Synthèse et évaluations pharmacologiques de nouveaux inhibiteurs β-lactamiques de la Fatty Acid Amide Hydrolase humaine (hFAAH) : mise en évidence d’un mécanisme d’inhibition réversible et compétitif

(eng) Research on cannabis effects has evolved in a medicinal context towards the discovery and the understanding of the endocannabinoid system. Most of the effects, beneficial or psychotropic, produced by the cannabis consumption have been ascribed to the activation of two receptors, called cannabinoid receptors CB1 and CB2, by a liposoluble molecule the tetrahydrocannabinol (THC). Displaying the existence of these two receptors has accelerated the research about an eventual endogenous cannabinoid or “endocannabinoid” system which might regulate similar effects (e. g. inflammation modulation, nociception, appetite stimulation). Later, two derivatives of arachidonic acid, the arachidonoylethanolamide (anandamide) and the arachidonylglycerol (2-AG), were isolated and shown to play this role. Indeed, these two neurotransmitters produced “on demand” both activate the cannabinoid receptors which induce various similar physiological effects to those produced by THC, without inducing the psychotropic ones. This last property signs the originality and the advantages of the endocannabinoid versus cannabinoid system. However, to take advantage of endocannabinoid system for therapeutic use (against inflammation or pain), the regulation system of the endogenous ligands, which is composed of degradation enzymes, must be counteract. Fatty Acid Amide Hydrolase (FAAH) and Monoacylglycerol lipase (MAGL) are both responsible of the degradation of anandamide and 2-AG respectively, limiting their action. Our project took place in a highly competitive context where the discovery and synthesis of new inhibitors of FAAH constitutes a real challenge. Successfully, our efforts drove us to the discovery of a novel reversible β-lactamic inhibitor of FAAH. This manuscript is presented as a compilation of a review and three articles published in scientific journals.

(fre) C’est dans un contexte médicinal que la recherche sur les effets du cannabis a évolué vers la découverte puis la compréhension du système endocannabinoïde. La plupart des effets, bénéfiques ou psychotropes, engendrés par la consommation de cannabis a été attribuée à l’activation de deux récepteurs, appelés récepteurs cannabinoïdes CB1 et CB2, par une molécule liposoluble le tétrahydrocannabinol (THC). La mise en évidence de ces deux récepteurs, jusqu’alors orphelins, a été le point de départ concernant l’hypothèse qu’un système cannabinoïde endogène ou « endocannabinoïde » puisse réguler le même genre d’effets (e. g. modulation de l’inflammation, perception de la douleur, stimulation de l’appétit). Plusieurs années se sont écoulées avant d’isoler et de démontrer que deux dérivés de l’acide arachidonique biosynthétisés dans l’organisme, l’arachidonoyléthanolamide (anandamide) et l’arachidonylglycérol (2-AG), jouaient effectivement ce rôle. En effet, ces deux neurotransmetteurs produits « à la demande » activent tous les deux les récepteurs cannabinoïdes entraînant ainsi divers effets physiologiques similaires à ceux du THC, sans toutefois engendrer les effets psychotropes. Cette dernière propriété signe l’originalité et les avantages du système endocannabinoïde versus cannabinoïde. Afin d’exploiter le système endocannabinoïde à des fins thérapeutiques (anti-inflammatoire, anti- douleur), il faut cependant contrer le système de régulation des ligands endogènes mettant en jeu plusieurs enzymes de dégradation. La Fatty Acid Amide Hydrolase (FAAH) et la Monoacylglycerol lipase (MAGL) sont les deux enzymes responsables de la dégradation de l’anandamide et du 2-AG respectivement, limitant ainsi leur action. A l’heure actuelle, de nombreux inhibiteurs de ces deux enzymes ont été décrits comme actifs in vitro et in vivo, augmentant ainsi localement la concentration d’endocannabinoïdes et l’intensité des effets mesurés. C’est dans un contexte très compétitif que se situe notre projet de thèse, à savoir la découverte de nouveaux inhibiteurs de la FAAH humaine. Connaissant la structure de la FAAH et sachant qu’elle appartient à la grande famille des protéases à sérine, nous avons utilisé le savoir-faire du laboratoire dans le domaine des β-lactames (antibiotiques) pour adapter un précurseur de carbapénèmes (inhibiteur de DD-peptidases bactériennes) à notre objectif. Pour ce faire, nous avons tout d’abord synthétisé un panel de composés lipophiles que nous avons testés in vitro sur la FAAH et la MAGL humaine. Cette première étape nous a permis de dégager une structure « lead » active sélectivement sur la FAAH vis-à-vis de la MAGL. Après avoir montré pour la première fois que des β-lactames pouvaient être également de bons inhibiteurs de la FAAH humaine, nous avons optimisé cette structure et réalisé une étude relation structure-activité (RSA) jusqu’à obtenir une inhibition nanomolaire (IC50 = 5,3 nM). Par la suite, le mode d’action de nos β-lactames a été étudié par des méthodes originales développées dans cette thèse. Nous avons pu ainsi mettre en évidence une inhibition compétitive réversible, mécanisme tout à fait unique dans la famille des inhibiteurs d’hydrolases à sérine de type β-lactame. Ce manuscrit est présenté sous la forme d’un recueil composé d’une revue et de trois articles publiés dans des revues scientifiques.