Abstract :
[en] Thromboxane A2 (TXA2) is an important mediator metabolized from arachidonic acid through the cyclooxygenase pathway, mainly in platelets and macrophages. It is a potent inducer of platelet aggregation and smooth muscle contraction. Its overproduction has been detected in pathologies such as stroke, asthma, myocardial infarction or atherosclerosis. The action of TXA2 is mediated by a specific G-protein coupled receptor (TP) of which two alternative spliced isoforms, TPalpha and TPbeta, have been described. The exact role of these two isoforms is not clearly understood. However, recent studies have described their implications in vascular physiology and pathology.
The inhibition of the action of TXA2 on platelets and blood vessels would be interesting as original therapies against cardiovascular diseases. Consequently, the design of TP receptor antagonists remains of great interest in cardiovascular medicine. In the laboratory of medicinal chemistry (University of Liège, Belgium), several nitrobenzenesulfonylureas, derived from torasemide (a loop diuretic), have been previously described as TP receptor antagonists. Two compounds, BM573 and BM613 were among the most interesting molecules identified in that previous work.
The present project is divided in two parts. First, we have determined the pharmacological properties of BM573 and BM613 as thromboxane synthase inhibitors and TP receptor antagonists, in vitro and in vivo. In our assays, these two compounds were proved to have high affinity for both TPalpha and TPbeta, to be potent antiplatelet agents, to inhibit thromboxane synthase and TP-mediated smooth muscle contraction. Additionally, they significantly reduced the size of the thrombus in a rat model of ferric chloride-induced arterial thrombosis. Consequently, we demonstrated that the TP receptor antagonists BM573 and BM613, belonging to the chemical family of nitrobenzenesulfonylureas, could be regarded as antiplatelet and antithrombotic agents potentially useful in thromboxane-related diseases such as stroke or myocardial infarction.
Secondly, given the interesting pharmacological profile of BM573 and BM613, we have designed and synthesized several series of compounds derived from these two agents. We have evaluated the binding properties (affinity) of the first generation (+/- 35 original derivatives) of compounds on either TPalpha or TPbeta, transiently expressed in COS-7 cell lines. Additionally, we have measured the ability of our drugs to inhibit the intracellular calcium mobilization upon TPalpha or TPbeta stimulation. To confirm our results, we also assessed the antiplatelet properties of our drugs by means of determination of inhibition of human platelet aggregation. On the basis of the results obtained with these in vitro assays, we have synthesized and evaluated a second generation of derivatives (+/- 35 original compounds) and improved the selectivity of several original compounds for TP receptor isoforms.
The originality of this work was to evaluate a large library of synthetic compounds on both TP receptor isoforms, using specific pharmacological tests. By means of structure-activity relationship studies, we were able to identify chemical groups implicated in selectivity and to propose lead compounds for development of highly specific TPalpha or TPbeta antagonists. Besides, we have identified an in vivo drug candidates for prevention of thrombosis and pathological platelet aggregation.
[fr] Le thromboxane A2 (TXA2) est un métabolite de la cascade de l’acide arachidonique (AA) par la voie des cyclooxygénases et de la thromboxane synthase, principalement formé dans les plaquettes et les macrophages. Le TXA2 est un puissant inducteur de l’agrégation plaquettaire et de la contraction des muscles lisses vasculaires et bronchiques. Par ailleurs, une augmentation des taux en TXA2 a été constatée dans différentes pathologies : l'infarctus du myocarde, l'atherosclérose, les accidents vasculaires cérébraux, ou encore l'asthme. L’action du TXA2 sur les tissus résulte de la stimulation d’un récepteur appartenant à la famille des récepteurs couplés aux protéines G. Ce récepteur au TXA2 (TP) présente deux isoformes générées par épissage alternatif, TPalpha et TPbeta. Le rôle physiologique exact de ces deux isoformes n'est pas encore connu. Cependant, de récents travaux ont mis en évidence leur importance, notamment dans la physiologie vasculaire et dans certaines pathologies.
L’inhibition de l’action du TXA2 au niveau des plaquettes et des vaisseaux sanguins pourrait donc être une stratégie thérapeutique innovante pour traiter et prévenir les maladies cardiovasculaires. En conséquence, le développement d’antagonistes des récepteurs TP reste d’un grand intérêt en médecine cardiovasculaire. Des études de pharmacomodulation avaient permis au Laboratoire de Chimie Pharmaceutique (Université de Liège, Belgique) d'identifier des nitrobenzènesulfonylurées, dérivées du torasémide (un diurétique de l’anse), présentant un puissant antagonisme des récepteurs TP. Parmi ceux-ci, deux composés, le BM573 et le BM613, faisaient parties des molécules les plus intéressantes identifiées au cours de ces précédentes recherches.
Ce projet est divisé en deux parties. Premièrement, nous avons déterminé les propriétés pharmacologiques du BM573 et du BM613 en tant qu’inhibiteurs de la thromboxane synthase et antagonistes des récepteurs TP, in vitro et in vivo. Au cours de nos expériences, ces deux composés se sont révélés posséder une grande affinité pour TPalpha et TPbeta, être de puissants agents antiplaquettaires, des inhibiteurs de la thromboxane synthase et de la contraction des muscles lisses induite par le TXA2. En outre, l’utilisation de ces produits dans un modèle de thrombose artérielle induite par le chlorure ferrique chez le rat a provoqué une réduction significative du thrombus formé. En conséquence, nous avons démontré que le BM573 et le BM613, appartenant à la famille chimique des nitrobenzenesulfonylurées, pouvaient être considérés comme des agents antiplaquettaires et antithrombotiques, potentiellement utiles en tant qu’agents thérapeutiques dans des pathologies associées au TXA2 telles que l’infarctus du myocarde ou l’accident vasculaire cérébral.
Ensuite, nous nous sommes concentrés sur l'activité de cette famille de composés (les nitrobenzènesulfonylurées) vis-à-vis des deux isoformes du récepteur au thromboxane. Pour ce faire, nous avons conçu et synthétisé de nombreuses séries de composés dérivés du BM573 et du BM613. Nous avons tout d’abord évalué l’affinité de la première génération de composés (+/- 35 dérivés) sur des lignées cellulaires (COS-7) exprimant sélectivement soit TPalpha soit TPbeta. De plus, nous avons mesuré la capacité de ces composés à inhiber la mobilisation de calcium intracellulaire ([Ca2+]i) induite par la stimulation des deux isoformes TPalpha et TPbeta séparément. Nos résultats ont été confirmés sur agrégation plaquettaire humaine. Sur la base des résultats obtenus avec cette première génération de produits, nous avons synthétisé une seconde génération (+/- 35 dérivés) de composés, et avons réussi à augmenter la sélectivité en faveur de TPbeta pour certains produits.
L’originalité de ce travail réside dans le fait que nous avons évalué un nombre de produits importants sur TPalpha et TPbeta, au moyen de tests pharmacologiques spécifiques. Grâce à des études de relation structure-activité, nous avons identifié des groupements chimiques impliqués dans la sélectivité entre les deux isoformes. Nous pouvons donc proposer des structures "chef de file" pouvant être utiles pour le développement de composés hautement sélectifs, soit pour TPalpha, soit pour TPbeta. Par ailleurs, nous avons identifié in vivo des candidats pour le développement d’agents thérapeutiques pour la prévention des thromboses et des autres pathologies provoquées par une activation plaquettaires excessive.
