Sondes moléculaires fluorogènes à haute spécificité pour leur enzyme cible : synthèse et étude

Résumé de la thèse

Ce projet de thèse porte sur l'avancement de chantiers scientifiques bien définis : la variation structurale de molécules candidates à être des sondes pour détecter des activités enzymatiques spécifiques, tels que la carboxypeptidase bactérienne CPG2, l'activité générique d'estérases, la dipeptidyle-peptidase-4 (DPP4), ou encore la cathepsine S (CTSS). La technologie de sonde se développe depuis une vingtaine d'années et a maintenant plusieurs atouts : sonde activable selon un mode de fonction « OFF-ON », haute sensibilité de détection et forte stabilité, cinétique de réponse rapide et modulation aisée de son architecture moléculaire, améliorant l'hydrosolubilité et la spécificité, respectivement. La spécificité recherchée est atteinte grâce à l'architecture de l'unité substrat et d'autres substituants qui composent ces sondes. La sonde estérase-CPG2 a été pensée pour être à la fois reconnue efficacement par les estérases ubiquitaires intracellulaires, stable face à l'hydrolyse spontanée, et dont la fonction carbamate portée par le substrat nous assure l'hydrolyse unique par l'enzyme cible, la CPG2. Les sondes ciblant DPP4 et CTSS ont été conçues selon une unité substrat non-peptidique, de type pharmacophore, de fait plus sélectif au regard des homologues de la cible enzymatique. Dans le but d'établir des sondes activables, des inhibiteurs dits « covalents » de la DPP4 (gliptines) et de la CTSS ont alors été utilisés comme source d'inspiration pour concevoir des sondes selon le « reverse design ». Ces sondes sont censées permettre l'imagerie in vivo par fluorescence (gène rapporteur, chirurgie guidée par fluorescence) sans un risque notable d'observation de signal de fonds dans des tissus ne présentant pas l'activité enzymatique cible (absence de réactivité croisée de la sonde).

Fluorogenic molecular probes with high specificity for their target enzyme: synthesis and evaluation

This thesis project focuses on the advancement of well-defined scientific projects: the structural variation of candidate molecules to be a probe to detect specific enzymatic activities, such as the bacterial carboxypeptidase CPG2, the generic activity of esterases, dipeptidyl peptidase-4 (DPP4), or cathepsin S (CTSS). Probe technology has been developing for about twenty years and now has several advantages: probe that can be activated in an “OFF-ON”  mode of operation, high detection sensitivity and high stability, fast response kinetics  and easy modulation of its molecular architecture, improving water solubility and specificity, respectively. The desired specificity is achieved thanks to the architecture of the substrate unit and other substituents that make up these probes. The esterase-CPG2 probe has been designed to be both effectively recognized by ubiquitous intracellular esterases, stable against spontaneous hydrolysis, and whose carbamate function carried by the substrate ensures the unique hydrolysis by the target enzyme, CPG2. The probes targeting DPP4 and CTSS were designed presenting a non-peptide substrate unit, of the pharmacophore type, which is therefore more selective with regard to the homologues of the enzyme target. In order to establish activatable probes, so-called “covalent” inhibitors of DPP4 (gliptins) and CTSS were then used as a source of inspiration to design a probe according to “reverse design”. These probes are supposed to allow fluorescence in vivo imaging (reporter gene, fluorescence-guided surgery) without a significant risk of observing a notable background signal in tissues that do not present the targeted enzyme activity (lack of cross-reactivity of the probe).