Synthèse de nouveaux inhibiteurs chimiques visant les protéases à sérine du neutrophile par le ciblage pharmacologique de la cathepsine S

Les protéases à sérine du neutrophile (l’élastase, la protéinase 3 et la cathepsine G), enzymes elastinolytiques puissantes, sont impliquées dans la destruction des agents pathogènes et dans la régulation des processus inflammatoires. Mais l’activité excessive de ces protéases dans le milieu extracellulaire peut conduire à la dégradation du tissu pulmonaire dans les maladies inflammatoires et doit donc être maintenue sous contrôle. Les traitements standards actuellement utilisés n’ont aucun effet sur l’inflammation neutrophilique. Par conséquent, des traitements anti-inflammatoires novateurs et efficaces sont nécessaires pour améliorer les résultats cliniques. La cathepsine C est impliquée dans l’activation des protéases à sérine du neutrophile. Par conséquent, la cathepsine C représente une cible pharmacologique prometteuse dans les maladies médiées par les protéases à sérine neutrophiliques. Chez l’homme, les mutations du gène CTSC sont associées au syndrome de Papillon-Lefèvre. Dans les neutrophiles sanguins des patients, seules de faibles quantités de protéases à sérine actives sont détectées (<10% par rapport aux individus sains). Ainsi, l’inactivation pharmacologique de la cathepsine C permettrait de contrôler des lésions tissulaires causées par les protéases à sérine dans les maladies inflammatoires. Nous avons récemment identifié la cathepsine S, une enzyme élastinolytique puissante, comme la protéase de conversion de la cathepsine C du neutrophile. Lorsque les cellules progénitrices CD34⁺ humaines étaient traitées avec un inhibiteur chimique de la cathepsine S, IcatS_#54, pendant leur différenciation en neutrophile in vitro, l’activité de la cathepsine C était presque abrogée, alors qu’environ 30% de l’activité protéases à sérine demeurait.

Nous envisageons de bloquer la cascade protéolytique impliquée dans l’activation des protéases à sérine du neutrophile en ciblant la cathepsine S. Cette stratégie permettrait d’inactiver quatre enzymes élastinolytiques puissantes dans les maladies inflammatoires en utilisant un seul inhibiteur chimique. Les deux objectifs principaux de la thèse sont :

i) Le développement de nouveaux analogues de l’inhibiteur ICatS_#54, inhibiteur de la cathepsine S. La synthèse de cet inhibiteur est déjà maîtrisée au sein de l’équipe. La préparation de 10 à 15 nouveaux analogues par modifications de certains groupements représentera environ 30% du sujet de thèse.

ii) L’analyse pharmacocinétique/pharmacodynamique de ces inhibiteurs in vitro dans des modèles cellulaires et in vivo dans un modèle murin. Cette partie de caractérisation biochimique représentera 70% du travail de thèse.

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An uncontrolled activity of neutrophil serine proteases contributes to neutrophil-mediated inflammatory diseases. Cathepsin C executes the maturation of immune-cell associated serine proteases, including neutrophil serine proteases. Therefore, cathepsin C represents a promising pharmacological target in neutrophil serine protease-mediated diseases. In humans, mutations in the CTSC gene are associated with Papillon-Lefèvre syndrome (PLS). In blood neutrophils from patients, only low amounts of active neutrophil serine proteases are detected (<10% vs healthy individuals). Thus, inhibiting cathepsin C would counteract more comprehensively NSP-dependent tissue damage in inflammatory diseases. Recently, we investigated this hypothesis and specifically showed that when human CD34⁺ progenitor cells were treated with a cathepsin S inhibitor IcatS_#54 during their neutrophil differentiation in vitro, cathepsin C activity was nearly abrogated, whereas approximately 30% neutrophil serine protease activity remained.

We plan to block the proteolytic cascade involved in the activation of neutrophil serine proteases by targeting cathepsin S. This strategy would make it possible to inactivate four potent elastinolytic enzymes in inflammatory diseases using a single chemical inhibitor. The two main aims of this PhD thesis are:

i) The development of new analogues of the ICatS#54 inhibitor, a cathepsin S inhibitor. The team has already mastered the synthesis of this inhibitor. The preparation of 10 to 15 new analogues by modifying certain chemical groups will represent around 30% of the thesis topic

ii) Pharmacokinetic/pharmacodynamic analysis of these inhibitors in vitro in cell models and in vivo in a mouse model. This biochemical characterisation part will represent 70% of the thesis work.

The Research Center for Respiratory Diseases (CEPR) is an academic laboratory comprising 4 teams situated in Tours, France, within the shared campus of the Faculty of Medicine and the Bretonneau University Hospital (CHU). With a total of approximately 85 members, CEPR focuses on elucidating the molecular and cellular mechanisms underlying inflammatory and infectious respiratory diseases. Our main research themes include antimicrobial immunity, proteolytic mechanisms in inflammation, medicinal chemistry and inhaled therapies for respiratory diseases.

Team 2 in which the thesis will be carried out, is a basic research team oriented to a multidisciplinary and translational research investigating proteolytic mechanisms associated with two chronic pulmonary diseases (chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and fibrosis) and lung cancer. Our group also investigates interventional strategies for targeting lung proteases in the inflammatory microenvironment. For that we develop on the one hand innovative methods of synthesis to prepare new small chemical (heterocyclic) inhibitors and, in an other hand we design and produce original antibody-drug conjugates (ADCs). More specifically, we focus on proteolytic mechanisms of serine proteases (from neutrophils and epithelial cells) and cysteine cathepsins (from fibroblasts and macrophages). Indeed, reestablishing the homeostasis of the proteolytic balance (protease/antiprotease) is a perspective to develop therapeutic approaches for inflammatory lung diseases.

Le.la candidat.e devra être titulaire d’un Master 2 en science de la vie ou équivalent (BAC+5), avec une forte dominante en biologie ; des bases en chimie organiques seront un plus. Il devra posséder des compétences expérimentales et avoir un attrait pour la mise en place et le suivi d’essais scientifiques. Des compétences en techniques de base de biochimie, de biologie cellulaire et des notions en synthèse organique sont également requises. Une sensibilisation à l’enzymologie des protéases serait un plus. Au niveau personnel, le candidat devra faire preuve d’autonomie scientifique, de rigueur et d’esprit d’initiative. On attendra des candidats qu'ils soient à même de s'exprimer de manière claire à l'oral comme à l'écrit et qu'ils présentent un bon niveau en anglais.

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The candidate must hold a Master 2 in life science or equivalent (BAC+5), with a strong dominance in biology, basic knowledge of organic chemistry would be appreciated. He/she must have experimental skills and an attraction for setting up and monitoring scientific experiments. Skills in basic techniques of biochemistry, cell biology and notions of organic synthesis are also required. Knowledge on proteolytic enzymes would be a plus. On a personal level, the candidate must show scientific autonomy, thoroughness and initiative, and have good communication skills.