cette maladie infectieuse, causée par Mycobacterium tuberculosis, reste en 2020 la première cause de mortalité par un agent infectieux à travers le monde. En plus de ce problème de mortalité, s’ajoute l’émergence de souches résistantes qui complexifient d’autant la prise en charge de cette pathologie. De ce fait, le développement de nouvelles molécules est capital pour obtenir une alternative efficace contre ces bactéries résistantes.Plusieurs stratégies sont explorées pour découvrir de nouvelles molécules, parmi celles-ci la plus classique est le développement de nouveaux médicaments avec un mécanisme d’action original. Cela passe par l’inhibition d’une nouvelle cible qui se doit d’être essentielle, pour entraîner la mort de l’organisme, mais aussi spécifique à la bactérie afin de minimiser les effets secondaires. De plus, inhiber de telles cibles permet de s’assurer une action vis-à-vis des souches résistantes aux médicaments déjà sur le marché.Une seconde stratégie consiste à développer des boosters, qui sont des molécules inactives, capables de potentialiser l’action de médicaments déjà existants. Cela conduit à une amélioration de l’effet sur les souches sensibles mais également au rétablissement de leur action sur les souches résistantes. Dans cette thèse, les avantages et inconvénients de ces deux stratégies sont exposés.Dans une première partie la stratégie consistant à inhiber une cible innovante est présentée. L’enzyme MabA, qui catalyse une étape critique dans la biosynthèse des acides mycoliques chez la bactérie, a été choisie car elle n’a pas d’inhibiteur spécifique connu. Le criblage d’une chimiothèque de fragments sur cette enzyme a été réalisé par LC-MS-MS ce qui a conduit à l’identification de la première famille d’inhibiteurs de MabA. Cette série est articulée autour de l’acide anthranilique. Elle a pu être étudiée et 32 composés ont ainsi été synthétisés afin d’améliorer leur puissance sur l’enzyme et de mieux comprendre les relations structure-activité. Les propriétés physico-chimiques des composés ont également été mesurées. Le mécanisme d’action a été ensuite exploré afin de confirmer l’inhibition de la cible chez la bactérie par diverses techniques et notamment par CCM-14C qui permet d’étudier la biosynthèse des acides gras chez le pathogène.Dans une seconde partie, la stratégie des boosters a été explorée sur l’antituberculeux prétomanide ayant récemment obtenu une AMM dans le cadre du traitement des souches de tuberculose résistantes. Le prétomanide est une prodrogue activée in bacterio par la Ddn (Déazaflavine dépendante nitroréductase), ce qui conduit à la libération de monoxyde d’azote toxique pour la bactérie par son action sur la chaîne respiratoire. Un criblage phénotypique sur souches résistantes en présence ou non du prétomanide a été réalisé. Cela a conduit à l’identification d’une famille chimique, possédant un cycle norbornène, capable de potentialiser l’effet du prétomanide. Des études de relations structure-activité ont conduit à la synthèse de 55 composés et ont permis d’améliorer les connaissances autour de cette famille. Les propriétés ADME ont été mesurées et un composé a été sélectionné pour une preuve de concept in vivo. Afin de préparer cette expérience, ce composé a été formulé dans une solution aqueuse en présence de cyclodextrine-HP et les interactions conduisant à cette solubilisation ont été étudiées par RMN. Le mécanisme d’action est également à l’étude afin d’identifier la cible de ces composés dans la bactérie.In 2020, the fight against tuberculosis is still a major public health issue. Indeed, this infectious disease, caused by Mycobacterium tuberculosis, remains the leading cause of death by an infectious agent throughout the world. In addition to this mortality problem, another issue is the emergence of resistant strains which further complicates the management of this pathology. Therefore, new drugs are required to fight these resistant bacteria.Several strategies are currently being investigated to generate news drugs. Among these, the most classic one is the development of new drugs with an original mechanism of action. This involves the inhibition of a new target which must be essential for bacteria, to cause the death of the organism, but also specific to the bacteria in order to minimize the side effects. In addition, inhibiting such targets makes it possible to ensure an action against drug-resistant strains which are not sensitive anymore to drugs currently on the market.A second strategy consists of developing boosters, which are inactive molecules, capable of potentiating the action of already existing drugs. This potentiation can happen either by improving the effect on sensitive strains or by re-establishing their action on resistant strains, or both. In this thesis, the advantages and disadvantages of these two strategies are exposed.In a first part, the strategy consisting in inhibiting an innovative target is presented. The enzyme MabA, which catalyzes a critical step in the biosynthesis of mycolic acids in the bacteria, was chosen because it does not have any known specific inhibitor. The screening of a fragment chemical library on this enzyme was carried out by LC-MS-MS which led to the identification of the first family of MabA inhibitors. This series shares an anthranilic acid scaffold. 32 compounds were synthesized in order to improve potency on the enzyme and to better understand the structure-activity relationships. The physico-chemical properties of the compounds were also measured. The mechanism of action was then explored in order to confirm the inhibition of the target in the bacteria by various techniques and in particular by TLC-14C, which can be used to study the biosynthesis of fatty acids in the pathogen.In a second part, we searched for boosters of pretomanid, an anti-tuberculosis drug having recently obtained Marketing Authorization for the treatment of resistant tuberculosis strains. Pretomanid is a prodrug activated in bacterio by Ddn (Deazaflavin-dependent nitroreductase), leading to the release of nitric oxide which is toxic to the bacteria by its action on the respiratory chain. A phenotypic screening on resistant strains in the presence or absence of pretomanid was carried out. This has led to the identification of a chemical family, bearing a norbornene ring, capable of potentiating the effect of pretomanid. 55 compounds have been synthesized to explore structure-activity relationships. ADME properties were measured and a lead compound was selected for in vivo proof of concept. For oral administration, this compound was formulated in an aqueous solution in the presence of cyclodextrin-HP and the interactions leading to this solubilization were studied by NMR. The mechanism of action was also studied to identify the target of these compounds in the bacteria