L’avenir des peptides antimiroiens issus de la...par Sir Alexander Fleming La solution contre de...
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Antibiotiques, antibiorésistance et environnement
des raisons d’espérer
1Séance thématique inter-académique
L’avenir des peptides antimicrobiens issus de la biodiversité comme agent thérapeutique.
Sommes-nous face à un rêve ou à une réalité ?
Cible(s)
+Dr Philippe BULET, PhD, DR CNRS
AdressePlateforme BioPark d’Archamps, Archamps Technopole (74)
Me contacterphilippe.bulet@univ-grenoble-alpes ; [email protected]
Institute for Advanced Biosciences
L’aventure des antibiotiquesUne résistance de plus en plus rapide
2Séance thématique inter-académique
beta
lactamineUne des découvertes majeure du 20ème siècle (1928)
La pénicilline isolée de Penicillium glaucumpar Sir Alexander Fleming
La solution contre de nombreuses infections (1941)
L’usage abusif des antibiotiques a conduit à l’émergence de plus en
plus rapide de résistances, de multi-résistances et depuis
novembre 2015à une totale résistance de
certaines souches bactériennes.
Mortalité liée à la résistance aux antibiotiquesProjection 2050
3Séance thématique inter-académique
Mortalité liée à la résistance aux antibiotiquesface aux autres causes majeures de mortalité
Mortalité liée à la résistance aux antibiotiques :répartition mondiale
Un besoin urgent en nouveaux antibiotiques
4Séance thématique inter-académique
0 7,5 15 22,5 30 37,5
1980 - 1989
1990-1999
2000-2010
>2010
Nombre d’antibiotiques développés et approuvés
systémique application, donnée issues du« Center for Drug Evaluation and
Research » (FDA)
La question qui est poséeFaut-il chercher de nouveaux antibiotiques à partir de familles déjà connues ?
Faut-il découvrir de nouvelles approches de traitements et/ou de nouvelles familles d’antibiotiques ?
La menace d’une ère pré-antibiotique est réelle !La Tribune de Genève, 31 Mai 2016
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LES PEPTIDES ANTIMICROBIENS SONT ILS UNEALTERNATIVE
AUX ANTIBIOTIQUES DITS CONVENTIONNELS ?
Origine, diversité structurale, multifonctionsdiversité d’expression, modes d’actions variés
Séance thématique inter-académique
Evolution phylogénétique & Mécanismes de défense
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Tout organisme vivant, qu’il soit microbien, végétal ou animal, est constamment confronté à des attaques par des agents pathogènes
Gnathostomes
Séance thématique inter-académique
Les PAMs chez les micro-organismes
7Séance thématique inter-académique
Letunic, I & Bork, P. 2007 "Interactive Tree Of Life (iTOL): an online tool for phylogenetic tree display and annotation" . Bioinformatics 23 (1): 127–128.
PAMschez les micro-organismes
archées, bactéries, champignons, protistes, microalgues
Biosynthèseribosomique non ribosomique
Bactériocines
RiPPs*
NRPs**
PTMs
* Peptides ribosomiques avec modifications post-traductionnelles
** Peptides non ribosomiques 300 PAMs, Nes et al, 1925
30 et 99% des bactéries et des archéesproduisent au moins un PAM
Les défensines de plantes
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Découvertes dans les années 90.Base de données PhytAMP300 peptides
271 sequences 7 structural groups based on primary structures Garcia-Olmedo et al. 1998; Plant defense peptides. Biopolymers 47(6):479-91. Castro & Fontes 2005 Plant defense and antimicrobial peptides. Protein Pept Lett. 12(1):13-8
http://phytamp.pfba-lab-tun.org
Séance thématique inter-académique
L’historique des découvertes des PAMs ou Peptides de défense
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Premier isolementPremier PAM chez invertébrés
Premières défensines
Recherches intensives
Kiss et Michael Habermann et al. Boman et al. Lehrer et al. Zasloff et al.
Le premier symposium sur les peptides antibactériens, proposé parH.G. Boman et Joan Marsh est organisé par la CIBA FONDATION, à Londres, en Janvier 1994. (Marsh J. & al., 1994)
Nicolas et al.
Séance thématique inter-académique
Un exemple de base de données
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Wang, G., Li, X. and Wang, Z. (2016) APD3: the antimicrobial peptide database as a tool for research and education. Nucleic Acids Research 44, D1087-D1093.
Séance thématique inter-académique
Les PAMs décrits chez les animaux sont les plus représentés : >75%48% chez les vertébrés, dont 38% chez les amphibiens
0,00% 20,00% 40,00% 60,00% 80,00%
Protozoaires
Synthétiques
Bacteries
Champignons
Plantes
Animaux
0,23%
1,58%
8,43%
0,47%
13,55%
75,73%0%
30%
60%
90%
120%
Étiquette 4
52%
1%
38%
2%4%4%Poissons, 100Mammifères, 113Oiseaux, 38Amphibiens, 1012Reptiles, 22Autres, 1390
30% (417) issus d’insectes
2675 séquence février 2016
Les PAMs « eucaryotes »codés par des gènes
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Un gène à plusieurs domaines
Séance thématique inter-académique
La localisation des PAMs chez l’Homme
12Séance thématique inter-académique
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Diversité structurale, fonctionnelleet dans leur mode d’action
Séance thématique inter-académique
Diversité structurale des PAMs
14Séance thématique inter-académique
Diversité structurale des PAMsen résumé
15Séance thématique inter-académique
Cécropine (1981)
Drosocine (1993)
Défensine d’insecte (1989)
beta - Défensine bovine (1989), humaine (1995)
alpha-Défensine de lapin (1985), humaine (1985)
Magainine (1987)
33%
45%
14%
8%
Hélice alpha
Feuillet beta
Linéaire ou sans structure
Hélice alpha & Feuillet beta
Brévinine (1992) & Thanatine (1996)
Protégrine (1993) & Gomésine (2000)
Diversité structurale des PAMs
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Nombreux points communs
Petite taille
généralement < 10 kDa, soit mois de 100 acides aminés
Charge globale positive à pH physiologique
souvent comprise entre +7 à +11
Stéréogéométrie de type amphipathiqueface hydrophobe vs face polaire
Malgré cela la classification reste emblématiqueSéance thématique inter-académique
PAMs MultiFonctionsquoi de plus ?
17Séance thématique inter-académique
020
40
60
80
Antibactériens
Désormais MultifonctionsUn véritable «Swiss Army Knife»
Préalablement :Peptides antimicrobiens
Antitumoraux
Antiviraux
Toxines
Chimiotactisme
Antiparasitiques
Antiendotoxine
Insecticides
CicatrisantEffet adjuvant
Angiogenèse
Phagocytose
Conservation alimentaire
Couleur du pelage chez le chien
Et quoi de plus ?
Immunomodulateur
Naissance tube pollinique
L’estomac du manchotgarde-manger ou usine à antibiotiques ?
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Deux obligations pour les parents1. Nager pour récolter de la nourriture, 500 km loin de la
zone de ponte sur l’Ile de la Possession2. Incuber l’oeuf unique, et nourrir le précieux poussin.
Une stratégie fascinanteLe mâle conserve de la nourriture non digérée.
Une observationLes bactéries retrouvées dans le contenu stomacal sont soit
stressées soit mortes.
Une découverteLa conservation des aliments est liée à une défensine beta(sphéniscine) antimicrobienne présente dans le contenustomacal.
Manchot royalAptenodytes patagonicus
Séance thématique inter-académique
Pourquoi les PAMs privilégient les cellules procaryotes ?
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G+ G-
Interactionsavec la
membrane
Insertion & Orientation
Structuration & Oligomérisation
Renforçateur membranaire, cholestérol
Phospholipides anioniques
Phospholipides zwittérioniques
Membrane eucaryotes
++
++ +
+
++
++
++
+ +
PAMs (pI +7 à +11)
Interactionsélectrostatiques et hydrophobes
Membrane procaryotes
+ + +
Interactionshydrophobes
Potentiels de membrane différents :approx. -70 mV pour cellules eucaryotes
approx. > -120 mV pour procaryotes
Séance thématique inter-académique
Différents modes d’action
20Séance thématique inter-académique
Perturbation membranairehélices alpha
Pas de perturbation membranairePrPAM
Interaction membranaire et intracellulairedéfensines de plante
Interactions avec des sphingolipids complexes: sphingolipides contenant des groupements inositol phosphore (M(IP)2C) et glucosylceramides (GlcCer).
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Les PAMs comme agents thérapeutiquesles antibiotiques du futur ?
Question très ouverte
Séance thématique inter-académique
Le pipeline des médicaments
22Séance thématique inter-académique
Programmes de développement
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Genaera Corp Magainins Ulcères du pied chez les diabétiques
EntoMed SA Defensins Infections nosocomiales
Le seul a avoir atteint le niveau FDA: dérivé de magainine (MSI78), pexiganan acétate
Pour :Une chaine linéaire (22 aa)Très large spectre sur isolats cliniques (R et MR, pénicilline, aminoglycosides et quinolones)Faible coût de production (synthèse chimique)Pas d’acquisition de résistance apparentePhase III, 1000 patients efficacité et pas de toxicité
Contre :Durée de vie limitée, sensibilité aux protéasesFormulation sous forme de crème, application uniquement topique
Rejet FDA ?
Un exemple historique : Magainin Pharmaceuticals = Genaera Corp
Séance thématique inter-académique
Les peptides comme agents thérapeutiquesexploration à exploitation
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> 500 peptides (<50aa) thérapeutiques(http://www.peptidetherapeutics.org/)
AstraZeneca plc., Bachem Holding, Lonza Inc, Merck & Co, Novartis AG, Novo Nordisk A/S,
Sanofi
0
40
80
120
160
Toutes (n=15) Prioritaire (n=6) Standard (n=9)
Du
rée
de
s p
ha
se
s e
n m
ois
Phases cliniques Analyse régulatoire
127,8 mois
98 mois
147,7 mois
Séance thématique inter-académique
Analyse des forces, faiblesses, opportunités et menacesdes peptides naturels et leur usage comme agents thérapeutiques
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Forces• Bonne efficacité, tolérance, sécurité• Sélectivité, rapidité d’action• Métabolisme prévisible• Multifonctions• Protocoles de synthèse standards• Présence dans l’ensemble du règne du
vivant
Faiblesses• Instabilité, sensibles aux protéases• Enclin à l’oxydation et à l’hydrolyse• Possibilité d’agrégation• t1/2 faible, élimination rapide• Disponibilité orale très limitée• Coût de production
Opportunités• Découvertes de nouvelles molécules• Optimisation de séquences. Librairies ciblées• Formulation• Conjuguées avec des thérapeutiques• Voies d’administration non parentale
Menaces• Immunogénicité• Brevets qui tombent• Besoin d’accroitre la sécurité,
l’efficacité• Acquisition de résistance pour certains• Diminuer le coût de production
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La biodiversité à notre service
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>13 millions d’organismes vivants< 2 millions d’espèces connues
Séance thématique inter-académique
27Séance thématique inter-académique
Pas d’action actuellement signifie pas de traitement pour demain
Merci pour votre
attention !
1 mort toutes les 3 secondes en 2050