III. INHIBITEURS DE L’INTERACTION VEGF/VEGFR1
2. A PPLICATION AU CAS DE L ’ INTERACTION VEGF/VEGFR
2.2 Inhibiteurs connus de l’interaction VEGF/VEGFR
A l’heure actuelle, seules des macromolécules inhibant l’interaction VEGF/VEGFR sont utilisées en clinique (anticorps, protéines recombinantes). Cependant, depuis quelques années la recherche se tourne vers le développement de molécules plus petites, plus faciles à préparer, moins coûteuses et pouvant être administrées au patient facilement (idéalement par voie orale).
2.2.1 Composés anti-angiogéniques ciblant les récepteurs au VEGF
Une première approche pour inhiber l’interaction VEGF/VEGFR consiste à développer des composés ciblant le domaine extracellulaire du récepteur. Dans le cadre de notre étude, nous nous intéresserons uniquement aux récepteurs VEGFR1 et VEGFR2.
La majorité des molécules ciblant ces récepteurs sont de nature peptidique. Les principaux peptides capables d’inhiber cette interaction et dont l’activité anti-angiogénique a été confirmée sont présentés dans le tableau 2 (bien que certains de ces peptides aient conduit à la synthèse d’analogues ou de peptides dérivés, seul un exemple de chaque série est présenté dans ce tableau.) Ces composés ont, pour la plupart, été identifiés par des techniques de criblage de type « phage display ». Seul quelques uns sont issus d’une conception rationnelle.
40 En s’appuyant sur les données structurales décrites précédemment, Deleris et son équipe ont développé un peptide cyclique de 17 résidus, le cyclo-VEGI, mimant la boucle β5-β6 du VEGF. Ce peptide a un effet inhibiteur sur la prolifération, la migration et la différentiation des cellules. 89
D’Andréa et son équipe ont également conçu de façon rationnelle deux peptides possédant des propriétés anti-angiogéniques intéressantes. Le premier (Pep.1) a été développé en mimant l’hélice
α du VEGF 90 tandis que le second (HPlC) s’appuie sur la structure de la boucle β5-β6 du PlGF.91
De même, une des thématiques du laboratoire est de développer de façon rationnelle des peptides antagonistes du VEGFR1. Dans ce contexte, différents peptides ont été synthétisés en s’appuyant sur la structure du complexe VEGF/VEGFR1-d2. Les « hot regions » du VEGF étant discontinues, une approche originale a été de concevoir des peptides mimant plusieurs de ces régions à la fois. Pour ce faire, un premier peptide cyclique mimant à la fois la boucle β3-β4 et l’hélice α terminale a été synthétisé (Pep.7). Celui-ci s’est avéré capable de bloquer l’interaction VEGF/VEGFR1 ainsi que les voies de signalisations dépendantes du VEGF (Figure 15).92 Toujours dans cette optique, un second
peptide mimant l’hélice α, le brin β7 ainsi que la boucle β3-β4 a été préparé.93
Figure 15: peptide Pep.7, développé au laboratoire, mimant la boucle β3-β4 et l’hélice α du VEGF.92
Outre les peptides présentés dans le tableau 2, d’autres peptides ciblant les récepteurs au VEGF sont également décrits dans la littérature. 94,95 Cependant, bien que leurs aptitudes à bloquer l’interaction
VEGF/VEGFR aient été confirmées, aucunes informations sur leurs effets cellulaires ne sont, à l’heure actuelle, décrites.
89 L. Zilberberg, S. Shinkaruk, O. Lequin, B. Rousseau, M. Hagedorn, F. Costa, D. Caronzolo, M. Balke, X. Canron,
O. Convert, G. Laïn, K. Gionnet, M. Goncalvès, M. Bayle, L. Bello, G. Chassaing, G. Deleris and A. Bikfalvi, J. Biol.
Chem. 2003, 278, 35564-35573
90 A. Basile, A. Del Gatto, D. Diana, R. Di Stasi, A. Falco, M. Festa, A. Rosati, A. Barbieri, R. Franco, C. Arra, C.
Pedone, R. Fattorusso, M.C. Turco and L.D. D’Andrea, J. Med. Chem. 2011, 54, 1391-1400
91 L. De Rosa, D. Diana, A. Basile, A. Russomanno, C. Isernia, M.C. Turco, R. Fattorusso, L.D. D’Andrea, Eur. J. Org. Chem. 2014, 73, 210-216
92 V. Goncalves, B. Gautier, P. Coric, S. Bouaziz, C. Lenoir, C. Garbay, M. Vidal and N. Inguimbert, J. Med. Chem. 2007, 50, 5135-5146
93 V. Goncalves, B. Gautier, C. Garbay, M. Vidal and N. Inguimbert, J. Pept. Sci. 2008, 14, 767-772
94 M. García-Aranda, S. González-López, C. Santiveri , N. Eilstein, M. Reille-Seroussi , M. Martín-Martínez, N.
Inguimbert, M. Vidal, M. García-López, M. Angeles Jiménez, R. González-Muñiz and M.J. Pérez de Vega, Org.
Biomol. Chem. 2013, 11, 1896-1905
95 M. Isabel García-Aranda, Y. Mirassou, B. Gautier, M. Martín-Martínez, N. Inguimbert, M. Vidal, M.T. García-
41
Nom Structure ou séquence Cible Identification Ref.
K237 HTMYYHHYQHHL VEGFR2 Criblage 96
D2 A P3: Ac-AGPTWCEDDWYYCWLFGTGGGK-NH2
P4: Ac-VCWEDSWGGEVCFRYDPGGGK-NH2 VEGFR2
Criblage et
optimisation 97
V1/A7R ATWLPPR VEGFR2 Criblage 98
GU40C4 Peptoïde dimérique VEGFR2 Criblage 99
QKRKRKKSRYKS VEGFR2 Conception
rationnelle 100 VEGF-P3 Ac-ITMQCGIHQGQHPKICEMSF-NH2 VEGFR2 Conception rationnelle 101
SPV5.2 NGYEIEWYSWVTHGMY VEGFR1 Criblage 102
F56 WHSDMEWWYLLG VEGFR1 Criblage 103
CPQPRPLC VEGFR1 Criblage 104
Pep.7 cycl.[YYDEGLEE]-NH2 VEGFR1 Conception rationnelle 97
VG3F KFMDVYQRSY(Ahx)elGedncs(Ahx)ECRPK-NH2 VEGFR1 Conception rationnelle 98
BP1 SHRYRLAIQLHASDSSSSCV VEGFR1 Criblage 105
GNQWFI VEGFR1 Criblage 106
HPlC KQCLWIRSGDRPWYCTS VEGFR1 Conception
rationnelle 91
4-23-5 Peptoïde tétramérique VEGFR1 Chimie
combinatoire 107 Cyclo- VEGI cycl.[fPQIMRIKPHQGQHIGE] VEGFR1 /VEGFR2 Conception rationnelle 89 Pep.1 Ac-KLTWMELYQLAYKGI-NH2 /VEGFR2 VEGFR1 Conception rationnelle 90
Tableau 2: Principaux peptides et peptoïdes ciblant les VEGFRs. Résidus soulignés : impliqués dans un cycle. Résidus en minuscule : résidus D. Ahx=acide 6-aminohexanoique. A Hétérodimère formé des peptides P3 et P4.
96L. Hetian, A. Ping, S. Shumei, L. Xiaoying, H. Luowen, W. Jian, M. Lin, L. Meisheng, Y. Junshan and S.
Chengchao, J. Biol. Chem. 2002, 277, 43137-43142
97A. Shrivastava, M.A. von Wronski, A.K. Sato, D.T. Dransfield, D. Sexton, N. Bogdan, R. Pillai, P. Nanjappan, B.
Song, E. Marinelli, D. De Oliveira, C. Luneau, M. Devlin, A. Muruganandam, A. Abujoub, G .Connelly, Q.L. Wu, G. Conley, Q. Chang, M.F. Tweedle, R.C. Ladner, R.E. Swenson and A.D. Nunn, Protein Eng. Des. Sel. 2005, 18, 417- 424
98 R. Binetruy-Tournaire, C. Demangel, B. Malavaud, R. Vassy, S. Rouyre and M. Kraemer, EMBO J. 2000, 19,
1525-1533
99 D.G. Udugamasooriya, S.P. Dineen, R.A. Brekken, T. Kodadek, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 5744-5752 100 H. Jia, S. Jezequel, M. Lohr, S. Shaikh, D. Davis, S. Soker, D. Selwood and I. Zachary, Biochem. Biophys Res Commun. 2001, 283, 164-173
101 D. Vicari, K.C. Foy, E.M. Liotta and P.T.P. Kaumaya, J. Biol. Chem. 2011, 286, 13612-13625
102 M. El-Mousawi, L. Tchistiakova, L. Yurchenko, G. Pietrzynski, M. Moreno, D. Stanimirovic, D. Ahmad and V.
Alakhov, J. Biol. Chem. 2003, 278, 46681-46691
103 P. An, H. Lei, J. Zhang, S. Song, L. He, G. Jin, X. Liu, J. Wu, L. Meng, M. Liu and C. Shou, Int. J. Cancer, 2004, 111, 165-173
104 R.J. Giordano, M. Cardo-Vila, J. Lahdenranta, R. Pasqualini and W. Arap, Nat. Med. 2001, 7, 1249-1253 105 A.P. Taylor and D.M. Goldenberg, Mol. Cancer Ther. 2007, 6, 524-531
106 D.G. Bae, T.D Kim, G. Li, W.H. Yoon and C.B. Chae, Clin. Cancer Res. 2005, 11, 2651-2661
107 S. Ponticelli, D. Marasco, V. Tarallo, R.J.C. Albuquerque, S. Mitolai, A. Takeda, J.M. Stassen, M. Prestai, J.
42 Bien que la majorité des composés anti-angiogéniques ciblant les récepteurs au VEGF soient de nature peptidique, quelques petites molécules de faibles poids moléculaires ont été identifiées. Deux petites molécules, le VGA 1155 108,109 et le VGA 1102 110, ont été identifiées grâce à un criblage à
haut débit (Figure 16). Ces deux molécules se lient aux récepteurs VEGFR1 et VEGFR2. Elles ont fait l’objet de différentes études in vitro et in vivo et leurs propriétés anti-angiogéniques ont été confirmées.109,110 De plus, bien qu’initialement développées pour bloquer l’angiogenèse tumorale,
l’effet de ces molécules a également été étudié dans le cadre de traitements de pathologies cérébrales (ischémie et œdèmes).111,112,113 Cependant, leur site de fixation sur les récepteurs au VEGF
n’a pas été décrit.
Figure 16 : Structure des molécules VGA 1155 et VGA 1102
La philinopside E est un produit naturel marin isolé à partir du concombre de mer pentacta qudrangularis (Figure 17). Il a été mis en évidence que cette molécule présente à la fois un effet anti- angiogénique et anti-tumoral. Cette activité a été démontrée sur différents modèles in vitro ainsi qu’in vivo. Ces effets sont induits, en grande partie, par la liaison de ce composé sur le domaine extracellulaire du VEGFR2. Cette liaison bloque la fixation du VEGF et inhibe ainsi l’activation des voies de signalisations conduisant au processus d’angiogenèse. 114,115
108 Y. Ueda, T. Yamagishi, K. Samata, H. Ikeya, N. Hirayama, H. Takashima, S. Nakaike, M. Tanaka and I. Saiki, Mol. Canc. Ther. 2003, 2, 1105-1111
109 Y. Ueda, T. Yamagishi, H. Ikeya, N. Hirayama, T. Itokawa, Y. Aozuka, K. Samata, S. Nakaike, M. Tanaka, M.
Ono and I. Saiki, Anticancer Research, 2004, 24, 3009-3018
110 Y. Ueda, T. Yamagishi, K. Samata, H. Ikeya, N. Hirayama, T. Okasaki, S. Nishihara, K. Arai, S. Yamaguchi, M.
Shibuya, S. Nakaike and M. Tanaka, Cancer Chemother. Pharmacol. 2004, 54, 16-24
111J. Koyama, S. Miyake, T. Sasayama, T. Kondoh and E. Kohmura, Kobe J. Med. Sci. 2007, 53, 199-207
112 Y. Chiba, T. Sasayama, S. Miyake, J. Koyama, T. Kondoh, K. Hosoda and E. Kohmura, Kobe J. Med. Sci. 2008, 54, E136-E146
113 J. Koyama, S. Miyake, T. Sasayama, Y. Chiba, T. Kondoh and E. Kohmura, Kobe J. Med. Sci. 2010, 56, E1-E11 114 F. Tian, C. Zhu, X. Zhang, X. Xie, X. Xin, Y. Yi, L. Lin, M. Geng and J. Ding, Mol. Pharmacol. 2007, 72, 545-552 115 F. Tian, X. Zhang, Y. Tong, Y. Yi, S. Zhang, L. Li, P. Sun, L. Lin and J. Ding, Cancer Biology & Therapy, 2005, 4,
43 Figure 17: Structure de la philinopside E
Enfin, plus récemment, notre laboratoire a identifié grâce à un criblage in silico une molécule de faible poids moléculaire, le sr 4321, susceptible d’inhiber spécifiquement l’interaction du VEGF sur le VEGFR1 (Figure 18). Cette molécule ayant servi de point de départ pour une partie de mon travail de thèse, une description plus détaillée de cette molécule ainsi que de ces propriétés anti-angiogénique sera présentée ultérieurement (Cf. Chapitre 2).130
Figure 18: Structure du composé sr 4321
2.2.2 Composés anti-angiogéniques ciblant le VEGF
Une seconde approche pour inhiber l’interaction VEGF/VEGFR consiste à cibler le VEGF au niveau de la zone de reconnaissance des récepteurs. A l’heure actuelle, il n’y a que peu de molécules de faible poids moléculaire décrites dans la littérature et la plupart sont de nature peptidique.
En s’appuyant sur la séquence du domaine d3 du VEGFR2, Piossek et son équipe ont décrit la conception d’un peptide de 18 résidus (RTELNVGIDFNWEYPASK) capable de bloquer l’interaction du
44 VEGF sur le VEGFR2. Ce peptide inhibe la phosphorylation de ce récepteur induite par le VEGF et par conséquent la prolifération et la migration des cellules endothéliales.116
A la même période, en 2000, un hexapeptide riche en arginine (RRKRRR) a été identifié par criblage d’une banque de peptide. Celui-ci se lie au VEGF au niveau de la zone de reconnaissance des VEGFRs et interfère par conséquent avec la fixation des récepteurs. Il a été démontré que ce peptide inhibe in vivo la néovascularisation induite par le VEGF sur des modèles de cornées de lapins et prévient la croissance tumorale et la dissémination métastasique de cellules cancéreuses de colon humain sur des souris.117
En utilisant la technique de phage display, Fairbrother et son équipe ont identifiés trois séries de peptides capables de se lier au VEGF.202 Après plusieurs séries d’optimisations, ils ont obtenu un
peptide cyclique de 19 acides aminés, le v114 (VEPNCIHVMWEWECFERL-NH2), possédant une affinité
sub-micromolaire pour le VEGF et des propriétés biologiques intéressantes. Ce peptide, ainsi que le peptide parent v107 et de nouveaux dérivés, ont fait l’objet de nombreuses études structurales et biologiques. La structure du peptide v107 en complexe avec le VEGF a notamment été résolue par RMN. Le v114 ayant servi de composé de départ pour développer de nouveaux peptides ciblant le VEGF circulant, ce peptide ainsi que les dérivés qui ont été synthétisés seront décrit plus en détail ultérieurement (Cf. chapitre 4).
Plus récemment, un bacterial display a été réalisé sur le VEGF et a conduit à l’indentification de nouveaux peptides (exemple : GPGPCSRLVMWEWECFAAL-NH2). Il est intéressant de remarquer que
ces derniers présentent des similitudes de séquence avec ceux de la série du v107. Ces peptides seront également présentés plus en détails ultérieurement (Cf. chapitre 4).205
Enfin, en 2013, douze petites molécules organiques de type hétérocycliques ont été identifiées grâce à la technique de « microarray ». Elles ont été sélectionnées parmi 7961 composés. Ces molécules se lient au VEGF et bloquent la liaison du facteur de croissance sur le récepteur VEGFR2 avec des CI50
comprises entre 0,3 et 60 µM. Le potentiel biologique de ces molécules a été confirmer en étudiant la phosphorylation du VEGFR2.118 Les trois molécules les plus actives sont représentées sur la figure
19.
116 C. Piossek, J. Schneider-Mergener, M. Schirner, E. Vakalopoulou, L. Germeroth and K.H. Thierauch, J. Biol. Chem. 1999, 274, 5612-5619
117 D.G. Bae, Y.S. Gho, W.H. Yoon and C.B. Chae, J. Biol. Chem. 2000, 275, 13588-13596
118 J.P. Landry, Y. Fei, X. Zhu, Y. Ke, G. Yu and P. Lee, ASSAY and Drug Development Technologies, 2013, 11, 326-
45 Figure 19: Molécules organiques ciblant le VEGF identifiées par « microarray ». 118