Innovatives synthesis and strategies for the discovery of new pre-miRNAs ligands inhibiting oncogenic miRNAs maturation

Description

RNA represents an extremely original and promising therapeutic target for the discovery of innovative drugs in a large number of pathologies. Several drugs currently on the market target RNA such as some antibiotics (aminoglycosides, tetracyclines, macrolides) or Risdiplam approved in 2020 as a modulator of alternative splicing in patients with spinal muscular atrophy in which splicing is defective. Among RNAs, microRNAs (miRNA) are a class of small non-coding RNAs that act as regulators of gene expression at the post-transcriptional level. Increasing evidence has indicated that the deregulation of miRNAs expression is linked to various human cancers and therefore, miRNAs represent a new class of potential drug targets. Their precursor pre-miRNAs are overexpressed in cancer cells and lead to mature miRNAs after cleavage of their stem-loop structure by the enzyme Dicer in the cytoplasm. The aim of this project is the development of novel pre-miRNA ligands inhibiting oncogenic miRNA maturation using innovative medicinal chemistry methodologies. Our group previously demonstrated that conjugates of the aminoglycoside neomycin with artificial nucleobases were able to efficiently inhibit the production of oncogenic miRNAs upon binding to their precursors and inhibiting Dicer-mediated processing. However, their physicochemical properties were not favorable for future therapeutic applications. In this context, I synthesized a new series of drug-like conjugates where the previously employed neomycin was replaced with 2-deoxystreptamine. This latter belongs to neomycin, it is known to be particularly important in the interaction with RNA and bears a reduced size. Moreover, in sight to diversify pre-miRNA ligands, I developed a new series of small molecules whose core-structure is based on phenanthridinone, intercalator of DNA and RNA. I optimized a new synthesis path of the alkaloid constituted of an Ugi reaction followed by an intramolecular Pd-catalyzed arylation to allow us several modifications of these molecule with good yields. Finally, I developed the new method: affinity- and selectivity-directed synthesis (ASDS) for the purpose of rapidly identify new RNA ligand. The bioactive molecules that have been identified thanks to the development of these approaches have then been evaluated on several pre-miRNA targets for their affinity, selectivity and in vitro activity as well as at the cellular level through collaborations with biologists. The results obtained have led to the design and synthesis of optimized compounds in view of future therapeutic application.

Abstract (French)

L'ARN représente une cible thérapeutique extrêmement originale et prometteuse pour la découverte de médicaments innovants dans un grand nombre de pathologies. Plusieurs médicaments actuellement sur le marché ciblent l'ARN tels que certains antibiotiques (aminoglycosides, tétracyclines, macrolides) ou le Risdiplam approuvé en 2020 en tant que modulateur de l'épissage alternatif chez les patients atteints d'atrophie musculaire spinale dans laquelle l'épissage est défectueux. Parmi les ARN, les microARN (miARN) sont une classe de petits ARN non-codants agissant comme un régulateur de l'expression des gènes. De nombreuses études démontrent que la dérégulation de l'expression de miARN est liée à de nombreux cancers humains, par conséquent, les miARN représentent une nouvelle classe de cibles thérapeutiques. Leurs précurseurs pre-miARN sont surexprimés dans les cellules cancéreuses et mènent aux miARN après clivage de leur structure tige-boucle par l'enzyme Dicer dans le cytoplasme. Le but de ce projet est le développement de nouveaux ligands de pre-miARN originaux, inhibant la maturation de miARN oncogènes grâce à des méthodologies innovantes en chimie médicinale. Notre groupe a précédemment démontré que les conjugués de l'aminoglycoside néomycine avec des nucléobases artificielles permettent l'inhibition de la production de miARN oncogènes, toutefois leurs propriétés physicochimiques ne sont pas favorables pour une future application thérapeutique. Dans ce contexte, j'ai synthétisé une nouvelle série de conjugués où la néomycine a été remplacée par la 2-désoxystreptamine, partie de la néomycine particulièrement importante dans l'interaction avec l'ARN. De plus, en vue de diversifier les ligands de pre-miARN, j'ai mis au point une nouvelle série de molécules dont la structure centrale est basée sur la phénanthridinone, intercalant de l'ADN et l'ARN. J'ai optimisé une nouvelle voie de synthèse de l'alcaloïde constituée d'une réaction de Ugi suivi d'une arylation intramoléculaire catalysée au Pd nous permettant diverses modifications. Enfin, j'ai mis au point la méthode : synthèse dirigée par l'affinité et la sélectivité (SDAS) en vue d'identifier rapidement de nouveaux ligands d'ARN. Les molécules bioactives ainsi identifiées ont ensuite été évaluées sur plusieurs cibles pre-miARN pour leur affinité, sélectivité et activité in vitro et au niveau cellulaire grâce à des collaborations avec des biologistes. Les résultats obtenus ont mené à la conception et à la synthèse de composés optimisés dans une perspective d'application thérapeutique.

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