Synthesis and study of the cytotoxic mechanism of half-sandwich organoiridium complexes

Le développement de complexes organométalliques cytotoxiques constitue un domaine prometteur dans la recherche de nouveaux agents de chimiothérapie. Les complexes d’iridium(III) à ligand arène (ou semi-sandwich) sont actuellement étudiés à cet effet, néanmoins leur mécanisme d’action reste mal défini à l’échelle moléculaire. Dans cet esprit, nous avons introduit une série de dix complexes semisandwich originaux comportant un ligand chélatant de type phényloxazoline. La toxicité de ces complexes dans la lignée HeLa a pu être partiellement corrélée à leur capacité à produire du peroxyde d’hydrogène à partir de NADH, démontrée à la fois in vitro et in vivo. Parmi cette série, un complexe en particulier a montré des propriétés remarquables. Nous avons donc étudié plus précisément la réponse cellulaire suite au traitement par ce complexe. Sur plusieurs lignées cellulaires, il montre un mécanisme d’action différent d’un antimitotique utilisé en chimiothérapie, conduisant à la mort cellulaire par la voie intrinsèque de l’apoptose. Au niveau moléculaire, la formation d’adduits covalents entre les complexes semi-sandwich et la chaine latérale de certains acides aminés a pu être mise en évidence par spectrométrie de masse. Afin d’obtenir plus d’informations sur la localisation intracellulaire de ces métallodrogues, un complexe d’iridium comportant un ligand phényloxazoline-BODIPY fluorescent a été synthétisé. Le substituant BODIPY étant très lipophile, nous souhaitions adresser le complexe vers des compartiments subcellulaires riches en membranes tout en suivant son internalisation par microscopie de fluorescence. Comme attendu, ce complexe se localise principalement dans le réticulum endoplasmique et la mitochondrie et perturbe le trafic intracellulaire. Grâce à ce complexe, des protéines comportant des adduits fluorescents ont pu être visualisées, suggérant une affinité préférentielle pour certaines cibles. Afin de les identifier, nous avons synthétisé un complexe comportant une fonction bioorthogonale azoture. Grâce à la chimie click, la localisation intracellulaire des complexes semi-sandwich a pu être étudiée de façon moins biaisée. De plus, cette stratégie permettra de purifier les protéines ciblées par le complexe et à terme, de les identifier par spectrométrie de masse protéomique.The development of novel transition metal complexes with cytotoxic properties as potential anticancerdrugs is of increasing interest. Half-sandwich complexes of iridium(III) including various coligands are currently investigated to this purpose but their molecular mechanism of action is still poorly understood. In this line, we have introduced a series of ten complexes including phenyloxazoline derivatives as chelating ligands and showed that their cytotoxicity on HeLa cells was partly linked to their ability to raise intracellular H2O2 levels, presumably by catalysis and depletion of intracellular NADH. Amongst this series, one complex in particular showed excellent properties both in vitro and in live cells, we undertook to further characterize the cellular response upon exposure to this complex. Several cell lines and biological techniques were employed to unveil some putative mechanisms of cellular response. We also demonstrated using mass spectrometry that half-sandwich complexes are able to form covalent adducts with some amino-acids’ side chain. A convenient strategy to get insight into the mechanism of action of metal-based drugs is to append a fluorescent reporter group which enables their intracellular tracking and the analysis of their subcellular distribution. To this end, we designed a half-sandwich iridium complex comprising a modified phenyloxazoline ligand to which was appended a BODIPYentity, also chosen to address the drug to membrane-rich organelles. This complex was able to form fluorescent adducts with a subset of proteins upon treatment of live cells. To identify these binding partners, we synthesized a half-sandwich iridium complex comprising a bio-orthogonal reactive function ready to perform chemoselective (“click”) ligations with relevant molecules (fluorophore,biotin). This new complex will allow us to get unbiased insight into its intracellular behaviour and interm identify its protein targets, providing a new entry to the development of half-sandwich iridium based anticancer drugs