Des scientifiques de l’EPFL ont trouvé un moyen de synthétiser un grand nombre de composés macrocycliques, nécessaires au développement de médicaments contre des cibles pathologiques difficiles.
Lorsque les sociétés pharmaceutiques commencent à rechercher un candidat-médicament, elles utilisent un processus de filtrage appelé « criblage à haut débit ». Ici, un grand nombre de composés chimiques différents sont testés pour voir lesquels se lieront à une protéine qui est la cible de la maladie qu’ils veulent traiter.
Les sociétés pharmaceutiques ont en fait des bibliothèques de 1 à 2 millions de composés de « petites molécules » collectés au fil des ans. Mais dans de nombreux cas, le criblage de composés classiques à petites molécules ne permet pas d’identifier des médicaments candidats simplement parce qu’ils ne contiennent pas de composé qui se lie suffisamment fortement à la cible.
Une solution a été trouvée dans les « macrocycles », une classe émergente de molécules qui se sont révélées idéales pour lier des cibles difficiles comme les protéines à surfaces planes ou même des protéines liées à d’autres protéines. Le problème est que les bibliothèques de macrocycles actuelles ne contiennent que moins de 10 000 composés, ce qui limite les chances de trouver des médicaments candidats capables de se lier à une maladie cible donnée.
Mais un groupe de chimistes de l’EPFL a maintenant trouvé un moyen de générer un grand nombre de macrocycles, ce qui peut augmenter considérablement la taille des bibliothèques disponibles. La percée, publiée dans Communication Natureest l’œuvre du groupe du professeur Christian Heinis de la Faculté des sciences de base de l’EPFL.
« Notre approche est basée sur la combinaison d’un grand nombre ‘m’ de différents échafaudages macrocycliques avec une myriade de ‘n’ fragments chimiques pour générer ‘m×n’ différents composés macrocycliques », explique Heinis. « Par exemple, nous avons généré une bibliothèque de 19 968 macrocycles en faisant réagir 192 échafaudages de macrocycles avec 104 fragments d’acide carboxylique. »
Avec l’aide du Biomolecular Screening Facility de l’EPFL, les scientifiques ont réalisé les réactions dans des volumes minuscules de 40 nanolitres et en transférant les réactifs à l’aide d’ondes acoustiques, ce qui est extrêmement rapide. Grâce à la miniaturisation et à la vitesse élevée, la bibliothèque de 19 968 composés macrocycliques a été constituée en une demi-journée seulement.
Pour tester la méthode, le Ph.D. l’étudiant à la tête du projet, Sevan Habeshian, l’a utilisé pour développer des inhibiteurs nanomolaires contre la thrombine et l’interaction protéine-protéine MDM2: p53, qui sont des cibles médicamenteuses pour les accidents vasculaires cérébraux et le cancer.
En collaboration avec des scientifiques des universités de Padoue et de Venise, l’équipe a obtenu une structure aux rayons X de l’inhibiteur de la thrombine alors qu’il liait la protéine. « L’analyse structurelle a validé l’approche de criblage de composés contenant des noyaux macrocycliques et des fragments chimiques liés latéralement », explique Habeshian.
« Nous appliquons actuellement l’approche de développement de composés macrocycliques à une gamme de cibles de maladies pour lesquelles les sociétés pharmaceutiques ont du mal à générer des médicaments basés sur de petites molécules classiques », explique Heinis. « Compte tenu de la petite taille et de la surface polaire limitée des composés macrocycliques, ils ont de fortes chances de traverser les membranes cellulaires, ce qui signifie qu’ils peuvent être utilisés pour développer des médicaments pour des cibles intracellulaires ou même des médicaments pris par voie orale. »
Sevan Habeshian et al, Synthèse et dosage direct de grandes diversités de macrocycles par modification combinatoire de stade avancé à l’échelle de la picomole, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-31428-8