InhA, cible pour de nouveaux antituberculeux : étude cristallographique, synthèse et évaluation d'inhibiteurs / Aurélien Chollet  

Public ISBD Titre : InhA, cible pour de nouveaux antituberculeux : étude cristallographique, synthèse et évaluation d'inhibiteurs Titre original : The InHa protein as target for antitubercular drugs : crystallographic studies, synthesis and evaluation of new compounds Type de document : texte imprimé Auteurs : Aurélien Chollet, Auteur ; Bernardes-Genisson, Vania, Directeur de thèse ; Christian Lherbet, Directeur de thèse Année de publication : 2014 Langues : Français (fre) Tags : TUBERCULOSE  INHA  CRISTALLISATION  ADDUIT INH-NADH  TRICLOSAN  CHIMIE MÉDICINALE  AZAISOINDOLINONE  GENZ10850 (GEQ) TUBERCULOSIS  CRYSTALLIZATION  INH-NADH ADDIT  MEDICINAL CHEMISTRY  GENZ10850 (GEQ) Résumé : "La tuberculose demeure un fléau dans le monde avec près de 8,6 millions de nouveaux cas et 1,3 million de décès en 2012. L'émergence de souches résistantes au traitement actuel met en évidence la nécessité de découvrir de nouvelles cibles thérapeutiques et de nouvelles classes de composés chimiques. L'isoniazide est un antituberculeux de première ligne agissant comme une pro-drogue dont le métabolite actif vise principalement la protéine InhA. Cette protéine est une enzyme dépendante du cofacteur NADH et joue un rôle clé dans la biosynthèse des acides mycoliques, éléments essentiels de la paroi cellulaire mycobactérienne. De par cette spécificité, la protéine InhA est devenue une cible de choix dans la conception de nouveaux médicaments antituberculeux. Ainsi, nous nous sommes intéressés dans un premier temps à résoudre la structure tridimensionnelle de la protéine InhA sous sa forme apo (sans ligand) et en présence de son cofacteur, NADH. Des essais de trempage du cristal InhA:NADH ont également été réalisés avec la forme active de l'isoniazide obtenue par voie chimique. Ces résultats ont alors mis en évidence la fixation préférentielle de l'adduit céto amide de configuration 4S, formé en dehors du site actif d'InhA. De façon opportuniste, nous avons également obtenu une orientation originale du triclosan, molécule antibactérienne à large spectre ciblant la protéine InhA, permettant ainsi de guider la conception vers de nouveaux dérivés. Nous avons par ailleurs développé une stratégie de synthèse s'appuyant sur le motif azaisoindolinone préalablement identifié comme potentiellement actif à la fois sur l'inhibition de l'activité enzymatique de la protéine InhA et également sur la croissance de M. Tuberculosis. Parallèlement, nous nous sommes appuyés sur la structure du composé GENZ10850 pour développer des dérivés à la fois plus efficaces sur la protéine InhA et garantissant une activité ex vivo sur la souche mycobactérienne." "Tuberculosis remains a scourge in the world with nearly 8. 6 million new cases and 1. 3 million deaths in 2012. The emergence of resistant strains to current treatment highlights the increasing need to discover new therapeutic targets and new classes of chemical compounds. Isoniazid is a first-line drug acting as a prodrug whose active metabolite primarily targets the InhA protein. This protein is an NADH-dependent enzyme having a key role in the biosynthesis of mycolic acids, essential elements of the mycobacterial cell wall. With this specificity, InhA protein has become a prime target in the design of new highly specific TB drugs. Initially, we were interested in solving the three-dimensional structure of the InhA protein in its apo form (without ligand) and in the presence of a cofactor molecule, NADH. Soaking assays of the binary crystal InhA:NADH were performed with the active form of isoniazid, pre-formed by a biomimetic approach. These results highlighted the preferential binding of 4S keto amide adduct, pre-formed outside the active site of InhA. In an opportunistic manner, we highlighted an original orientation of triclosan, a broad spectrum antibacterial molecule targeting InhA protein, within the active site of InhA which consequently could guide the design of new derivatives. We also developed a synthetic strategy based on the azaisoindolinone scaffold previously identified as potentially active in both the inhibition of the enzymatic activity of the InhA protein and on the growth of M. Tuberculosis. Meanwhile, we relied on the structure of compound GENZ10850 to develop derivatives both more effective on the InhA protein and displaying ex vivo activities on mycobacterial strains." Document : Thèse de Doctorat Etablissement_delivrance : Univesrsité de Toulouse 3 Date_soutenance : 09/10/2014 Ecole_doctorale : Sciences de la Matière (SdM) Domaine : Chimie-Biologie-Santé (Sciences du vivant) En ligne : https://theses.fr/2014TOU30170 InhA, cible pour de nouveaux antituberculeux : étude cristallographique, synthèse et évaluation d'inhibiteurs = The InHa protein as target for antitubercular drugs : crystallographic studies, synthesis and evaluation of new compounds [texte imprimé] / Aurélien Chollet, Auteur ; Bernardes-Genisson, Vania, Directeur de thèse ; Christian Lherbet, Directeur de thèse . - 2014. Langues : Français (fre) Tags : TUBERCULOSE  INHA  CRISTALLISATION  ADDUIT INH-NADH  TRICLOSAN  CHIMIE MÉDICINALE  AZAISOINDOLINONE  GENZ10850 (GEQ) TUBERCULOSIS  CRYSTALLIZATION  INH-NADH ADDIT  MEDICINAL CHEMISTRY  GENZ10850 (GEQ) Résumé : "La tuberculose demeure un fléau dans le monde avec près de 8,6 millions de nouveaux cas et 1,3 million de décès en 2012. L'émergence de souches résistantes au traitement actuel met en évidence la nécessité de découvrir de nouvelles cibles thérapeutiques et de nouvelles classes de composés chimiques. L'isoniazide est un antituberculeux de première ligne agissant comme une pro-drogue dont le métabolite actif vise principalement la protéine InhA. Cette protéine est une enzyme dépendante du cofacteur NADH et joue un rôle clé dans la biosynthèse des acides mycoliques, éléments essentiels de la paroi cellulaire mycobactérienne. De par cette spécificité, la protéine InhA est devenue une cible de choix dans la conception de nouveaux médicaments antituberculeux. Ainsi, nous nous sommes intéressés dans un premier temps à résoudre la structure tridimensionnelle de la protéine InhA sous sa forme apo (sans ligand) et en présence de son cofacteur, NADH. Des essais de trempage du cristal InhA:NADH ont également été réalisés avec la forme active de l'isoniazide obtenue par voie chimique. Ces résultats ont alors mis en évidence la fixation préférentielle de l'adduit céto amide de configuration 4S, formé en dehors du site actif d'InhA. De façon opportuniste, nous avons également obtenu une orientation originale du triclosan, molécule antibactérienne à large spectre ciblant la protéine InhA, permettant ainsi de guider la conception vers de nouveaux dérivés. Nous avons par ailleurs développé une stratégie de synthèse s'appuyant sur le motif azaisoindolinone préalablement identifié comme potentiellement actif à la fois sur l'inhibition de l'activité enzymatique de la protéine InhA et également sur la croissance de M. Tuberculosis. Parallèlement, nous nous sommes appuyés sur la structure du composé GENZ10850 pour développer des dérivés à la fois plus efficaces sur la protéine InhA et garantissant une activité ex vivo sur la souche mycobactérienne." "Tuberculosis remains a scourge in the world with nearly 8. 6 million new cases and 1. 3 million deaths in 2012. The emergence of resistant strains to current treatment highlights the increasing need to discover new therapeutic targets and new classes of chemical compounds. Isoniazid is a first-line drug acting as a prodrug whose active metabolite primarily targets the InhA protein. This protein is an NADH-dependent enzyme having a key role in the biosynthesis of mycolic acids, essential elements of the mycobacterial cell wall. With this specificity, InhA protein has become a prime target in the design of new highly specific TB drugs. Initially, we were interested in solving the three-dimensional structure of the InhA protein in its apo form (without ligand) and in the presence of a cofactor molecule, NADH. Soaking assays of the binary crystal InhA:NADH were performed with the active form of isoniazid, pre-formed by a biomimetic approach. These results highlighted the preferential binding of 4S keto amide adduct, pre-formed outside the active site of InhA. In an opportunistic manner, we highlighted an original orientation of triclosan, a broad spectrum antibacterial molecule targeting InhA protein, within the active site of InhA which consequently could guide the design of new derivatives. We also developed a synthetic strategy based on the azaisoindolinone scaffold previously identified as potentially active in both the inhibition of the enzymatic activity of the InhA protein and on the growth of M. Tuberculosis. Meanwhile, we relied on the structure of compound GENZ10850 to develop derivatives both more effective on the InhA protein and displaying ex vivo activities on mycobacterial strains." Document : Thèse de Doctorat Etablissement_delivrance : Univesrsité de Toulouse 3 Date_soutenance : 09/10/2014 Ecole_doctorale : Sciences de la Matière (SdM) Domaine : Chimie-Biologie-Santé (Sciences du vivant) En ligne : https://theses.fr/2014TOU30170

Metallo-drugs as nitric oxide (NO•) and/or nitroxyl(HNO) donors : development of new agents and investigation of anticancer, antihypertensive and antituberculosis activities / Edinilton Muniz Carvalho  

Public ISBD Titre : Metallo-drugs as nitric oxide (NO•) and/or nitroxyl(HNO) donors : development of new agents and investigation of anticancer, antihypertensive and antituberculosis activities Titre original : Métallo-médicaments comme donneurs d'oxyde nitrique (NO•) et / ou de nitroxyle (HNO) : développement de nouveaux agents et investigation des activités anticancéreuses, antihypertensives et antituberculeuses Type de document : texte imprimé Auteurs : Edinilton Muniz Carvalho, Auteur ; Bernardes-Genisson, Vania, Directeur de thèse ; Luiz Gonzaga de Franc?a Lopes, Directeur de thèse Année de publication : 2020 Langues : Anglais (eng) Tags : ANTIANGIOGENESIS  CYCLAM  HYDROXAMIC ACIDS  IRON COMPLEXE  NITRIC OXIDE  NITROXYL  OXIDATIVE ACTIVATION MECHANISMS  TUBERCULOSIS  VASODILATION VASODILATATION  TUBERCULOSE  OXYDE NITRIQUE  NITROXYLE  MÉCANISMES D'ACTIVATION OXYDANTE  COMPLEXES DE FER  ANTIANGIOGENÈSE ACIDES HYDROXAMIQUES Résumé : "Cancer, cardiovascular diseases and tuberculosis (TB) are major therapeutic challenges, for which various drug strategies have been developed, including the use of inorganic agents such as metallo-drugs and NO• (nitric oxide)/ HNO (nitroxyl). Within this prospect, the thesis objective addresses the design, synthesis, physical-chemical studies and biological evaluation of metal-based drugs capable of releasing NO• and/or HNO with pharmacological effects. Two types of organic platforms are thus envisaged as ligands in FeII/III complexes devised as potential sources of NO•/HNO: the spectator cyclam ligand (1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane) and three reactive azine hydroxamic acid ligands (ArC(O)NHOH). The first chapter deals with the chemical reactivity of a trans-[Fe(cyclam)(NO)Cl]Cl2 complex, which is shown to decompose by releasing NO• under physiological pH and temperature conditions, the process being significantly accelerated upon light irradiation at 365 nm. In contrast, in vitro experiments in the presence of glutathione revealed that the same complex produces HNO. Angiogenesis studies showed that the complex is able to significantly inhibit the hypoxia-inducible factor (HIF-1a) induced by hypoxia or addition of a NO• donor (Spermine NONOate) in breast cancer cells: this result is consistent with a release of HNO by the nitrosyl complex. On the other hand, vasodilation assays using precontracted rat aortic rings revealed that the complex exhibits a relaxation IC50 of 910 nM, vs 24 nM for the reference drug, nitroprusside. The next chapters deal with the oxidation-promoted release of HNO from aromatic hydroxamic acids. Chapter 2 focuses on the oxidation mechanism of isonicotinoic, nicotinoic and pyrazinoic hydroxamic acids, mediated by potassium ferricyanide (K3[FeIII(CN)6]) in physiological pH conditions. It is shown that oxidative activation of aryl hydroxamic acids, mediated by FeIII, involves the production of the N,O-di(di)azinoylhydroxylamine intermediate with concomitant release of HNO, instead of the putative acyl nitroso species. The free hydroxamic acids were also evaluated for different biological activities and used as controls to be compared with iron complexes described in chapter 3. These pentacyanoferrate(II) complexes, Na3FeII(CN)5(ArCONHOH), initially devised as potential hybrid of isoniazid (INH, first-line anti-TB prodrug, for which the isonicotinoyl radical is the active metabolite) and delamanid (third-line anti-TB, for which HNO is the active metabolite), were synthesized and characterized by spectroscopic techniques, cyclic voltammetry, and DFT calculations. Using EPR and 1H NMR spectroscopy, oxidation of these FeII complexes with H2O2 was shown to result in the release of HNO and corresponding azinoic acids, through a likely intramolecular electron transfer. [...]." "Le cancer, les maladies cardiovasculaires et la tuberculose (TB) sont des défis de santé majeurs pour lesquels diverses stratégies médicamenteuses ont été développées, y compris l'utilisation d'agents inorganiques tels que des complexes métalliques et l'oxyde nitrique (NO•) ou le nitroxyle (HNO). L'objectif de la thèse porte sur la conception, la synthèse, les études physico-chimiques et l'évaluation biologique de molécules à base de métaux capables de libérer NO• et/ou HNO avec des effets pharmacologiques. Deux types de plates-formes organiques sont envisagés comme ligands des complexes de fer, conçus comme sources potentielles de NO•/HNO : le ligand spectateur cyclam (1,4,8,11-tétraazacyclotétradécane) et les ligands réactifs du type azine acide hydroxamique (ArC(O)NHOH). Le premier chapitre traite de la réactivité du complexe trans-[Fe(cyclam)(NO)Cl]Cl2, qui se décompose en libérant NO• à pH physiologique, le processus est accéléré par irradiation lumineuse à 365 nm. En revanche, des expériences in vitro en présence de glutathion ont révélé que le même complexe produit HNO. Des études d'angiogenèse ont montré que le complexe est capable d'inhiber le "facteur inductible par hypoxie" (HIF-1a) induit par hypoxie ou ajout d'un donneur de NO• (Spermine NONOate) dans les cellules cancéreuses du sein, résultat cohérent avec une libération de HNO. Des tests de vasodilatation, des anneaux aortiques de rat précontractés, ont révélé que le complexe présente une CI50 de relaxation de 910 nM, contre 24 nM pour le médicament de référence nitroprussiate. Les chapitres suivants traitent de la libération de HNO par oxydation d'acides hydroxamiques aromatiques. Le chapitre 2 se concentre sur le mécanisme d'oxydation des acides hydroxamiques isonicotinoïque, nicotinoïque et pyrazinoïque par le ferricyanure de potassium à pH physiologique. Il est montré que l'activation oxydante des acides hydroxamiques par des ions FeIII implique la production de l'intermédiaire N,O-di(di)azinoylhydroxylamine avec libération concomitante de HNO, au lieu de l'espèce hypothétique acyl nitroso. Les acides hydroxamiques ont été évalués pour différentes activités biologiques et utilisés comme témoins pour être comparés aux complexes de fer décrits au chapitre 3. Les complexes de type Na3FeII(CN)5(ArCONHOH), initialement conçus comme modèles de médicaments hybride d'isoniazide (INH, anti-TB, dont le radical isonicotinoyle est le métabolite actif) et du délamanide (anti-TB, dont HNO est le métabolite actif), ont été synthétisés et caractérisés par des techniques spectroscopiques, voltammétrie cyclique, et calculs DFT. En utilisant la spectroscopie RPE et RMN 1H, l'oxydation de ces complexes de FeII avec H2O2 s'est avérée entraîner la libération de HNO et des acides azinoïques correspondants, via un probable transfert d'électrons intramoléculaire. Contrairement à ce qui a été observé pour le complexe Na3[FeII(CN)5(INH)], aucun radical azinoyle n'a été produit à partir des complexes d'acide hydroxamiques. Les acides carboxyliques correspondants ont par contre été observés, en particulier l'acide pyrazinoïque, métabolite actif du pyrazinamide, un autre promédicament anti-TB: ce résultat est a priori pertinent pour le traitement de la TB résistante au pyrazinamide, car l'activation pourrait ainsi se produire sans l'aide de l'enzyme pyrazinamidase de Mycobacterium tuberculosis (Mtb). [...]." Document : Thèse de Doctorat Etablissement_delivrance : Université Toulouse 3 Date_soutenance : 24/11/2020 Ecole_doctorale : Sciences de la Matière (SdM) Domaine : Chimie-Biologie-Santé En ligne : https://theses.hal.science/tel-03208714 Metallo-drugs as nitric oxide (NO•) and/or nitroxyl(HNO) donors : development of new agents and investigation of anticancer, antihypertensive and antituberculosis activities = Métallo-médicaments comme donneurs d'oxyde nitrique (NO•) et / ou de nitroxyle (HNO) : développement de nouveaux agents et investigation des activités anticancéreuses, antihypertensives et antituberculeuses [texte imprimé] / Edinilton Muniz Carvalho, Auteur ; Bernardes-Genisson, Vania, Directeur de thèse ; Luiz Gonzaga de Franc?a Lopes, Directeur de thèse . - 2020. Langues : Anglais (eng) Tags : ANTIANGIOGENESIS  CYCLAM  HYDROXAMIC ACIDS  IRON COMPLEXE  NITRIC OXIDE  NITROXYL  OXIDATIVE ACTIVATION MECHANISMS  TUBERCULOSIS  VASODILATION VASODILATATION  TUBERCULOSE  OXYDE NITRIQUE  NITROXYLE  MÉCANISMES D'ACTIVATION OXYDANTE  COMPLEXES DE FER  ANTIANGIOGENÈSE ACIDES HYDROXAMIQUES Résumé : "Cancer, cardiovascular diseases and tuberculosis (TB) are major therapeutic challenges, for which various drug strategies have been developed, including the use of inorganic agents such as metallo-drugs and NO• (nitric oxide)/ HNO (nitroxyl). Within this prospect, the thesis objective addresses the design, synthesis, physical-chemical studies and biological evaluation of metal-based drugs capable of releasing NO• and/or HNO with pharmacological effects. Two types of organic platforms are thus envisaged as ligands in FeII/III complexes devised as potential sources of NO•/HNO: the spectator cyclam ligand (1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane) and three reactive azine hydroxamic acid ligands (ArC(O)NHOH). The first chapter deals with the chemical reactivity of a trans-[Fe(cyclam)(NO)Cl]Cl2 complex, which is shown to decompose by releasing NO• under physiological pH and temperature conditions, the process being significantly accelerated upon light irradiation at 365 nm. In contrast, in vitro experiments in the presence of glutathione revealed that the same complex produces HNO. Angiogenesis studies showed that the complex is able to significantly inhibit the hypoxia-inducible factor (HIF-1a) induced by hypoxia or addition of a NO• donor (Spermine NONOate) in breast cancer cells: this result is consistent with a release of HNO by the nitrosyl complex. On the other hand, vasodilation assays using precontracted rat aortic rings revealed that the complex exhibits a relaxation IC50 of 910 nM, vs 24 nM for the reference drug, nitroprusside. The next chapters deal with the oxidation-promoted release of HNO from aromatic hydroxamic acids. Chapter 2 focuses on the oxidation mechanism of isonicotinoic, nicotinoic and pyrazinoic hydroxamic acids, mediated by potassium ferricyanide (K3[FeIII(CN)6]) in physiological pH conditions. It is shown that oxidative activation of aryl hydroxamic acids, mediated by FeIII, involves the production of the N,O-di(di)azinoylhydroxylamine intermediate with concomitant release of HNO, instead of the putative acyl nitroso species. The free hydroxamic acids were also evaluated for different biological activities and used as controls to be compared with iron complexes described in chapter 3. These pentacyanoferrate(II) complexes, Na3FeII(CN)5(ArCONHOH), initially devised as potential hybrid of isoniazid (INH, first-line anti-TB prodrug, for which the isonicotinoyl radical is the active metabolite) and delamanid (third-line anti-TB, for which HNO is the active metabolite), were synthesized and characterized by spectroscopic techniques, cyclic voltammetry, and DFT calculations. Using EPR and 1H NMR spectroscopy, oxidation of these FeII complexes with H2O2 was shown to result in the release of HNO and corresponding azinoic acids, through a likely intramolecular electron transfer. [...]." "Le cancer, les maladies cardiovasculaires et la tuberculose (TB) sont des défis de santé majeurs pour lesquels diverses stratégies médicamenteuses ont été développées, y compris l'utilisation d'agents inorganiques tels que des complexes métalliques et l'oxyde nitrique (NO•) ou le nitroxyle (HNO). L'objectif de la thèse porte sur la conception, la synthèse, les études physico-chimiques et l'évaluation biologique de molécules à base de métaux capables de libérer NO• et/ou HNO avec des effets pharmacologiques. Deux types de plates-formes organiques sont envisagés comme ligands des complexes de fer, conçus comme sources potentielles de NO•/HNO : le ligand spectateur cyclam (1,4,8,11-tétraazacyclotétradécane) et les ligands réactifs du type azine acide hydroxamique (ArC(O)NHOH). Le premier chapitre traite de la réactivité du complexe trans-[Fe(cyclam)(NO)Cl]Cl2, qui se décompose en libérant NO• à pH physiologique, le processus est accéléré par irradiation lumineuse à 365 nm. En revanche, des expériences in vitro en présence de glutathion ont révélé que le même complexe produit HNO. Des études d'angiogenèse ont montré que le complexe est capable d'inhiber le "facteur inductible par hypoxie" (HIF-1a) induit par hypoxie ou ajout d'un donneur de NO• (Spermine NONOate) dans les cellules cancéreuses du sein, résultat cohérent avec une libération de HNO. Des tests de vasodilatation, des anneaux aortiques de rat précontractés, ont révélé que le complexe présente une CI50 de relaxation de 910 nM, contre 24 nM pour le médicament de référence nitroprussiate. Les chapitres suivants traitent de la libération de HNO par oxydation d'acides hydroxamiques aromatiques. Le chapitre 2 se concentre sur le mécanisme d'oxydation des acides hydroxamiques isonicotinoïque, nicotinoïque et pyrazinoïque par le ferricyanure de potassium à pH physiologique. Il est montré que l'activation oxydante des acides hydroxamiques par des ions FeIII implique la production de l'intermédiaire N,O-di(di)azinoylhydroxylamine avec libération concomitante de HNO, au lieu de l'espèce hypothétique acyl nitroso. Les acides hydroxamiques ont été évalués pour différentes activités biologiques et utilisés comme témoins pour être comparés aux complexes de fer décrits au chapitre 3. Les complexes de type Na3FeII(CN)5(ArCONHOH), initialement conçus comme modèles de médicaments hybride d'isoniazide (INH, anti-TB, dont le radical isonicotinoyle est le métabolite actif) et du délamanide (anti-TB, dont HNO est le métabolite actif), ont été synthétisés et caractérisés par des techniques spectroscopiques, voltammétrie cyclique, et calculs DFT. En utilisant la spectroscopie RPE et RMN 1H, l'oxydation de ces complexes de FeII avec H2O2 s'est avérée entraîner la libération de HNO et des acides azinoïques correspondants, via un probable transfert d'électrons intramoléculaire. Contrairement à ce qui a été observé pour le complexe Na3[FeII(CN)5(INH)], aucun radical azinoyle n'a été produit à partir des complexes d'acide hydroxamiques. Les acides carboxyliques correspondants ont par contre été observés, en particulier l'acide pyrazinoïque, métabolite actif du pyrazinamide, un autre promédicament anti-TB: ce résultat est a priori pertinent pour le traitement de la TB résistante au pyrazinamide, car l'activation pourrait ainsi se produire sans l'aide de l'enzyme pyrazinamidase de Mycobacterium tuberculosis (Mtb). [...]." Document : Thèse de Doctorat Etablissement_delivrance : Université Toulouse 3 Date_soutenance : 24/11/2020 Ecole_doctorale : Sciences de la Matière (SdM) Domaine : Chimie-Biologie-Santé En ligne : https://theses.hal.science/tel-03208714

Conception, synthèse, étude de l'équilibre tautomérique et évaluation biologique de nouveaux analogues de l'adduit Isiniazide-NAD(H) comme inhibiteur d'InhA de Mycobacterium tuberculosis / Delaine, Tamara  

Public ISBD Titre : Conception, synthèse, étude de l'équilibre tautomérique et évaluation biologique de nouveaux analogues de l'adduit Isiniazide-NAD(H) comme inhibiteur d'InhA de Mycobacterium tuberculosis Titre original : Design, synthesis, tautomeric equilibrium study and biological evaluation of new isiniazide-NAD(H) adduct analogs as InhA inhibitors of Mycobacterium tuberculosis Type de document : texte imprimé Auteurs : Delaine, Tamara, Auteur ; Bernardes-Genisson, Vania, Directeur de thèse Année de publication : 2007 Langues : Français (fre) Tags : TUBERCULOSE  ISONIAZIDE  INHIBITEUR D’INHA  ADDUIT INH-NAD  BISUBSTRAT  TAUTOMERE CHAINE-CYCLE TUBERCULOSE  INHA INHIBITOR  INH-NAD ADDITIVE  TAUTOMER CHAIN-CYCLE Résumé : "La résurgence de la tuberculose est due entre autre à l'apparition de souches résistantes aux antituberculeux comme l'isoniazide (INH). L'INH est une prodrogue qui a besoin d'être activée par l'enzyme KatG pour former avec le cofacteur NADH les adduits INH-NAD. Ces adduits inhibent l'enzyme InhA impliquée dans la biosynthèse des acides mycoliques, constituants essentiels de l'enveloppe mycobactérienne. Il est admis que de nombreuses résistances à l'INH sont dues à des mutations de katG. L'INH ne peut plus être activé, il est inactif sur InhA. Des molécules capables d'inhiber directement InhA sans étape d'activation sont de bons candidats à de nouveaux médicaments. Nous avons dans un premier temps, synthétisé des analogues simplifiés de l'adduit INH-NAD afin de contourner les problèmes de résistances liés à KatG. L'évaluation biologique de ces composés n'a pas montré d'inhibition significative ni de l'enzyme InhA, ni de la croissance mycobactérienne. Dans un second temps, nous avons développé une autre stratégie, appelée bisubstrat. L'ensemble des composés préparés a été testé sur l'inhibition d'InhA et de croissance de mycobactéries et a donné des résultats intéressants et prometteurs. Parallèlement nous nous sommes intéressés à l'étude de l'équilibre tautomérique des adduits INH-NAD. Nous avons étudié cet équilibre sur des modèles simplifiés des adduits avec des données expérimentales soutenues par des études de modélisation moléculaire. Enfin pour essayer de comprendre ce phénomène, nous avons réalisé des études d'interaction des différents adduits présents en solution avec InhA par docking et de dynamique moléculaire." "The resurgence of tuberculosis can be associated to the resistance of Mycobacterium tuberculosis strain to the most important antitubercular drugs as isoniazid (INH). INH is a prodrug that requires activation by catase peroxydase KatG to form with NADH the INH-NAD adduct. This adduct inhibits the InhA enzyme, necessary to the biosynthesis of mycolic acids that are essential components of mycobacterial envelope. The resistance to INH is resulting from mutations in katG that diminish its ability to convert INH in active form. So, compounds able to inhibit directly InhA without requiring activation have tremendous promise as novel drugs. We have synthesized in one first stage, truncated analogues of INH-NAD adduct in order to eliminate resistance problems attributed to KatG. The biological evaluation of these compounds did not exhibit satisfactory inhibition of the enzyme InhA neither of the mycobacterial growth. In one second stage, we have developed another strategy named bi-substrate. All compounds prepared was tested on the inhibition of InhA and mycobacterial growth and it gave interesting and promising results. Next we have used simplified analogues to studied tautomerism equilibrium of INH-NAD adduct with experimental data supported by studies of molecular modeling. Lastly, in order to try to understand this phenomenon, we carried out studies of interaction of different adducts present in solution with InhA by docking and molecular dynamics." Document : Thèse de Doctorat Etablissement_delivrance : Université de Toulouse 3 Date_soutenance : 18/10/2007 Ecole_doctorale : Sciences de la Matière (SdM) (Toulouse) Domaine : Chimie - Biologie - Santé Localisation : LCC En ligne : http://thesesups.ups-tlse.fr/49/ Conception, synthèse, étude de l'équilibre tautomérique et évaluation biologique de nouveaux analogues de l'adduit Isiniazide-NAD(H) comme inhibiteur d'InhA de Mycobacterium tuberculosis = Design, synthesis, tautomeric equilibrium study and biological evaluation of new isiniazide-NAD(H) adduct analogs as InhA inhibitors of Mycobacterium tuberculosis [texte imprimé] / Delaine, Tamara, Auteur ; Bernardes-Genisson, Vania, Directeur de thèse . - 2007. Langues : Français (fre) Tags : TUBERCULOSE  ISONIAZIDE  INHIBITEUR D’INHA  ADDUIT INH-NAD  BISUBSTRAT  TAUTOMERE CHAINE-CYCLE TUBERCULOSE  INHA INHIBITOR  INH-NAD ADDITIVE  TAUTOMER CHAIN-CYCLE Résumé : "La résurgence de la tuberculose est due entre autre à l'apparition de souches résistantes aux antituberculeux comme l'isoniazide (INH). L'INH est une prodrogue qui a besoin d'être activée par l'enzyme KatG pour former avec le cofacteur NADH les adduits INH-NAD. Ces adduits inhibent l'enzyme InhA impliquée dans la biosynthèse des acides mycoliques, constituants essentiels de l'enveloppe mycobactérienne. Il est admis que de nombreuses résistances à l'INH sont dues à des mutations de katG. L'INH ne peut plus être activé, il est inactif sur InhA. Des molécules capables d'inhiber directement InhA sans étape d'activation sont de bons candidats à de nouveaux médicaments. Nous avons dans un premier temps, synthétisé des analogues simplifiés de l'adduit INH-NAD afin de contourner les problèmes de résistances liés à KatG. L'évaluation biologique de ces composés n'a pas montré d'inhibition significative ni de l'enzyme InhA, ni de la croissance mycobactérienne. Dans un second temps, nous avons développé une autre stratégie, appelée bisubstrat. L'ensemble des composés préparés a été testé sur l'inhibition d'InhA et de croissance de mycobactéries et a donné des résultats intéressants et prometteurs. Parallèlement nous nous sommes intéressés à l'étude de l'équilibre tautomérique des adduits INH-NAD. Nous avons étudié cet équilibre sur des modèles simplifiés des adduits avec des données expérimentales soutenues par des études de modélisation moléculaire. Enfin pour essayer de comprendre ce phénomène, nous avons réalisé des études d'interaction des différents adduits présents en solution avec InhA par docking et de dynamique moléculaire." "The resurgence of tuberculosis can be associated to the resistance of Mycobacterium tuberculosis strain to the most important antitubercular drugs as isoniazid (INH). INH is a prodrug that requires activation by catase peroxydase KatG to form with NADH the INH-NAD adduct. This adduct inhibits the InhA enzyme, necessary to the biosynthesis of mycolic acids that are essential components of mycobacterial envelope. The resistance to INH is resulting from mutations in katG that diminish its ability to convert INH in active form. So, compounds able to inhibit directly InhA without requiring activation have tremendous promise as novel drugs. We have synthesized in one first stage, truncated analogues of INH-NAD adduct in order to eliminate resistance problems attributed to KatG. The biological evaluation of these compounds did not exhibit satisfactory inhibition of the enzyme InhA neither of the mycobacterial growth. In one second stage, we have developed another strategy named bi-substrate. All compounds prepared was tested on the inhibition of InhA and mycobacterial growth and it gave interesting and promising results. Next we have used simplified analogues to studied tautomerism equilibrium of INH-NAD adduct with experimental data supported by studies of molecular modeling. Lastly, in order to try to understand this phenomenon, we carried out studies of interaction of different adducts present in solution with InhA by docking and molecular dynamics." Document : Thèse de Doctorat Etablissement_delivrance : Université de Toulouse 3 Date_soutenance : 18/10/2007 Ecole_doctorale : Sciences de la Matière (SdM) (Toulouse) Domaine : Chimie - Biologie - Santé Localisation : LCC En ligne : http://thesesups.ups-tlse.fr/49/

Pro-drogues antituberculeuses : Approches pour lutter contre les résistances et compréhension des mécanismes oxydatifs d’activation / Julie Laborde  

Public ISBD Titre : Pro-drogues antituberculeuses : Approches pour lutter contre les résistances et compréhension des mécanismes oxydatifs d’activation Titre original : Antitubercular pro-drugs : approaches to fight resistances and understanding of oxidative activation mechanisms Type de document : texte imprimé Auteurs : Julie Laborde ; Bernardes-Genisson, Vania, Directeur de thèse ; Céline Deraeve, Directeur de thèse Année de publication : 2016 Langues : Français (fre) Tags : TUBERCULOSE  PRO-DROGUES  ISONIAZIDE  RÉSISTANCES  MÉCANISMES OXYDATIFS D'ACTIVATION TUBERCULOSIS  PRODRUGS  RESISTANCE  OXIDATIVE MECHANISMS OF ACTIVATION Résumé : "La tuberculose est l'une des maladies infectieuses les plus meurtrières au monde. Malgré l'existence d'un traitement polychimiothérapeutique efficace, le nombre de cas de tuberculose incurable augmente sensiblement en raison de l'apparition de souches de Mycobacterium tuberculosis résistantes aux traitements de 1ère, 2ème et 3ème intentions actuellement disponibles. Parmi les antibiotiques spécifiques de la tuberculose, nous nous intéressons plus particulièrement, dans le cadre de cette thèse, aux pro-drogues isoniazide et éthionamide. Ces deux médicaments ciblent l'enzyme InhA du Mycobacterium tuberculosis, qui est impliquée dans la synthèse de la paroi bactérienne. Les principales résistances de Mycobacterium tuberculosis à ces pro-drogues résident en un défaut des enzymes responsables de l'activation de ces médicaments à l'intérieur du pathogène. Le but de cette thèse est, dans un premier temps, d'étudier différentes approches originales visant à contourner ces résistances. La première stratégie consiste à concevoir des pro-drogues hybrides d'isoniazide et d'éthionamide qui pourraient être activées indifféremment par KatG et EthA. KatG est la catalase-peroxydase responsable de l'activation de l'isoniazide, et EthA la mono-oxygénase à flavine qui active l'éthionamide. Les chances de bio-activation de ces nouvelles molécules seraient donc supérieures même si l'une des deux enzymes est mutée. La deuxième stratégie examinée consiste à synthétiser des molécules capables d'être activées par l'enzyme KatG mutée qui reste fonctionnelle. Nous avons alors préparé des molécules analogues de l'isoniazide qui pourraient être éventuellement reconnues et activées par une KatG mutée montrant une modification du potentiel d'oxydation ou de la structure protéique. La dernière stratégie étudiée consiste à synthétiser des molécules qui ne nécessitent pas d'être activées par une enzyme pour exercer leur action mais simplement par des agents oxydants endogènes. En se basant sur une molécule décrite dans la littérature par nos collaborateurs brésiliens, le complexe d'isoniazide-fer(II) ((isoniazide)pentacyanoferrate(II) de sodium), nous avons synthétisé différents analogues de ce complexe en faisant varier le ligand et avons évalué par RPE leur capacité à générer des radicaux. Cette étude de relation structure-réactivité a permis de mieux comprendre le mécanisme d'activation de ces complexes en présence de H2O2. La deuxième partie de cette thèse est consacrée au mécanisme d'activation des pro-drogues isoniazide et éthionamide. Même si ces molécules sont utilisées depuis plus de 50 ans dans le traitement de la tuberculose, leur mécanisme d'activation d'un point de vue chimique est très mal décrit. Dans la mycobactérie, ces pro-drogues, une fois activées, forment un adduit avec le cofacteur NAD(H) donnant ainsi l'inhibiteur ultime de l'enzyme InhA. Dans le cas de l'isoniazide, nous avons utilisé le système biomimétique mis en place dans l'équipe pour étudier son mécanisme d'activation d'un point de vue moléculaire. Dans le cas de l'éthionamide, nous avons développé un système chimique biomimétique qui, pour la première fois, a conduit à la formation de l'adduit éthionamide-NAD+ in vitro. Grâce au succès de cette approche et à la caractérisation des intermédiaires et métabolites formés, nous avons pu proposer un mécanisme d'oxydation moléculaire de l'éthionamide entièrement original, s'affranchissant de l'intermédiaire clé acide sulfinique évoqué jusque-là dans la littérature sans aucune preuve expérimentale." "Tuberculosis is one of the leading causes of death in the world among infectious diseases. Despite the existence of efficient multidrug treatment, the number of incurable cases of tuberculosis substantially increases due to the emergence of Mycobacterium tuberculosis strains resistant to available 1st-, 2nd- and 3rd-lines-treatments. Among the specific drugs currently employed to treat tuberculosis, we particularly focus on pro-drugs (isoniazid and ethionamide) for which resistances mainly result in a default of their activation enzymes inside the pathogen. The aim of this thesis is, firstly, to study various innovative approaches to overcome the resistance. The first strategy consists in designing hybrid pro-drugs, by combination of isoniazid and ethionamide moieties, which could be activated by two different enzymes, KatG and EthA. KatG is the mycobacterial catalase peroxidase enzyme which activates isoniazid, and EthA the flavin monooxygenase responsible of ethionamide activation. Probability of bio-activation of these new molecules would therefore be higher even if one of the two enzymes is mutated. The second strategy discussed herein is the synthesis of molecules able to be activated by mutated KatG enzyme, which remains functional. We synthesized isoniazid derivatives, which might be recognized and activated by a mutated KatG enzyme showing a modification of its oxidation potential or in the protein structure. The last strategy is founded on the development of molecules that do not need to be activated by an enzyme but by a simple chemical oxidation. Based on a molecule described in the literature by our brazilian collaborators, an isoniazid-iron (II) complex (sodium (isoniazid)pentacyanoferrate(II)), we synthesized various analogues of this complex by varying the ligand structure and evaluated by ESR their ability to generate radicals in the presence of H2O2. The structure-reactivity relationship analysis led to better understanding of the molecular activation mechanism of these complexes in the presence of H2O2. The second part of this thesis is dedicated to the activation mechanisms of pro-drugs isoniazid and ethionamide. Even though these molecules have been used for more than 50 years for the treatment of tuberculosis, their activation mechanism on a molecular point of view is poorly described. In the mycobacterium, once activated these pro-drugs form an adduct with the NAD(H) cofactor, leading to the active metabolite. For isoniazid, we used the biomimetic system developed previously by our team to clarify the molecular activation mechanism. For ethionamide, we have developed a biomimetic system which, for the first time, leads to the formation of the ethionamide-NAD+ adduct in vitro. We used this method to study the molecular oxidation mechanism of ethionamide and to characterize intermediates and metabolites. We finally proposed a completely original mechanism, not involving the sulfinic acid intermediate, which has been mentioned in the literature without any experimental evidence." Document : Thèse de Doctorat Etablissement_delivrance : Université de Toulouse 3 Date_soutenance : 18/11/2016 Ecole_doctorale : École Doctorale Sciences de la Matière (SdM) Domaine : Chimie-Biolpgie-Santé Localisation : LCC En ligne : https://theses.hal.science/tel-01548280 Pro-drogues antituberculeuses : Approches pour lutter contre les résistances et compréhension des mécanismes oxydatifs d’activation = Antitubercular pro-drugs : approaches to fight resistances and understanding of oxidative activation mechanisms [texte imprimé] / Julie Laborde ; Bernardes-Genisson, Vania, Directeur de thèse ; Céline Deraeve, Directeur de thèse . - 2016. Langues : Français (fre) Tags : TUBERCULOSE  PRO-DROGUES  ISONIAZIDE  RÉSISTANCES  MÉCANISMES OXYDATIFS D'ACTIVATION TUBERCULOSIS  PRODRUGS  RESISTANCE  OXIDATIVE MECHANISMS OF ACTIVATION Résumé : "La tuberculose est l'une des maladies infectieuses les plus meurtrières au monde. Malgré l'existence d'un traitement polychimiothérapeutique efficace, le nombre de cas de tuberculose incurable augmente sensiblement en raison de l'apparition de souches de Mycobacterium tuberculosis résistantes aux traitements de 1ère, 2ème et 3ème intentions actuellement disponibles. Parmi les antibiotiques spécifiques de la tuberculose, nous nous intéressons plus particulièrement, dans le cadre de cette thèse, aux pro-drogues isoniazide et éthionamide. Ces deux médicaments ciblent l'enzyme InhA du Mycobacterium tuberculosis, qui est impliquée dans la synthèse de la paroi bactérienne. Les principales résistances de Mycobacterium tuberculosis à ces pro-drogues résident en un défaut des enzymes responsables de l'activation de ces médicaments à l'intérieur du pathogène. Le but de cette thèse est, dans un premier temps, d'étudier différentes approches originales visant à contourner ces résistances. La première stratégie consiste à concevoir des pro-drogues hybrides d'isoniazide et d'éthionamide qui pourraient être activées indifféremment par KatG et EthA. KatG est la catalase-peroxydase responsable de l'activation de l'isoniazide, et EthA la mono-oxygénase à flavine qui active l'éthionamide. Les chances de bio-activation de ces nouvelles molécules seraient donc supérieures même si l'une des deux enzymes est mutée. La deuxième stratégie examinée consiste à synthétiser des molécules capables d'être activées par l'enzyme KatG mutée qui reste fonctionnelle. Nous avons alors préparé des molécules analogues de l'isoniazide qui pourraient être éventuellement reconnues et activées par une KatG mutée montrant une modification du potentiel d'oxydation ou de la structure protéique. La dernière stratégie étudiée consiste à synthétiser des molécules qui ne nécessitent pas d'être activées par une enzyme pour exercer leur action mais simplement par des agents oxydants endogènes. En se basant sur une molécule décrite dans la littérature par nos collaborateurs brésiliens, le complexe d'isoniazide-fer(II) ((isoniazide)pentacyanoferrate(II) de sodium), nous avons synthétisé différents analogues de ce complexe en faisant varier le ligand et avons évalué par RPE leur capacité à générer des radicaux. Cette étude de relation structure-réactivité a permis de mieux comprendre le mécanisme d'activation de ces complexes en présence de H2O2. La deuxième partie de cette thèse est consacrée au mécanisme d'activation des pro-drogues isoniazide et éthionamide. Même si ces molécules sont utilisées depuis plus de 50 ans dans le traitement de la tuberculose, leur mécanisme d'activation d'un point de vue chimique est très mal décrit. Dans la mycobactérie, ces pro-drogues, une fois activées, forment un adduit avec le cofacteur NAD(H) donnant ainsi l'inhibiteur ultime de l'enzyme InhA. Dans le cas de l'isoniazide, nous avons utilisé le système biomimétique mis en place dans l'équipe pour étudier son mécanisme d'activation d'un point de vue moléculaire. Dans le cas de l'éthionamide, nous avons développé un système chimique biomimétique qui, pour la première fois, a conduit à la formation de l'adduit éthionamide-NAD+ in vitro. Grâce au succès de cette approche et à la caractérisation des intermédiaires et métabolites formés, nous avons pu proposer un mécanisme d'oxydation moléculaire de l'éthionamide entièrement original, s'affranchissant de l'intermédiaire clé acide sulfinique évoqué jusque-là dans la littérature sans aucune preuve expérimentale." "Tuberculosis is one of the leading causes of death in the world among infectious diseases. Despite the existence of efficient multidrug treatment, the number of incurable cases of tuberculosis substantially increases due to the emergence of Mycobacterium tuberculosis strains resistant to available 1st-, 2nd- and 3rd-lines-treatments. Among the specific drugs currently employed to treat tuberculosis, we particularly focus on pro-drugs (isoniazid and ethionamide) for which resistances mainly result in a default of their activation enzymes inside the pathogen. The aim of this thesis is, firstly, to study various innovative approaches to overcome the resistance. The first strategy consists in designing hybrid pro-drugs, by combination of isoniazid and ethionamide moieties, which could be activated by two different enzymes, KatG and EthA. KatG is the mycobacterial catalase peroxidase enzyme which activates isoniazid, and EthA the flavin monooxygenase responsible of ethionamide activation. Probability of bio-activation of these new molecules would therefore be higher even if one of the two enzymes is mutated. The second strategy discussed herein is the synthesis of molecules able to be activated by mutated KatG enzyme, which remains functional. We synthesized isoniazid derivatives, which might be recognized and activated by a mutated KatG enzyme showing a modification of its oxidation potential or in the protein structure. The last strategy is founded on the development of molecules that do not need to be activated by an enzyme but by a simple chemical oxidation. Based on a molecule described in the literature by our brazilian collaborators, an isoniazid-iron (II) complex (sodium (isoniazid)pentacyanoferrate(II)), we synthesized various analogues of this complex by varying the ligand structure and evaluated by ESR their ability to generate radicals in the presence of H2O2. The structure-reactivity relationship analysis led to better understanding of the molecular activation mechanism of these complexes in the presence of H2O2. The second part of this thesis is dedicated to the activation mechanisms of pro-drugs isoniazid and ethionamide. Even though these molecules have been used for more than 50 years for the treatment of tuberculosis, their activation mechanism on a molecular point of view is poorly described. In the mycobacterium, once activated these pro-drugs form an adduct with the NAD(H) cofactor, leading to the active metabolite. For isoniazid, we used the biomimetic system developed previously by our team to clarify the molecular activation mechanism. For ethionamide, we have developed a biomimetic system which, for the first time, leads to the formation of the ethionamide-NAD+ adduct in vitro. We used this method to study the molecular oxidation mechanism of ethionamide and to characterize intermediates and metabolites. We finally proposed a completely original mechanism, not involving the sulfinic acid intermediate, which has been mentioned in the literature without any experimental evidence." Document : Thèse de Doctorat Etablissement_delivrance : Université de Toulouse 3 Date_soutenance : 18/11/2016 Ecole_doctorale : École Doctorale Sciences de la Matière (SdM) Domaine : Chimie-Biolpgie-Santé Localisation : LCC En ligne : https://theses.hal.science/tel-01548280

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