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Développement de petites molécules inhibitrices des transglycosylases lytiques capables de re-sensibiliser Pseudomonas aeruginosa aux antibiotiques de type beta-lactames

Dernière mise à jour 30.09.2021 à 10h47

Axe de recherche : Infection Délégation territoriale : Aquitaine Nord Domaine de recherche : Recherche fondamentale

Porteur du projet : Yves Bleriot

INSTITUT DE CHIMIE DES MILIEUX ET MATÉRIAUX DE POITIERS - LABORATOIRE DE CHIMIE ORGANIQUE

Contexte : 
Les antibiotiques de type β-lactame sont les molécules les plus utilisées pour traiter les infections bactériennes, constituant plus de 50% des antibiotiques utilisés en clinique.  Néanmoins, leur efficacité thérapeutique se dégrade constamment du fait de la prévalence croissante de mécanismes de résistance bactérienne. Un mécanisme très élaboré chez les bactéries Gram- négatif consiste à produire une β-lactamase appelée AmpC, une enzyme qui désactive  la plupart des β-lactames, dont les penicillines, céphèmes et monobactames.  AmpC est produit par de nombreuses entérobactéries pathogènes et par Pseudomonas aeruginosa. Ce pathogène est la cause première des infections pulmonaires chroniques et de la mortalité chez les patients atteints de mucoviscidose. Il y a donc un besoin criant de nouveaux antibiotiques ou de stratégies pour re-sensibiliser cette bactérie aux antibiotiques de type β-lactame. Malheureusement, les 5 inhibiteurs de β-lactamase actuellement sur le marché sont inéfficaces contre cette  β-lactamase AmpC.

Objectifs :
Fort de nos résultats obtenus avec NagZ, nous voulons poursuivre notre stratégie de re-potentialisation des β-lactames à l’aide petites molécules en ciblant une autre famille d’enzymes, les transglycosylases lytiques, en charge de la dégradation du peptidoglycane. Il a été montré que l’inhibition de ces enzymes, moins étudiées que NagZ, restaurait l’activité anti-bactérienne des β-lactames chez de nombreux pathogènes dont P. aeruginosa. Il existe à notre connaissance trois inhibiteurs de ces enzymes qui ont été identifiés par criblage. Comme nous l'avons fait pour NagZ, nous souhaitons concevoir de façon rationnelle des inhibiteurs des transglycosylases lytiques et évaluer leur potentiel de re-sensibilisation en s’appuyant sur l' étude structurale et mécanistique détaillée de ces enzymes et sur le savoir faire des deux partenaires du projet.

Perspectives :
Bien qu'il ait été montré que la co-administration d'un inhibiteur de transglycosylases lytiques et d'un β-lactame re-sensibilisait la bactérie aux antibiotiques, ces enzymes sont encore peu exploitées comme cible thérapeutique pour lutter contre l'antibiorésistance notamment chez P. aeruginosa. Ceci est du à un manque de connaissances des exigences structurales de ces enzymes en terme d'inhibition. Les trois inhibiteurs de ces enzymes à ce jour ont été obtenus par criblage. Nous espérons que notre approche rationnelle de conception d'inhibiteurs permettra de mieux comprendre le mécanisme d'action de ces enzymes et d'identifier des candidats thérapeutiques capables d'inhiber fortement et sélectivement ces enzymes et de re-potentialiser l'action des β-lactames.

Résultats obtenus :
La production d’AmpC depend de l’activité de 3 protéines impliquées dans le recyclage du peptidoglycane (PG) de la bactérie: AmpG, NagZ et AmpR.  NagZ est une glycosidase cytosolique qui convertit les fragments de PG en métabolites. Guidés par une étude structurale et mécanistique détaillée de NagZ, nous avons conçu et synthétisé des inhibiteurs puissants qui bloquent sélectivement l’activité de NagZ sans affecter des enzymes humaines apparentées. De plus, la co-administration de ces inhibiteurs avec un β-lactame de pointe, le ceftazidime, a fortement réduit la concentration inhibitrice minimale (MIC) de ce β-lactame contre une souche mutante de P. aeruginosa hyper productrice d’AmpC, démontrant que notre approche peut revitaliser l’utilité de ces antibiotiques contre P. aeruginosa et inverser le phénomène de résistance aux antibiotiques. Ce travail a donné lieu à trois articles (Chem. Commun. 2013, 49, 10983; Protein Sci. 2017, 26, 1661; Org. Biomol. Chem. 2017, 15, 4609).