Études enzymatiques et structurales de réactivateurs de l’acétylcholinestérase inhibée par des neurotoxiques organophosphorés

Organophosphorus compounds are used as chemical warfare nerve agents (VX, sarin, tabun…) as well as pesticides (parathion, chlorpyrifos, glyphosate). Recent tragic events in North Korea, Russia and the United Kingdom showed that organophosphorus nerve agents (OPNA) are still a serious threat for civilians and military people. The target of OPNA are the cholinesterases, namely acetyl- and butyrylcholinesterases. Their irreversible inhibition leads to a cholinergic crisis, with convulsive seizures, and cardiorespiratory arrest and ultimately death. Pyridinium aldoximes are among the different antidotes used to treat this type of intoxication. These cholinesterase reactivators currently have serious limit. Their low passage of the blood-brain barrier translate into a poor protection of the central nervous system. Moreover, no universal oxime effective against all OPNA is known to date. It is in this context of chemical threat that this Ph. D work was carried out. The evaluation in silico, in vitro and in vivo of four oximes conjugated to a carbohydrate was carried out. These oximes initially designed to facilitate the crossing of the blood-brain barrier, proved their interest and allow to pave the way for new molecule design. In parallel, widely used pesticides such as Chlorpyrifos or Omethoate have been studied to determine their inhibitory potential, better understand the mechanisms of inhibition and to test the effectiveness of the current reactivators. Finally, in order to enhance the relevance of data acquired from in vivo studies, of candidate reactivators on porcine and zebrafish animal models, we have expressed and characterized porcine and zebrafish acetylcholinesterase. This will allow a better interpretation of the in vivo data, and a better translation to Human.
Les neurotoxiques organophosphorés sont employés comme agents chimiques de guerre (VX, sarin, tabun…) mais également comme pesticides (parathion, chlorpyrifos, glyphosate). Les récents évènements en Corée du Nord, en Russie ou encore au Royaume-Unis attestent que la menace d'exposition des populations civiles et militaires à des agents chimiques de guerre demeure d'actualité. Ces toxiques létaux ont pour cible majoritaire dans l’organisme les cholinestérases, acétyl- et butyrylcholinestérases. Leur inhibition irréversible mène à une crise cholinergique se traduisant par des crises convulsives, un arrêt cardio-respiratoire et la mort. À ce jour, différents antidotes comme les pyridiniums aldoximes sont utilisés afin de traiter ce type d’intoxication. Ceux-ci réactivent l'acétylcholinestérase inhibée par les organophosphorés, mais présentent un certain nombre de limites. Leur faible passage de la barrière hématoencéphalique entraine une faible efficacité au niveau du système nerveux central, et il n’existe à ce jour aucune oxime efficace contre tous les inhibiteurs organophosphorés. C’est dans ce contexte de menace chimique que ces travaux de thèse ont été menés. L’évaluation in silico, in vitro et in vivo de quatre pyridine aldoximes conjuguées à un carbohydrate afin de faciliter le passage de la barrière hémato-encéphalique permet d’ouvrir la voie à la conception de nouvelles molécules de cette famille. Par ailleurs, certains pesticides comme le Chlorpyrifos ou l’Ométhoate ont été étudiés afin de déterminer leur pouvoir très inhibiteur pour certains, mieux comprendre leur mécanisme d’inhibition et tester l’efficacité des réactivateurs actuels. Enfin, la recherche de nouveaux antidotes ne serait pas réalisable sans test sur différents modèles animaux, tels le porc et le poisson zèbre. Les acétylcholinestérases de ces deux espèces ont été exprimées, purifiées et caractérisées dans l’optique d’améliorer l'interprétation des données acquises in vivo sur ces modèles pour des candidats réactivateurs, afin d’extrapoler plus finement les résultats à l'espèce humaine.