Développement guidé par la structure d’agonistes sélectifs de la protéase P caseinolytique en tant qu’agents antistaphylococciques

Contexte académique

Staphylococcus aureus (S. aureus) est une bactérie pathogène Gram-positive courante, responsable de nombreuses infections humaines, notamment des infections cutanées et des tissus mous. Avec la propagation généralisée de Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline (SARM), l’utilisation fréquente d’antibiotiques a entraîné une augmentation des problèmes de résistance. Cependant, en raison des coûts élevés de développement des antibiotiques et des marges bénéficiaires relativement faibles, l’intérêt des grandes entreprises pharmaceutiques pour la recherche de nouveaux agents antibactériens a diminué. Par conséquent, la recherche de nouvelles cibles antibactériennes et le développement d’antibiotiques efficaces constituent un défi majeur.

La protéase P caseinolytique (ClpP) est une sérine protéase hautement conservée chez les bactéries et les humains, jouant un rôle clé dans le contrôle de la qualité des protéines en dégradant les protéines mal repliées pour maintenir l’homéostasie cellulaire. La dysrégulation de ClpP a été démontrée comme affectant la virulence et l’infectiosité de plusieurs bactéries pathogènes. Ainsi, ClpP est considérée comme une cible antibactérienne prometteuse. Cependant, l’activation sélective de ClpP de S. aureus (SaClpP) sans activer ClpP humain (HsClpP) reste un défi majeur.

Source de l’article

Cette recherche a été menée par Tao Zhang, Pengyu Wang, Hailing Zhou et leurs collaborateurs, issus de plusieurs institutions dont l’Institut de Matière Médicale de Shanghai de l’Académie Chinoise des Sciences, l’Institut d’Études Avancées de Hangzhou de l’Université Chinoise des Sciences, et l’Université de Médecine Chinoise de Nanjing. L’article a été publié le 17 décembre 2024 dans la revue Cell Reports Medicine, sous le titre “Structure-guided development of selective caseinolytic protease P agonists as antistaphylococcal agents”.

Processus et résultats de la recherche

1. Conception et synthèse d’un agoniste sélectif de SaClpP

L’équipe de recherche a développé un agoniste sélectif de SaClpP, ZG297, en utilisant une stratégie de conception basée sur la structure. En analysant les poches de liaison hydrophobes de SaClpP et HsClpP, les chercheurs ont découvert que la poche de liaison de SaClpP est plus volumineuse que celle de HsClpP. Sur la base de cette observation, les chercheurs ont conçu et synthétisé plusieurs dérivés de ZG180 en remplaçant le groupe naphtyle pour optimiser l’activité et la sélectivité de l’agoniste. Finalement, ZG297 a démontré une excellente activité d’activation de SaClpP et une sélectivité significativement supérieure à celle de ®-ZG197, développé précédemment.

2. Étude des interactions entre ZG297 et SaClpP

À l’aide de la fluorimétrie différentielle à balayage (DSF) et de l’essai de transfert thermique cellulaire (CETSA), les chercheurs ont confirmé la forte affinité de liaison de ZG297 avec SaClpP, sans activation significative de HsClpP. De plus, la structure cristallographique du complexe ZG297/SaClpP a été résolue par diffraction des rayons X, révélant que ZG297 se lie à SaClpP via plusieurs liaisons hydrogène et interactions hydrophobes, validant ainsi sa sélectivité.

3. Activité antistaphylococcique de ZG297

Dans les essais in vitro, ZG297 a montré une activité antibactérienne significative contre plusieurs souches de SARM, avec des concentrations minimales inhibitrices (CMI) inférieures à celles d’autres agonistes de ClpP, tels que ONC212 et ®-ZG197. Dans les essais in vivo, ZG297 a démontré une efficacité antibactérienne remarquable dans des modèles d’infection de larves de Galleria mellonella, de poissons zèbres et de peau de souris. En particulier, dans le modèle d’infection cutanée de souris, ZG297 a significativement réduit la charge bactérienne et la zone de nécrose au site d’infection.

4. Évaluation de la sécurité de ZG297

ZG297 a montré une faible cytotoxicité dans les cellules mammifères, avec une fenêtre thérapeutique significativement supérieure à celle des autres agonistes de ClpP. Dans les essais de toxicité aiguë chez la souris, ZG297 n’a pas induit de réactions toxiques évidentes, indiquant un bon profil de sécurité.

Conclusions et implications

Cette recherche a permis de développer avec succès un agoniste sélectif de SaClpP, ZG297, qui démontre une excellente activité antistaphylococcique in vitro et in vivo, ainsi qu’un bon profil de sécurité. La découverte de ZG297 ouvre de nouvelles perspectives pour le développement de nouveaux agents thérapeutiques contre les infections à SARM, avec une valeur scientifique et appliquée significative.

Points forts de la recherche

1. Activation sélective de SaClpP : ZG297, conçu par une approche basée sur la structure, active sélectivement SaClpP sans activer HsClpP, résolvant ainsi le problème de la sélectivité des espèces pour les agonistes de ClpP.
2. Activité antibactérienne exceptionnelle : ZG297 montre une activité antibactérienne significative contre plusieurs souches de SARM, surpassant les agonistes de ClpP existants et certains antibiotiques traditionnels.
3. Profil de sécurité favorable : ZG297 présente une faible toxicité dans les cellules mammifères et les modèles murins, avec une fenêtre thérapeutique élevée.
4. Stratégie de conception basée sur la structure : Cette étude, en analysant les différences structurelles des poches de liaison de ClpP, a permis de développer un agoniste hautement sélectif, offrant une nouvelle méthode pour le développement futur d’antibiotiques.

Autres informations pertinentes

L’étude a également exploré l’effet de l’utilisation combinée de ZG297 avec la rifampicine, constatant que cette combinaison réduit significativement la charge bactérienne de SARM, suggérant un potentiel d’application de ZG297 dans le traitement des infections chroniques profondes. Les recherches futures se concentreront sur l’optimisation des propriétés chimico-physiques de ZG297 et l’évaluation de son efficacité dans d’autres modèles d’infection.