Conception et synthèse de nouveaux analogues de la prostaglandine D2, agonistes des récepteurs DP et CRTH2

Abstract

Résumé: Le traitement des maladies osseuses repose principalement sur l'utilisation des bisphosphonates qui ralentissent la résorption osseuse en inhibant les ostéoclastes, cellules responsables de la résorption osseuse. La quête de nouveaux agents favorisant la formation de l'os demeure un défi. À ce jour, le seul médicament offrant un effet anabolique sur l'os est le tériparatide, une forme recombinante de l'hormone parathyroïde. Cependant, ce traitement très dispendieux (8000$/an/patient) requiert une administration quotidienne par injections sous-cutanées. Les recherches de l'équipe du Pr de Brum-Fernandes ont montré que la prostaglandine D2 joue un rôle important dans le remodelage osseux. Cette équipe a démontré que les ostéoblastes, cellules responsables de la formation de l'os, produisent de la PGD2 et que celle-ci agit directement sur les récepteurs DP et CRTH2 des ostéoblastes. L'activation de CRTH2 induit leur chimiotaxie, diminue l'expression de RANKL et augmente la production de collagène, tandis que l'activation de DP réduit l'ostéoprotégérine. La combinaison de ces activités favoriserait la formation de l'os. Ces résultats démontrent aussi que ces mêmes récepteurs sont présents sur les ostéoclastes et que leur activation pourrait réduire l'ostéoclastogénèse, offrant une possibilité de synergie intéressante entre les deux types cellulaires. Le laboratoire du Pr de Brum-Fernandes a également démontré que les niveaux de PGD2 dans l'urine sont augmentés chez les patients suite à une fracture, suggérant un rôle lors du remodelage osseux post-fracture. Le but de ce projet est donc de synthétiser de nouveaux agonistes des récepteurs DP et CRTH2 qui seront métaboliquement plus stables que la PGD2 (t 1/2 < 1 min) et qui offriront un effet anabolisant pour l'os. En se basant sur des données de modélisation du récepteur DP en complexe avec la PGD2, nous avons identifié les liaisons importantes pour l'activation du récepteur et conçu des analogues conservant les groupements nécessaires pour son activation. Le noyau cyclopentanone de la PGD2 a été remplacé par un noyau dicétopipérazine car ce dernier est plus stable métaboliquement, retient la stéréochimie, sa capacité à effectuer des ponts H et est plus facile à synthétiser. Au total, 17 composés ont été synthétisés dans le laboratoire du Pr Éric Marsault. Les composés ont ensuite été testés en essais fonctionnels sur des lignées recombinantes HEK293 exprimant les récepteurs DP et CRTH2 transfectés de façon stable. Plusieurs agonistes possédants une efficacité au niveau du bas micromolaire ont ainsi été identifiés pour chaque récepteur, menant à une relation-structure activité préliminaire.||Abstract: Treatment of bone diseases relies mainly on the use of bisphosphonates, a class of drugs that inhibits osteoclasts, the cells responsible for bone resorption. The search for anabolic agents for bone represents the ultimate goal for the treatment of bone diseases. The only approved drug that offers such an anabolic effect is teriparatide, a recombinant form of the parathyroid hormone. However, teriparatide is very expensive (8000$/year/patient) and requires daily subcutaneous injections. Recent discoveries from the team of Pr de Brum-Fernandes demonstrate that prostaglandin D2 plays an important role in the bone remodeling cycle and could potentially represent an anabolic agent for bone. The laboratory has showed that osteoblasts, cells responsible for bone formation, synthesize PGD2 and act as an autacoid to activate DP and CRTH2 receptors, which are expressed on these cells. Activation of the CRTH2 receptor induces the chemotaxis of osteoblasts, reduces RANKL expression and increases collagen production whereas activation of the DP receptor reduces osteoprotegerin production, which favors bone formation. The laboratory has also shown that both receptors are expressed on osteoclasts and that activation of CRTH2 induces apoptosis of osteoclasts while the activation of both receptors reduces osteoclastogenesis. This team has shown that patients suffering from bone fracture have higher concentrations of PGD2 in the urine. Hence, the goal of this project is to synthesize novel PGD2 analogs, agonists of the DP and CRTH2 receptors and metabolically more stable than PGD2 (t 1/2 < 1 min), which will probably have an anabolic effect on bone. Based on modeling studies of the complex between DP receptor and PGD2, we have identified all the necessary interactions for the activation of the receptor and designed agonists that retained the key interactions. The cyclopentanone ring of the PGD2 has been replaced by a diketopiperazine ring, which is metabolically more stable, retains the ability of forming all interactions with the receptor and is easier to synthesize. Seventeen compounds have been synthesized in this project. They were then tested in functional assays using HEK 293 cells stably transfected with the DP or CRTH2 receptors. Several agonists possessing efficacy in the low micromolar range have been identified for both receptors. A preliminary structure-activity relationship has been established from these results.