Sensibilité aux conditions physiologiques et aux protéases

L’activité des PAM peut être significativement réduite dans des conditions physiologiques. L’activité du peptide LL-37 diminue en présence de fortes teneurs en sel (Turner et al., 1998) ou dans un milieu complexe (Bowdish et al., 2005). En présence de NaCl 100 mM, l’activité antimicrobienne du LL-37 sur S. aureus, P. mirabilis et C. albicans est

inhibée alors que le peptide est actif sur ces mêmes espèces dans un milieu pauvre en sel. Le

peptide conserve cependant son activité sur P. aeruginosa, S. typhimurium, E. coli, L.

monocytogenes, S. epidermidis, S. aureus et sur les entérocoques résistants à la vancomycine

(Turner et al., 1998). L’environnement riche en sel des sécrétions broncho-pulmonaires chez les patients atteints de mucoviscidose (Zabner et al., 1998)pourrait donc inhiber l’efficacité antimicrobienne des PAM à la surface des voies respiratoires (Goldman et al., 1997 ; Bals et al., 1998a ; Bals et al., 1998b). Les cations divalents présents dans les expectorations, le liquide de surface des voies respiratoires et le sérum peuvent également être responsables d’une diminution de l’efficacité des PAM (Lehrer et al., 1988 ; Turner et al., 1998). Des facteurs microbiologiques comme certains polysaccharides libérés par des pathogènes pulmonaires antagonisent l’activité des peptides (Benincasa et al., 2009). Ainsi des complexes moléculaires peuvent se former entre les exopolysaccharides de P. aeruginosa et la cathélicidine LL-37 avec pour conséquence une inhibition de l’activité du peptide (Foschiatti et al., 2009). La présence de composés anioniques dans certains fluides biologiques pouvant interagir avec les PAM peut être responsable d’une diminution de l’efficacité antimicrobienne. La présence d’ADN et d’actine-F libérée par les neutrophiles morts et autres cellules lysées au niveau des expectorations des patients atteints de mucovsicidose, limite l’utilisation du peptide LL-37. Une concentration importante des PAM, normalement solubles, se retrouve séquestrée à la surface des filaments polyanioniques aboutissant à la formation d’agrégats denses et stables qui inhibent l’activité bactéricide du peptide LL-37 (Bucki et al., 2007a). L’action du peptide LL-37 est réduite in vitro dans les fluides en présence de concentrations importantes de glycosaminoglycans mais aussi en présence d’héparine dans le plasma. L’interaction peptide-glycosaminoglycans peut être bloquée par des polymères cationiques comme le DEAE-dextran et le chitosan (Baranska-Rybak et al., 2006). Dans le plasma, LL-37 se lie à une apolipoprotéine-I, réduisant la concentration libre du peptide et donc inhibant son activité cytotoxique. L’activité antimicrobienne du peptide est également entravée (Wang et al., 1998).

Introduction

58 Des efforts considérables dans la recherche et la conception d’analogues stables et résistants aux conditions physiologiques sont entrepris. Des légères modifications de l’hydrophobicité, l’amphipaticité, la charge et le degré d’hélice-α, peuvent considérablement modifier l’activité des peptides et leur résistance au sel (Friedrich et al., 1999). Shin et al. (2002) ont synthétisé un peptide cationique avec une hélice-α possédant des propriétés antibactériennes, dépourvu de cytotoxicité, résistant à la présence de concentrations élevées en NaCl, CaCl2 et MgCl2. Murakami et ses collègues ont mis en évidence des fragments dérivés du LL-37, les peptides KR-20, RK-31 et KS-30, avec une sensibilité moindre aux sels et une activité antimicrobienne maintenue (Murakami et al., 2004). Les clavanines, un groupe de PAM riches en histidine et avec une structure en hélice-α, ont une activité antimicrobienne dans un milieu normal et riche en NaCl (Lee et al., 1997). Récemment, Yu et al. (2011) ont proposé une stratégie permettant d’améliorer la résistance aux sels des PAM par substitution des résidus tryptophane ou histidine par des groupements volumineux, tels que la β-naphthylalanine ou la β-(4,4’-biphényl)alanine.

Un autre inconvénient majeur des PAM est leur labilité métabolique. La sensibilité des PAM aux protéases procaryotes et eucaryotes est responsable d’une diminution de la biodisponibilité des molécules et donc de leur profil pharmacocinétique non favorable. In vivo, des protéases intestinales, des tissus et du sérum sont responsables de la dégradation des peptides (Park et al., 2011). Différentes stratégies sont développées afin d’optimaliser l’activité biologique des PAM. La substitution des acides aminés naturels de la série L par des acides aminés non naturels ou par des acides aminés de la série D et la cyclisation des peptides, sont des stratégies bien connues pour améliorer la stabilité des peptides.

La substitution d’un acide aminé L par un acide aminé D préserve l’activité antifongique du peptide [Pro³]TL, un dérivé issu de la peau de grenouille, sans exercer d’effets toxiques sur les cellules humaines (Grieco et al., 2013). Wang et al. (2010) développent plusieurs PAM par substitution des acides aminés L par des acides aminés D et démontrent que ces peptides ont une sélectivité cellulaire favorable, une meilleure stabilité face aux protéases et une activité anti-inflammatoire améliorée. L’équivalence de l’activité antibactérienne et antibiofilm sur P.

aeruginosa de l’énantiomère D-LL-37 comparée au L-LL-37 a été montrée (Dean et al.,

2011). Les deux peptides réduisent la formation du biofilm et diminuent la biomasse du biofilm pré-existant. De plus, le dérivé D-LL-37 est résistant à la trypsine suggérant que ce

59 peptide est une avancée importante dans le développement de nouveaux traitements pour les infections à P. aeruginosa (Dean et al., 2011).

La cyclisation des PAM est une approche alternative pour surmonter le clivage protéolytique. La fixation des extrémités de la molécule qui sont normalement mobiles résulte en des contraintes conformationnelles qui rendent plus difficile la reconnaissance par les protéases et favorisent donc la stabilité du peptide. La cyclisation peut parfois aussi améliorer la spécificité cellulaire (Matsuzaki, 2009 ; Rozek et al., 2003). Dartois et al. (2005) démontrent l’efficacité in vivo de peptides cycliques et soulignent leur potentiel pour une administration systémique dans le traitement d’infections résistantes à l’antibiothérapie conventionnelle. Le remplacement par des acides aminés D et la cyclisation du peptide CATH-2, une cathélicidine issue du cochon, ont permis d’augmenter sa stabilité dans le sérum humain (résistance à la protéolyse par la trypsine et par les protéases bactériennes) et de diminuer sa cytotoxicité sans influencer l’activité antibactérienne du peptide sous des conditions physiologiques (Molhoek et al., 2011).

La substitution de 4 résidus par du tryptophane du peptide EFK17 (LL16-32) dérivé du LL-37 a pour conséquences une amélioration de ses performances antimicrobiennes et une réduction de sa sensibilité aux protéases (Strömstedt et al., 2009). La fluorination des acides aminés de la buforine et de la magainine induit une meilleure stabilité de ces peptides face aux protéases et maintient une activité antimicrobienne significative (Meng et Kumar, 2007).

Parmi les stratégies envisagées pour contourner certains effets biologiques indésirables, le développement de molécules peptido-mimétiques a suscité un grand intérêt (Wipf et al., 2009 ; Chongsiriwatana et al., 2008). Le CSA-13, un composé synthétique de la famille de céragenines a été synthétisé pour contourner certains inconvénients rencontrés avec les PAM naturels (Epand et al., 2008).

D’autre part, l’utilisation de formulations appropriées peut contribuer à une diminution de la susceptibilité des PAM aux protéases. La dégradation du peptide LL-37 par l’élastase de

P. aeruginoa est bloquée par des inhibiteurs de métalloprotéases (par exemple, GM6001) et la

co-administration est une option de traitement à évaluer (Schmidtchen et al., 2002). La formulation des PAM avec des liposomes est également décrite (voir paragraphe suivant).

Introduction

60 Cependant, malgré le faible temps de demi-vie (t_1/2) de nombreux PAM, évalué en minutes ou en heures, le t_1/2 du peptide LL-37 mesuré après injection intraveineuse de 100 µg de LL-37 est de 3,4 jours dans le sérum de la souris (Bals et al., 1999).