Soutenance mémoire
Le système sérotoninergique
Le ligand endogène : la sérotonine
La sérotonine appelée aussi 5-hydroxytryptamine (5-HT) est un neurotransmetteur qui appartient à la famille des indolamines. Vittorio Erspamer fut le premier à l’identifier et la dénomma Enteramine en 1946. En effet, Il observa que la substance issue de l’extraction de cellules entérochromafines avait la propriété de contracter les tissus musculaires utérins de rat et publia un grand nombre d’articles en lien avec cette nouvelle substance , jusqu’en 1952 où il fut établi qu’elle avait été parallèlement identifiée et isolée par l’équipe de Maurice Rapport, Arda Green et Irvine Page. Les compétences variées de ces trois chercheurs furent mises à contribution à la fois dans l’identification et dans la purification de la 5-HT à partir de plus de « 900 litres de sérum issus de 2 tonnes de sang de bœuf ». En 1948, elle fut définitivement nommée sérotonine résultant de la contraction de sérum (ser) et de constriction « tonin » des vaisseaux sanguins.
La 5-HT est produite principalement (>95%) dans les cellules entérochromaffines (CE) de l’intestin et moindre quantité au niveau des noyaux du raphé. Elle est issue de la biotransformation du LTryptophane (L-Trp), acide aminé essentiel, retrouvé dans divers aliments comme les œufs, le chocolat et les bananes. Deux enzymes sont nécessaires à sa synthèse : la Tryptophane hydroxylase (TPH) et la 5-Hydroxytryptophane-décarboxylase . On note la présence de deux isoformes différents de la TPH, la TPH1 localisée au niveau du système périphérique et la TPH2 au niveau du système nerveux central. Cette synthèse est minoritaire à ce niveau, puisque seulement 5 à 10% du L-Trp suit cette voie de transformation, la majorité étant orientée pour la synthèse de la Kynurénine et de ses dérivés.
Dans le système périphérique, elle représente la part majoritaire du stock total présent dans l’organisme (98%). On la retrouve principalement au niveau du tractus digestif, des plaquettes mais aussi au niveau du poumon et des reins. La 5-HT a un rôle primordial puisqu’elle participe activement aux phénomènes de contraction des muscles lisses augmentant notamment la motilité de l’intestin grêle et du duodénum.
A la différence du L-Tryptophane, la 5-HT ne peut pas passer la barrière hémato-encéphalique (BHE). Sa présence dans le système nerveux central (SNC) ne peut qu’être la résultante d’une synthèse in situ. Elle est principalement localisée au niveau des noyaux du raphé situés dans le tronc cérébral, véritable carrefour neuronal permettant sa dissémination dans l’intégralité des aire cérébrales parcourues par le système sérotoninergique, à savoir le cerveau antérieur, les régions du striatum, les régions corticales, la moelle allongée, le mésencéphale, le thalamus, l’hypothalamus, l’hippocampe et bien d’autres régions .
Dans les neurones sérotoninergiques, la 5-HT est stockée dans les vésicules synaptiques grâce à un transporteur vésiculaire nommé VMAT pour Vesicular MonoAmine Transporter. Les VMAT-1 et VMAT2 sont des protéines présentes respectivement en périphérie et dans le SNC. Ce sont des transporteurs antiports qui utilisent une H+ -ATPase et un gradient de proton pour permettre le passage membranaire du cytosol cellulaire vers le milieu intra-vésiculaire. En présence d’un influx nerveux, la 5-HT est libérée par exocytose dans la fente synaptique et peut dès lors se fixer sur les récepteurs sérotoninergiques (5-HTR). Ces derniers sont localisés sur le neurone postsynaptique et permettent la diffusion de l’influx nerveux du neurone présynaptique au neurone postsynaptique. On note que la quantité de 5-HT dans la fente synaptique est modulée par un transporteur membranaire sélectif, le SERT (Serotonin Transporter), permettant de recapturer jusqu’à 80% de la 5-HT libérée. Son action est complétée par la présence de récepteurs pré-synaptiques qui provoquent un rétrocontrôle négatif et inhibent la libération de sérotonine supplémentaire par diminution du potentiel d’action (PA).
Enfin, la 5-HT est catabolisée en un métabolite stable : l’acide 5-hydroxyindole acétique (5-HIAA). Elle suit une voie enzymatique mobilisant successivement une monoamine oxydase de type A (MAO-A) puis une aldéhyde déshydrogénase . La 5-HIAA est excrétée dans le liquide céphalo-rachidien (LCR) avant de rejoindre la circulation sanguine et d’être éliminée par voie urinaire. Actuellement, elle constitue un marqueur prédictif d’une production anormale de 5-HT et présente un intérêt notamment en oncologie.
Dans le SNC, la sérotonine est impliquée dans de nombreux processus physiologiques comme la régulation des comportements alimentaires, l’anxiété, l’impulsivité, la thermorégulation, la mémorisation ou encore l’apprentissage. De plus, de nombreux désordres neuropsychiatriques sont intimement liés à la régulation du système sérotoninergique comme la dépression , l’anorexie et la maladie d’Alzheimer. C’est pourquoi, il est devenu ces dernières décennies, une cible de choix en thérapie et en recherche via l’étude de ces récepteurs.
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Table des matières
INTRDUCTION
Chapitre 1: Introduction et contexte
Le système sérotoninergique
1. Le ligand endogène : la sérotonine
2. Les récepteurs sérotoninergiques
2.1 Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG)
2.2 Les récepteurs ionotropes
2.3 Les récepteurs sérotoninergiques de type 4 (5-HT4R)
2.3.1 Découverte et identification du 5-HT4R
2.3.2 Clonage et identification des isoformes
2.3.3 Voie de signalisation et de transduction du signal
2.3.4 Localisation et implication biologique des 5-HT4R
2.3.5 Ligands des 5-HT4R décrits dans la littérature
L’imagerie médicale
1. Histoire et grandes découvertes
2. La radioactivité et ses applications
2.1 Principe de la radioactivité
2.2 La Tomographie par Emission de positons (TEP)
2.3 La tomographie par émission monophotonique (TEMP)
2.4 Généralités sur les radiopharmaceutiques
2.4.1 Définition
2.4.2 Structure d’un radiopharmaceutique
2.4.3 Propriétés des radiotraceurs
2.4.4 Radiotraceurs utilisés en milieu hospitalier
2.4.5 Radiotraceurs des 5-HTR décrits dans la littérature
2.4.6 Radiotraceurs des 5-HT4R décrits dans la littérature
Le noyau indazole
1. Propriétés et origine du cycle indazole
2. Médicaments commercialisés portant un noyau indazolique
3. Composés indazoliques soumis à des essais cliniques
4. Ligands indazoliques affins et sélectifs des 5-HT4R décrits dans la littérature
Chapitre 2: Contexte et objectifs du projet
Contexte du projet de thèse
Objectifs du projet de thèse
Chapitre 3: Travaux personnels
Synthèse de radioligands fluorés pour l’imagerie TEP
1. Analyse rétrosynthétique
2. Synthèse des acides 4,5 et 6-fluoro-1-H-indazole-3-carboxyliques
2.1 Contexte bibliographique
2.2 Synthèse de l’acide 5-fluoro-1H-indazole-3-carboxylique à partir de la 5-fluoroisatine
2.3 Obtention des acides 4- et 6-fluoro-1H-indazole-3-carboxyliques
2.3.1 Méthode développée en série iodée
2.3.2 Application à la synthèse des esters en série 4- et 6-fluoro-1H-indazole
3. Fonctionnalisation des positions N1 et N2 du cycle indazole
3.1 Obtention des composés N-alkylés via des Substitutions Nucléophiles (SN)
3.2 Obtention des composés N-alkylés via la réaction de Mitsunobu
4. Formation des premiers ligands des 5-HT4R et développement d’une voie de synthèse convergente
4.1 Synthèse des ligands 5-HT4R via des méthodes non convergentes
4.2 Méthode convergente d’obtention des précurseurs amides et esters via couplage peptidique
4.3 Développement d’une méthode d’obtention des composés en série cétone
4.3.1 Contexte en série iodoindazole
4.3.2 Obtention des composés en série cétone via un intermédiaire béta-cétoester
4.3.3 Obtention des composés en série cétone via métallation et utilisation d’un amide de Weinreb
4.4 Développement d’une série de composés en série 1,2,3 triazole et 1,2,4 oxadiazole
4.4.1 Synthèse des précurseurs indazoliques en série 1,2,3 triazole
4.4.2 Synthèse d’un ligand en série 1,2,4-oxadiazole
5. Accès aux indazoles plurifonctionnalisés
5.1 Accès aux ligands N-propylés en série amide et cétone
5.2 Synthèse des ligands N-éthylsulfonamide en série ester, amide et cétone
5.3 Synthèse des ligands N-méthyltétrahydro-2H-pyran-4-ol
5.4 Synthèse de ligands portant d’autres chaînes
5.5 Synthèse des ligands en série 1,2,3-triazole
6. Evaluation biologique des ligands, RSA et détermination des leads
6.1 Description du test de compétition in vitro
6.2 Relations structure-activité des ligands froids étudiés
7. Sélections des leads pour un radiomarquage au fluor-18
8. Voie d’obtention du radiotraceur fluoré [18F]MR3806
8.1 Méthodes de fluoration au fluor-18 décrites dans la littérature
8.1.1 Synthèses des sources radioactives
8.1.2 Radiochimie de ligands décrits dans la littérature
8.2 Synthèse des précurseurs pour un radiomarquage en vue de l’obtention du [18F]MR35806
CONCLUSION
