Optimisation des composés peptidiques

Augmenter l’efficacité des peptides thérapeutiques et améliorer leurs propriétés pharmacocinétiques grâce à l’optimisation des candidats-médicaments peptidiques linéaires et rigidifiés par CLIPS

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Visualisation schématique du processus d’optimisation d’un candidat-médicament. En partant du composé initial (à gauche), les résidus essentiels à la liaison avec la cible d’intérêt et au renforcement de cette liaison sont identifiés par remplacement systématique avec des acides aminés naturels et non naturels (similaire à la « mutagénèse » saturante). Des cycles itératifs de synthèse et de criblages de ces séquences dont l’affinité est graduellement améliorée aboutissent à un candidat peptidique optimisé.

L’optimisation des candidats-médicaments est une étape essentielle dans la conception de nouveaux peptides thérapeutiques. Les composés peptidiques peuvent être optimisés de trois façons :

  1. Par remplacement systématique des acides aminés par d’autres résidus
  2. En rigidifiant les peptides à l’aide de notre technologie CLIPS, ou
  3. En améliorant la longueur/taille des peptides.

En combinant ces modifications au cours des cycles itératifs de criblage, nous avons démontré notre capacité à améliorer jusqu’à 1 000 fois l’affinité des candidats-médicaments peptidiques.

Nous avons développé une banque diverse de molécules CLIPS améliorées qui, après incorporation, peuvent renforcer la conformation des peptides ainsi que leurs propriétés pharmacocinétiques. Cette modification affecte directement l’efficacité des candidats-médicaments, par exemple en les pourvoyant:

  • d’une meilleure spécificité,
  • D’une meilleure stabilité du complexe et
  • D’une l’élimination/ clairance plus lente

Les chercheurs qui travaillent chez Pepscan sont forts de plus de 25 ans d’expérience. Nos équipes de projet hautement qualifiées allient expertise en chimie et en biologie et sont en mesure de faire progresser un candidat-médicament peptidique au niveau supérieur.

Principaux avantages de l’optimisation des composés de Pepscan

  • Aperçu détaillé des acides aminés essentiels de l’épitope central d’un candidat-médicament peptidique
  • Possibilité d’améliorer encore plus l’affinité de liaison en incorporant une grande variété d’acides aminés non naturels
  • Développement d’une molécule améliorée en la rigidifiant (par exemple en utilisant la technologie CLIPS) pour renforcer ses propriétés pharmacocinétiques, telles que la spécificité, la stabilité du complexe et ralentir son l’élimination/clairance, ce qui modifie directement la puissance d’un candidat-médicament
  • Possibilité d’inclure divers essais fonctionnels réalisés en interne pour déterminer les profils de stabilité protéolytique et/ou enzymatique d’un candidat-médicament peptidique

L’optimisation des composés grâce à la plateforme de puces à peptides de Pepscan

De multiples modifications peptidiques peuvent être évaluées simultanément grâce à nos puces à peptides, sur lesquelles les peptides sont synthétisés à haut débit au contact d’un support solide (jusqu’à 455 puits sur des puces en polypropylène). Le format du composé à améliorer peut-être linéaire ou comporter des contraintes structurelles, comme c’est le cas d’un peptide rigidifié par CLIPS. De plus, notre technologie CLIPS est souvent utilisée pour améliorer l’affinité de liaison des peptides linéaires pour leurs cibles en les maintenant dans une certaine conformation.L’affinité de liaison des peptides modifiés à leur cible d’intérêt (par exemple une protéine, un anticorps (monoclonal), une enzyme, etc.) est déterminée via un test de type ELISA, ce qui permet de visualiser les modifications qui ont été bénéfiques.

Les acides aminés non naturels (L et D) sont également fréquemment utilisés dans nos puces à peptides afin d’élargir les possibilités de découverte de nouvelles entités chimiques au-delà de celles disponibles dans les banques de type phage display, qui encodent généralement uniquement les 20 acides aminés naturels L. En plus de cette diversité chimique nouvelle, cela offre également de nouvelles possibilités pour protéger la propriété intellectuelle associée aux variants de médicaments peptidiques existants.

Notre plateforme peptidique a permis d’identifier de petits ligands peptidiques conçus à partir ou dérivés de séquences de protéines entières et de générer des dérivés rigidifiés (par exemple via CLIPS) dont l’affinité de liaison est considérablement améliorée.

Étude de cas 1 sur 2 : Développement d’un inhibiteur de la fusion du VIH de 3ème génération

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Structure cristalline de la séquence peptidique (26 résidus) en complexe avec le faisceau à 5 hélices qui mime la protéine cible gp41

Dans le cadre d’une récente collaboration avec Janssen Pharmaceuticals, la plateforme technologique qui combine HiSense/CLIPS a été utilisée avec succès pour le développement d’un inhibiteur de la fusion du VIH de troisième génération. Les inhibiteurs connus ont une activité antivirale trop faible ou sont trop longs (38-mères) pour être synthétisés de manière rentable. Pepscan a réussi à identifier une version tronquée du T2635, un inhibiteur de fusion du VIH connu pour son activité antivirale à des concentrations de l’ordre du nanomolaire  contre plus de 10 mutants du VIH résistants au Fuuzeon. L’efficacité antivirale initialement observée à ~50 nM du peptide tronqué principal T2635 (peptide CLIPS 26-mères) a graduellement été optimisée via plusieurs cycles itératif de criblage jusqu’à atteindre une efficacité à ~50 pM. Ce résultat a été obtenu tout simplement en combinant plusieurs mutations individuelles d’acides aminés qui avaient été préalablement identifiées via la plateforme technologique Hisense. En outre, de légères variations du type de charpente moléculaire CLIPS et de leurs positions d’ancrage dans la séquences ont également conduit à une amélioration considérable de l’activité (jusqu’à 20 fois supérieure). En ce qui concerne le peptide principal de 26 résidus optimisés, une structure cristalline a été obtenue (collaboration avec W. Weissenhorn, Université de Grenoble/France), et a permis de catégoriser ce nouvel inhibiteur peptidique comme étant le premier qui ne se lie ni au Lipid Binding Domain (LBD) ni au Protein Binding Domain (PBD), mais à l’interface entre les deux. Dans le même temps, une demande de brevet a été déposée.

Étude de cas 2 sur 2 : Optimisation d’un inhibiteur CLIP « bicyclique » de l’activateur du plasminogène de type urokinase (uPA)

Figure 3. Résultats d’une analyse complète de remplacement systématique des acides aminés de l’inhibiteur CLIP « bicyclique » du plasminogène de type urokinase (uPA) (Heinis et al., ACS Chem Biol. 2012)

En collaboration avec le Professeur Christian Heinis, qui a appliqué la technologie CLIPS de Pepscan aux banques de phage display pour la première fois et qui est également le co-fondateur de Bicycle Therapeutics, nous avons travaillé sur l’optimisation de UK18 (ACT3SRYEVDCT3RGRGSACT3AGAA). UK18 est un inhibiteur identifié par Heinis et Winter lors d’une campagne de sélection de phage display avec une banque CLIP « bicyclique » 6X6 (6 acides aminés par boucle) contre la protéine cible : l’activateur du plasminogène de type urokinase (uPA; ACS Chem. Biol. 2012). Les précédentes tentatives d’optimisation de l’activité de cet inhibiteur à l’aide de modélisations informatiques avaient échoué (Angew. Chem. 2013).

En utilisant les puces à peptides de Pepscan, nous avons identifié quatre remplacements d’acides aminés différents qui ont montré une amélioration modeste mais concrète de la liaison à l’uPA ainsi que de l’efficacité d’inhibition de l’enzyme. Les mutations individuelles (L-A-1/L-Ile, L-Val-6/L-Thr, Gly-11/D-Asp, L-Ala-13/L-Leu) ont permis d’améliorer les valeurs de la CI50 d’un facteur 1,17 à 1,51 . Une fois combinées dans une seule et même molécule, ces quatre mutations doublent quasiment l’efficacité du composé de départ (c’est-à-dire passant d’une CI50 de 68,0 nM à 34,9 nM, et d’un Ki de 48,3 à 24,8 nM).

Figure 4. Structure des inhibiteurs de l’uPA « bicycle-CLIPS » entièrement optimisés