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Contribution à l'étude du mécanisme d'action de l'isoniazide et conception de nouveaux dérivés à activité antituberculeuse potentielle / Broussy, Sylvain  

Public ISBD Titre : Contribution à l'étude du mécanisme d'action de l'isoniazide et conception de nouveaux dérivés à activité antituberculeuse potentielle Titre original : Contribution to the study of the action mechanism of isoniazid and design of new molecules with potential antituberculous activity Type de document : texte imprimé Auteurs : Broussy, Sylvain, Auteur ; Bernadou, Jean, Directeur de thèse Année de publication : 2004 Langues : Français (fre) Tags : TUBERCULOSE  ISONIAZIDE  OXYDATION  INHIBITION ENZYMATIQUE  INHA  ACIDES MYCOLIQUES  NAD  NUCLEOSIDES  PYRIDINIUMS  DIHYDEOPYRIDINES TUBERCULOSIS  ISONIAZID  OXIDATION  ENZYME INHIBITION  MYCOLIC ACIDS  DIHYDROPYRIDINES Résumé : "L'isoniazide (INH) est un antibiotique très utilisé dans le traitement de la tuberculose, une maladie infectieuse causée par la bactérie Mycobacterium tuberculosis. Le mécanisme d'action de l'INH, pas encore entièrement élucidé, est expliqué par la formation d'adduits covalents entre l'INH activé par l'enzyme KatG, et le cofacteur NAD. Ces adduits INH-NAD sont des inhibiteurs de InhA, enzyme impliquée dans la biosynthèse des acides mycoliques, constituants spécifiques de la paroi mycobactérienne. Le chapitre 1 est consacré à l'étude structurale des adduits INH-NAD. Dans le chapitre 2, plusieurs voies de synthèse vers de nouvelles molécules cibles inspirées de ces adduits sont mises au point. Dans le chapitre 3, les molécules synthétisées sont testées vis-à-vis des cibles biologiques (InhA et MabA). Les voies de synthèse mises au point et les informations de relation structure-activité obtenues devraient permettre l'accès à de nouvelles molécules à activité antituberculeuse potentielle." "Isoniazid (INH) is an antibiotic frequently used in treatment of tuberculosis, an infectious disease caused by Mycobacterium tuberculosis. The action mecanism of this drug, up to now not completely elucidated, is explained by the formation of covalent adducts between INH activated by the catalase-peroxidase KatG and the NAD cofactor. These adducts are inhibitors of InhA, an other bacteria enzyme involved in the biosynthesis of mycolic acids (specific components of the mycobacterial cell wall). The first chapter descibes the NMR structural study of the INH-NAD adducts. In the second chapter, several synthetic pathways towards new molecules inspired by the INH-NAD model elucidated in the first chapter are elaborated. In the third chapter, the molecules previously obtained are tested towards biological targets (InhA and MabA enzymes). The synthetic pathways elaborated and the structure-activity relationships obtained should allow an access to new potential." Document : Thèse de Doctorat Etablissement_delivrance : Université de Toulouse 3 Date_soutenance : 19/10/2004 Ecole_doctorale : Science de la matière (SdM) ( Toulouse) Domaine : Chimie des Biomolécules Localisation : LCC En ligne : http://www.theses.fr/2004TOU30186 Contribution à l'étude du mécanisme d'action de l'isoniazide et conception de nouveaux dérivés à activité antituberculeuse potentielle = Contribution to the study of the action mechanism of isoniazid and design of new molecules with potential antituberculous activity [texte imprimé] / Broussy, Sylvain, Auteur ; Bernadou, Jean, Directeur de thèse . - 2004. Langues : Français (fre) Tags : TUBERCULOSE  ISONIAZIDE  OXYDATION  INHIBITION ENZYMATIQUE  INHA  ACIDES MYCOLIQUES  NAD  NUCLEOSIDES  PYRIDINIUMS  DIHYDEOPYRIDINES TUBERCULOSIS  ISONIAZID  OXIDATION  ENZYME INHIBITION  MYCOLIC ACIDS  DIHYDROPYRIDINES Résumé : "L'isoniazide (INH) est un antibiotique très utilisé dans le traitement de la tuberculose, une maladie infectieuse causée par la bactérie Mycobacterium tuberculosis. Le mécanisme d'action de l'INH, pas encore entièrement élucidé, est expliqué par la formation d'adduits covalents entre l'INH activé par l'enzyme KatG, et le cofacteur NAD. Ces adduits INH-NAD sont des inhibiteurs de InhA, enzyme impliquée dans la biosynthèse des acides mycoliques, constituants spécifiques de la paroi mycobactérienne. Le chapitre 1 est consacré à l'étude structurale des adduits INH-NAD. Dans le chapitre 2, plusieurs voies de synthèse vers de nouvelles molécules cibles inspirées de ces adduits sont mises au point. Dans le chapitre 3, les molécules synthétisées sont testées vis-à-vis des cibles biologiques (InhA et MabA). Les voies de synthèse mises au point et les informations de relation structure-activité obtenues devraient permettre l'accès à de nouvelles molécules à activité antituberculeuse potentielle." "Isoniazid (INH) is an antibiotic frequently used in treatment of tuberculosis, an infectious disease caused by Mycobacterium tuberculosis. The action mecanism of this drug, up to now not completely elucidated, is explained by the formation of covalent adducts between INH activated by the catalase-peroxidase KatG and the NAD cofactor. These adducts are inhibitors of InhA, an other bacteria enzyme involved in the biosynthesis of mycolic acids (specific components of the mycobacterial cell wall). The first chapter descibes the NMR structural study of the INH-NAD adducts. In the second chapter, several synthetic pathways towards new molecules inspired by the INH-NAD model elucidated in the first chapter are elaborated. In the third chapter, the molecules previously obtained are tested towards biological targets (InhA and MabA enzymes). The synthetic pathways elaborated and the structure-activity relationships obtained should allow an access to new potential." Document : Thèse de Doctorat Etablissement_delivrance : Université de Toulouse 3 Date_soutenance : 19/10/2004 Ecole_doctorale : Science de la matière (SdM) ( Toulouse) Domaine : Chimie des Biomolécules Localisation : LCC En ligne : http://www.theses.fr/2004TOU30186

Oxydation biomimétique de l'isoniazide par le pyrophosphate de manganèse (III) et caractérisation structurale des adduits isoniazide-NAD(H), inhibiteurs de l'enzyme InhA de mycobacterium tuberculosis / Nguyen, Michel  

Public ISBD Titre : Oxydation biomimétique de l'isoniazide par le pyrophosphate de manganèse (III) et caractérisation structurale des adduits isoniazide-NAD(H), inhibiteurs de l'enzyme InhA de mycobacterium tuberculosis Titre original : Biomimetic oxidation of isoniazid by manganese(III) pyrophosphate and structural characterization of isoniazid-NAD(H) adducts, inhibitors of the InhA enzyme of Mycobacterium tuberculosis Type de document : texte imprimé Auteurs : Nguyen, Michel, Auteur ; Bernadou, Jean, Directeur de thèse ; Bernard Meunier, Directeur de thèse Année de publication : 2001 Langues : Français (fre) Tags : TUBERCULOSE  ISONIAZIDE  OXYDATION  MANGANESE  INHIBITION ENZYMATIQUE  INHA  ACIDE MYCOLIQUE TUBERCULOSIS  ISONIAZID  OXIDATION  ENZYME INHIBITION  MYCOLIC ACID Résumé : "L'isoniazide (INH) est un antibiotique couramment utilisé dans le traitement et la prophylaxie de la tuberculose, une maladie infectieuse causée principalement par la bactérie Mycobacterium tuberculosis. L'action de ce médicament, non encore entièrement élucidé repose sur la formation d'adduits covalents entre l'INH activé par l'enzyme KatG, une catalase-peroxydase à activité manganèse-peroxydase, de Mycobacterium tuberculosis, et le cofacteur NAD(H). Ces adduits constituent des inhibiteurs potentiels d'une autre enzyme de la bactérie, InhA impliquée dans la biosynthèse des acides mycoliques (acides gras a-ramifiés et B-hydroxylés), constituants essentiels et spécifiques de la paroi mycobactérienne. Cette hypothèse est fréquemment avancée pour expliquer l'activité bactéricide de l'INH. Le travail présenté ici repose sur l'utilisation d'un oxydant chimique, le pyrophosphate de manganèse (III) capable de mimer l'activité in vitro de KatG. Le premier chapitre constitue une revue bibliographique sur le mode d'action de l'INH. Le deuxième chapitre porte sur la caractérisation structurale par chromatographie liquide haute performance couplée à la spectrométrie de masse (CLHP-SM) des adduits INH- NAD(H) générés par oxydation de l'INH via le pyrophosphate de manganèse (III). Le troisième chapitre présente les évaluations enzymatiques des adduits INH-NAD(H) en tant qu'inhibiteurs de l'enzyme InhA. D'autres adduits dérivés d'analogues structuraux du cofacteur NAD* comme le DNAD ou le NMN sont également testés. Le dernier chapitre clôturera ce travail par une description des voies d'accès chimiques à des analogues simplifiés d'adduits INH-NAD(H). L'ensemble de ces travaux permettent de valider le pyrophosphate de manganèse (III) en tant que modèle biomimétique de KatG et d'envisager dans l'avenir le développement de nouvelles molécules inhibitrices de InhA, basées sur les données apportées par nos études structurales et enzymatiques." "Isoniazid (INH) is an antibiotic commonly used in the treatment and prophylaxis of tuberculosis, an infectious disease caused primarily by the bacterium Mycobacterium tuberculosis. The action of this drug, which is not yet fully understood, is based on the formation of covalent adducts between INH activated by the enzyme KatG, a catalase-peroxidase with manganese-peroxidase activity, of Mycobacterium tuberculosis, and the cofactor NAD(H). These adducts are potential inhibitors of another enzyme of the bacterium, InhA, involved in the biosynthesis of mycolic acids (?-branched and ?-hydroxylated fatty acids), essential and specific constituents of the mycobacterial cell wall. This hypothesis is frequently put forward to explain the bactericidal activity of INH. The work presented here is based on the use of a chemical oxidant, manganese(III) pyrophosphate, capable of mimicking the in vitro activity of KatG. The first chapter provides a literature review on the mode of action of INH. The second chapter focuses on the structural characterization by high-performance liquid chromatography-mass spectrometry (HPLC-MS) of INH-NAD(H) adducts generated by INH oxidation via manganese(III) pyrophosphate. The third chapter presents the enzymatic evaluations of INH-NAD(H) adducts as inhibitors of the InhA enzyme. Other adducts derived from structural analogues of the NAD* cofactor such as DNAD or NMN are also tested. The last chapter will conclude this work with a description of the chemical access routes to simplified analogues of INH-NAD(H) adducts. All of this work allows us to validate manganese (III) pyrophosphate as a biomimetic model of KatG and to consider in the future the development of new InhA inhibitory molecules, based on the data provided by our structural and enzymatic studies." Document : Thèse de Doctorat Etablissement_delivrance : Université de Toulouse 3 Date_soutenance : 14/11/2001 Domaine : Chimie des biomolécules Localisation : LCC En ligne : https://www.theses.fr/2001TOU30112 Oxydation biomimétique de l'isoniazide par le pyrophosphate de manganèse (III) et caractérisation structurale des adduits isoniazide-NAD(H), inhibiteurs de l'enzyme InhA de mycobacterium tuberculosis = Biomimetic oxidation of isoniazid by manganese(III) pyrophosphate and structural characterization of isoniazid-NAD(H) adducts, inhibitors of the InhA enzyme of Mycobacterium tuberculosis [texte imprimé] / Nguyen, Michel, Auteur ; Bernadou, Jean, Directeur de thèse ; Bernard Meunier, Directeur de thèse . - 2001. Langues : Français (fre) Tags : TUBERCULOSE  ISONIAZIDE  OXYDATION  MANGANESE  INHIBITION ENZYMATIQUE  INHA  ACIDE MYCOLIQUE TUBERCULOSIS  ISONIAZID  OXIDATION  ENZYME INHIBITION  MYCOLIC ACID Résumé : "L'isoniazide (INH) est un antibiotique couramment utilisé dans le traitement et la prophylaxie de la tuberculose, une maladie infectieuse causée principalement par la bactérie Mycobacterium tuberculosis. L'action de ce médicament, non encore entièrement élucidé repose sur la formation d'adduits covalents entre l'INH activé par l'enzyme KatG, une catalase-peroxydase à activité manganèse-peroxydase, de Mycobacterium tuberculosis, et le cofacteur NAD(H). Ces adduits constituent des inhibiteurs potentiels d'une autre enzyme de la bactérie, InhA impliquée dans la biosynthèse des acides mycoliques (acides gras a-ramifiés et B-hydroxylés), constituants essentiels et spécifiques de la paroi mycobactérienne. Cette hypothèse est fréquemment avancée pour expliquer l'activité bactéricide de l'INH. Le travail présenté ici repose sur l'utilisation d'un oxydant chimique, le pyrophosphate de manganèse (III) capable de mimer l'activité in vitro de KatG. Le premier chapitre constitue une revue bibliographique sur le mode d'action de l'INH. Le deuxième chapitre porte sur la caractérisation structurale par chromatographie liquide haute performance couplée à la spectrométrie de masse (CLHP-SM) des adduits INH- NAD(H) générés par oxydation de l'INH via le pyrophosphate de manganèse (III). Le troisième chapitre présente les évaluations enzymatiques des adduits INH-NAD(H) en tant qu'inhibiteurs de l'enzyme InhA. D'autres adduits dérivés d'analogues structuraux du cofacteur NAD* comme le DNAD ou le NMN sont également testés. Le dernier chapitre clôturera ce travail par une description des voies d'accès chimiques à des analogues simplifiés d'adduits INH-NAD(H). L'ensemble de ces travaux permettent de valider le pyrophosphate de manganèse (III) en tant que modèle biomimétique de KatG et d'envisager dans l'avenir le développement de nouvelles molécules inhibitrices de InhA, basées sur les données apportées par nos études structurales et enzymatiques." "Isoniazid (INH) is an antibiotic commonly used in the treatment and prophylaxis of tuberculosis, an infectious disease caused primarily by the bacterium Mycobacterium tuberculosis. The action of this drug, which is not yet fully understood, is based on the formation of covalent adducts between INH activated by the enzyme KatG, a catalase-peroxidase with manganese-peroxidase activity, of Mycobacterium tuberculosis, and the cofactor NAD(H). These adducts are potential inhibitors of another enzyme of the bacterium, InhA, involved in the biosynthesis of mycolic acids (?-branched and ?-hydroxylated fatty acids), essential and specific constituents of the mycobacterial cell wall. This hypothesis is frequently put forward to explain the bactericidal activity of INH. The work presented here is based on the use of a chemical oxidant, manganese(III) pyrophosphate, capable of mimicking the in vitro activity of KatG. The first chapter provides a literature review on the mode of action of INH. The second chapter focuses on the structural characterization by high-performance liquid chromatography-mass spectrometry (HPLC-MS) of INH-NAD(H) adducts generated by INH oxidation via manganese(III) pyrophosphate. The third chapter presents the enzymatic evaluations of INH-NAD(H) adducts as inhibitors of the InhA enzyme. Other adducts derived from structural analogues of the NAD* cofactor such as DNAD or NMN are also tested. The last chapter will conclude this work with a description of the chemical access routes to simplified analogues of INH-NAD(H) adducts. All of this work allows us to validate manganese (III) pyrophosphate as a biomimetic model of KatG and to consider in the future the development of new InhA inhibitory molecules, based on the data provided by our structural and enzymatic studies." Document : Thèse de Doctorat Etablissement_delivrance : Université de Toulouse 3 Date_soutenance : 14/11/2001 Domaine : Chimie des biomolécules Localisation : LCC En ligne : https://www.theses.fr/2001TOU30112

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

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/