Diazepinones targeting Metastatic Melanoma

Le mélanome cutané constitue la forme la plus agressive des cancers de la peau. Malgré les nombreux efforts de prévention mis en place, son incidence est en forte augmentation ces dernières décennies. Alors que le mélanome est un cancer de bon pronostic lorsqu’il est diagnostiqué précocement, il devient très difficile à traiter lorsqu’il atteint des stades plus avancés, notamment lorsqu’il s’est métastasé. Malgré tout l’arsenal thérapeutique à leur disposition, les médecins se retrouvent face à des taux de réponse limités. Le développement de nouveaux médicaments susceptibles de répondre à ces besoins thérapeutiques est donc devenu un défi majeur de santé publique. Dans ce contexte, une série de composés hétérocycliques, basés sur le motif pyrido-imidazodiazépinone ont été identifiés comme possédant des activités anticancéreuses prometteuses. Parmi ces composés, le JMV5038 a montré des activités de l’ordre du micromolaire sur plusieurs lignées de mélanome, et une absence de toxicité sur fibroblastes. De plus, ces composés semblent posséder un mécanisme d’action original par rapport aux anticancéreux utilisés en clinique, ce qui pourrait constituer à terme une nouvelle stratégie thérapeutique pour la prise en charge du mélanome. Cependant, ces composés présentent une faible solubilité aqueuse et leur cible pharmacologique reste à identifier, ce qui constitue un frein pour leur futur développement. Dans ce cadre, mes travaux de thèse se sont développés autour de trois axes de recherche : l’amélioration de la solubilité aqueuse du JM5038 et de ses dérivés, l’étude de relation structure-activité (RSA) autour du motif pyrido-imidazodiazépinone et la recherche de la cible du JMV5038 et de ses dérivés. Concernant l’amélioration de la solubilité aqueuse, la formation de sels du JMV5038 a été étudiée et le sel de mésylate du JMV5038 s’est révélé plus soluble que son analogue base. Plusieurs formulations de ce sel ont ensuite été évaluées par DLS et une formulation a permis d’obtenir des solutions concentrées, injectables par IV et stables dans le temps. En parallèle, une encapsulation de ce principe actif dans des microparticules hybrides de silice et d’huile végétale a été mise au point. L’encapsulation du JMV5038 a permis d’obtenir des particules monodisperses (≈ 650 nm) qui permettent un piégeage et un relargage efficace et contrôlé du JMV5038 tout en le protégeant de la dégradation. Des tests de viabilité cellulaires ont aussi montré que ces particules permettaient de conserver l’activité du principe actif sans pour autant être cytotoxique vis-à-vis de fibroblastes sains. Cependant, la taille des particules limite leur utilisation à des applications intratumorales, topiques ou sous-cutanées. Enfin, une approche pro-drogue a été étudiée en fixant un transporteur dérivé d’acide aminé sur la structure du JMV5038. Plusieurs approches synthétiques ont été étudiées, mais des problèmes de stabilité du cycle 1,3-diazépine ont été mis en évidence. Concernant, les études de RSA, nous nous sommes concentrés sur la poursuite de la modulation des positions 2 et 4 du noyau 1,3-diazépine et sur l’exploration des positions pyridiniques. Au total, une cinquantaine de composés ont été synthétisés. Nous avons pu mettre en évidence notamment, l’importance de la modulation de la position 8 du noyau pyrido-imidazopyridine. En effet, parmi les composés synthétisés, neuf se sont révélés plus actifs que le JMV5038 et vingt-et-un possèdent une activité inférieure à 10 µM sur lignée A375. Le composé le plus actif de cette série est trente et une fois plus actif que le JMV5038 sur lignée A375 (IC50 = 67 ± 0.5 nM). Enfin, concernant la recherche de la cible du JMV5038, des approches de protéomique chimique dites « directe » et « indirecte » ont été étudiées. Huit sondes et huit pré-sondes dérivant de la structure du JMV5038, ainsi que trois sondes non actives ont été conçues et synthétisées. Une première expérience de protéomique a été réalisée.Malignant melanoma is the most aggressive form of skin cancer. Despite the numerous prevention efforts put in place, its incidence has been rising sharply in recent decades. While melanoma has a good prognosis when diagnosed early, it becomes very difficult to treat when it reaches more advanced stages, especially when it has metastasized. Despite the various therapeutic arsenal at their disposal, clinicians are faced with limited response rates. The development of new drugs to meet these therapeutic needs has therefore become a major public health challenge. In this context, a series of heterocyclic compounds incorporating a pyrido-imidazodiazepinone moiety have been identified as having promising anticancer activities. Among these compounds, JMV5038 has shown micromolar activities on several melanoma cell lines, and a lack of toxicity on fibroblasts. Moreover, these compounds seem to have an original mechanism of action compared to the anticancer drugs used in the clinic, which could eventually constitute a new therapeutic strategy to fight against advanced melanoma. However, these compounds present a low aqueous solubility and their pharmacological target remains to be identified, which constitutes limitations for their future development. In this context, my thesis work was based on three research axes: the improvement of the aqueous solubility of JM5038 and its derivatives, the study of structure-activity relationship (SAR) around the pyrido-imidazodiazepinone moiety, and the search for the target of JMV5038 and its derivatives. Regarding the improvement of aqueous solubility, the formation of salts of JMV5038 was studied and the mesylate salt of JMV5038 was found to be more soluble than its base analog. Several formulations of this salt were then evaluated by DLS and one formulation provided concentrated solutions, which were IV injectable and stable over time. In parallel, an encapsulation of this active ingredient in hybrid microparticles of silica and vegetable oil was developed. The encapsulation of JMV5038 resulted in monodisperse particles (≈ 650 nm) that allow efficient and controlled entrapment and release of JMV5038 while protecting it from degradation. Cell viability tests also showed that these particles allowed the active ingredient to remain active without being cytotoxic towards healthy fibroblasts. However, the size of the particles limits their use to intratumoral, topical, or subcutaneous applications. Finally, a pro-drug approach was studied by attaching an amino acid-derived transporter to the JMV5038 structure. Different synthetic pathways were studied, but stability problems of the 1,3-diazepine ring were highlighted. Concerning, RSA studies, we focused on further modulations of the positions 2 and 4 of the 1,3-diazepine ring and the exploration of the pyridine positions. In total, about fifty compounds were synthesized. We were able to highlight the importance of the modulation of position 8 of the pyrido-imidazopyridine ring. Indeed, among the synthesized compounds, nine were more active than JMV5038 and twenty-one had an activity lower than 10 µM on the A375 cell line. The most active compound of this series is thirty-one times more active than JMV5038 on line A375 (IC50 = 67 ± 0.5 nM). Finally, regarding the search for the target of JMV5038, both "direct" and "indirect" chemical proteomics approaches were studied. Eight probes and eight clickable probes derived from the JMV5038 structure, as well as three non-active probes, were designed and synthesized. A first proteomics experiment was performed