Novel oxazolo-oxazole derivatives of FTY720 reduce endothelial cell permeability, immune cell chemotaxis and symptoms of experimental autoimmune encephalomyelitis in mice

The immunomodulatory FTY720 (fingolimod) is presently approved for the treatment of relapsing-remitting multiple sclerosis. It is a prodrug that acts by modulating sphingosine 1-phosphate (S1P) receptor signaling. In this study, we have developed and characterized two novel oxazolo-oxazole derivatives of FTY720, ST-968 and the oxy analog ST-1071, which require no preceding activating phosphorylation, and proved to be active in intact cells and triggered S1P1 and S1P3, but not S1P2, receptor internalization as a result of receptor activation. Functionally, ST-968 and ST-1071 acted similar to FTY720 to abrogate S1P-triggered chemotaxis of mouse splenocytes, mouse T cells and human U937 cells, and reduced TNFa- and LPS-stimulated endothelial cell permeability. The compounds also reduced TNFα-induced ICAM-1 and VCAM-1 mRNA expression, but restored TNFα-mediated downregulation of PECAM-1 mRNA expression. In an in vivo setting, the application of ST-968 or ST-1071 to mice resulted in a reduction of blood lymphocytes and significantly reduced the clinical symptoms of experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) in C57BL/6 mice comparable to FTY720 either by prophylactic or therapeutic treatment. In parallel to the reduced clinical symptoms, infiltration of immune cells in the brain was strongly reduced, and in isolated tissues of brain and spinal cord, the mRNA and protein expressions of ICAM-1 and VCAM-1, as well as of matrix metalloproteinase-9 were reduced by all compounds, whereas PECAM-1 and tissue inhibitor of metalloproteinase TIMP-1 were upregulated. In summary, the data suggest that these novel butterfly derivatives of FTY720 could have considerable implication for future therapies of multiple sclerosis and other autoimmune diseases.

FTY720 and two novel butterfly derivatives exert a general anti-inflammatory potential by reducing immune cell adhesion to endothelial cells through activation of S1P3 and phosphoinositide 3-kinase

Sphingosine-1-phosphate (S1P) is a key lipid regulator of a variety of cellular responses including cell proliferation and survival, cell migration, and inflammatory reactions. Here, we investigated the effect of S1P receptor activation on immune cell adhesion to endothelial cells under inflammatory conditions. We show that S1P reduces both tumor necrosis factor (TNF)-α- and lipopolysaccharide (LPS)-stimulated adhesion of Jurkat and U937 cells to an endothelial monolayer. The reducing effect of S1P was reversed by the S1P1+3 antagonist VPC23019 but not by the S1P1 antagonist W146. Additionally, knockdown of S1P3, but not S1P1, by short hairpin RNA (shRNA) abolished the reducing effect of S1P, suggesting the involvement of S1P3. A suppression of immune cell adhesion was also seen with the immunomodulatory drug FTY720 and two novel butterfly derivatives ST-968 and ST-1071. On the molecular level, S1P and all FTY720 derivatives reduced the mRNA expression of LPS- and TNF-α-induced adhesion molecules including ICAM-1, VCAM-1, E-selectin, and CD44 which was reversed by the PI3K inhibitor LY294002, but not by the MEK inhibitor U0126.In summary, our data demonstrate a novel molecular mechanism by which S1P, FTY720, and two novel butterfly derivatives acted anti-inflammatory that is by suppressing gene transcription of various endothelial adhesion molecules and thereby preventing adhesion of immune cells to endothelial cells and subsequent extravasation.

Decreased phosphatidylcholine plasmalogens - A putative novel lipid signature in patients with stable coronary artery disease and acute myocardial infarction.

OBJECTIVE Glycerophospholipids and sphingolipids are structurally heterogeneous due to differences in the O- and N-linked fatty acids and head groups. Sphingolipids also show a heterogeneity in their sphingoid base composition which up to now has been little appreciated. The aim of this study was to investigate the association of certain glycerophospholipid and sphingolipid species with stable coronary artery disease (CAD) and acute myocardial infarction (AMI). METHODS The lipid profile in plasma from patients with stable CAD (n = 18) or AMI (n = 17) was compared to healthy subjects (n = 14). Sixty five glycerophospholipid and sphingolipid species were quantified by LC-MS. The relative distribution of these lipids into lipoprotein fractions was analyzed. RESULTS In the CAD cohort, 45 glycerophospholipid and sphingolipid species were significantly lower compared to healthy controls. In the AMI group, 42 glycerophospholipid and sphingolipid species were reduced. Four PC plasmalogens (PC33:1, PC33:2, PC33:3 and PC35:3) showed the most significant difference. Out of eleven analyzed sphingoid bases, four were lower in the CAD and six in the AMI group. Sphingosine-1-phosphate (S1P) levels were reduced in the AMI group whereas an atypical C16:1 S1P was lower in both groups. Phosphatidylcholine and sphingomyelin species were exclusively present in lipoprotein particles, whereas lysophosphatidylcholines were mainly found in the lipoprotein-free fraction. The observed differences were not explained by the use of statins as confirmed in a second, independent cohort. CONCLUSIONS Reduced levels of four PC plasmalogens (PC33:1, PC33:2, PC33:3 and PC35:3) were identified as a putatively novel lipid signature for CAD and AMI.

Design and synthesis of constrained azacyclic pyrrolidine analogues of FTY720 as anticancer agents & metal coordination-controlled and bifunctional catalysis toward tertiary β-Ketols

Cette thèse se compose en deux parties: Première Partie: La conception et la synthèse d’analogues pyrrolidiniques, utilisés comme agents anticancéreux, dérivés du FTY720. FTY720 est actuellement commercialisé comme médicament (GilenyaTM) pour le traitement de la sclérose en plaques rémittente-récurrente. Il agit comme immunosuppresseur en raison de son effet sur les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate. A fortes doses, FTY720 présente un effet antinéoplasique. Cependant, à de telles doses, un des effets secondaires observé est la bradycardie dû à l’activation des récepteurs S1P1 et S1P3. Ceci limite son potentiel d’utilisation lors de chimiothérapie. Nos précédentes études ont montré que des analogues pyrrolidiniques dérivés du FTY720 présentaient une activité anticancéreuse mais aucune sur les récepteurs S1P1 et S1P3. Nous avons soumis l’idée qu’une étude relation structure-activité (SARs) pourrait nous conduire à la découverte de nouveaux agents anti tumoraux. Ainsi, deux séries de composés pyrrolidiniques (O-arylmethyl substitué et C-arylmethyl substitué) ont pu être envisagés et synthétisés (Chapitre 1). Ces analogues ont montré d’excellentes activités cytotoxiques contre diverses cellules cancéreuses humaines (prostate, colon, sein, pancréas et leucémie), plus particulièrement les analogues actifs qui ne peuvent pas être phosphorylés par SphK, présentent un plus grand potentiel pour le traitement du cancer sans effet secondaire comme la bradycardie. Les études mécanistiques suggèrent que ces analogues de déclencheurs de régulation négative sur les transporteurs de nutriments induisent une crise bioénergétique en affamant les cellules cancéreuses. Afin d’approfondir nos connaissances sur les récepteurs cibles, nous avons conçu et synthétisé des sondes diazirine basées sur le marquage d’affinité aux photons (méthode PAL: Photo-Affinity Labeling) (Chapitre 2). En s’appuyant sur la méthode PAL, il est possible de récolter des informations sur les récepteurs cibles à travers l’analyse LC/MS/MS de la protéine. Ces tests sont en cours et les résultats sont prometteurs. Deuxième partie: Coordination métallique et catalyse di fonctionnelle de dérivés β-hydroxy cétones tertiaires. Les réactions de Barbier et de Grignard sont des méthodes classiques pour former des liaisons carbone-carbone, et généralement utilisées pour la préparation d’alcools secondaires et tertiaires. En vue d’améliorer la réaction de Grignard avec le 1-iodobutane dans les conditions « one-pot » de Barbier, nous avons obtenu comme produit majoritaire la β-hydroxy cétone provenant de l’auto aldolisation de la 5-hexen-2-one, plutôt que le produit attendu d’addition de l’alcool (Chapitre 3). La formation inattendue de la β-hydroxy cétone a également été observée en utilisant d’autres dérivés méthyl cétone. Étonnement dans la réaction intramoléculaire d’une tricétone, connue pour former la cétone Hajos-Parrish, le produit majoritaire est rarement la β-hydroxy cétone présentant la fonction alcool en position axiale. Intrigué par ces résultats et après l’étude systématique des conditions de réaction, nous avons développé deux nouvelles méthodes à travers la synthèse sélective et catalytique de β-hydroxy cétones spécifiques par cyclisation intramoléculaire avec des rendements élevés (Chapitre 4). La réaction peut être catalysée soit par une base adaptée et du bromure de lithium comme additif en passant par un état de transition coordonné au lithium, ou bien soit à l’aide d’un catalyseur TBD di fonctionnel, via un état de transition médiée par une coordination bidenté au TBD. Les mécanismes proposés ont été corroborés par calcul DFT. Ces réactions catalytiques ont également été appliquées à d’autres substrats comme les tricétones et les dicétones. Bien que les efforts préliminaires afin d’obtenir une enantioselectivité se sont révélés sans succès, la synthèse et la recherche de nouveaux catalyseurs chiraux sont en cours.

Design and synthesis of constrained azacyclic pyrrolidine analogues of FTY720 as anticancer agents & metal coordination-controlled and bifunctional catalysis toward tertiary β-Ketols

Cette thèse se compose en deux parties: Première Partie: La conception et la synthèse d’analogues pyrrolidiniques, utilisés comme agents anticancéreux, dérivés du FTY720. FTY720 est actuellement commercialisé comme médicament (GilenyaTM) pour le traitement de la sclérose en plaques rémittente-récurrente. Il agit comme immunosuppresseur en raison de son effet sur les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate. A fortes doses, FTY720 présente un effet antinéoplasique. Cependant, à de telles doses, un des effets secondaires observé est la bradycardie dû à l’activation des récepteurs S1P1 et S1P3. Ceci limite son potentiel d’utilisation lors de chimiothérapie. Nos précédentes études ont montré que des analogues pyrrolidiniques dérivés du FTY720 présentaient une activité anticancéreuse mais aucune sur les récepteurs S1P1 et S1P3. Nous avons soumis l’idée qu’une étude relation structure-activité (SARs) pourrait nous conduire à la découverte de nouveaux agents anti tumoraux. Ainsi, deux séries de composés pyrrolidiniques (O-arylmethyl substitué et C-arylmethyl substitué) ont pu être envisagés et synthétisés (Chapitre 1). Ces analogues ont montré d’excellentes activités cytotoxiques contre diverses cellules cancéreuses humaines (prostate, colon, sein, pancréas et leucémie), plus particulièrement les analogues actifs qui ne peuvent pas être phosphorylés par SphK, présentent un plus grand potentiel pour le traitement du cancer sans effet secondaire comme la bradycardie. Les études mécanistiques suggèrent que ces analogues de déclencheurs de régulation négative sur les transporteurs de nutriments induisent une crise bioénergétique en affamant les cellules cancéreuses. Afin d’approfondir nos connaissances sur les récepteurs cibles, nous avons conçu et synthétisé des sondes diazirine basées sur le marquage d’affinité aux photons (méthode PAL: Photo-Affinity Labeling) (Chapitre 2). En s’appuyant sur la méthode PAL, il est possible de récolter des informations sur les récepteurs cibles à travers l’analyse LC/MS/MS de la protéine. Ces tests sont en cours et les résultats sont prometteurs. Deuxième partie: Coordination métallique et catalyse di fonctionnelle de dérivés β-hydroxy cétones tertiaires. Les réactions de Barbier et de Grignard sont des méthodes classiques pour former des liaisons carbone-carbone, et généralement utilisées pour la préparation d’alcools secondaires et tertiaires. En vue d’améliorer la réaction de Grignard avec le 1-iodobutane dans les conditions « one-pot » de Barbier, nous avons obtenu comme produit majoritaire la β-hydroxy cétone provenant de l’auto aldolisation de la 5-hexen-2-one, plutôt que le produit attendu d’addition de l’alcool (Chapitre 3). La formation inattendue de la β-hydroxy cétone a également été observée en utilisant d’autres dérivés méthyl cétone. Étonnement dans la réaction intramoléculaire d’une tricétone, connue pour former la cétone Hajos-Parrish, le produit majoritaire est rarement la β-hydroxy cétone présentant la fonction alcool en position axiale. Intrigué par ces résultats et après l’étude systématique des conditions de réaction, nous avons développé deux nouvelles méthodes à travers la synthèse sélective et catalytique de β-hydroxy cétones spécifiques par cyclisation intramoléculaire avec des rendements élevés (Chapitre 4). La réaction peut être catalysée soit par une base adaptée et du bromure de lithium comme additif en passant par un état de transition coordonné au lithium, ou bien soit à l’aide d’un catalyseur TBD di fonctionnel, via un état de transition médiée par une coordination bidenté au TBD. Les mécanismes proposés ont été corroborés par calcul DFT. Ces réactions catalytiques ont également été appliquées à d’autres substrats comme les tricétones et les dicétones. Bien que les efforts préliminaires afin d’obtenir une enantioselectivité se sont révélés sans succès, la synthèse et la recherche de nouveaux catalyseurs chiraux sont en cours.

Conception, synthèse et activité anticancéreuse d’analogues basés sur la molécule FTY720 (Gilenya)

FTY720 (aussi connu sous le nom de Fingolimod ou Gilenya) agit sur les récepteurs sphingosine-1-phosphate (S1P) et induit la suppression du système immunitaire (immunosuppression). Cette molécule est reconnue pour avoir une activité contre plusieurs cellules cancéreuses. Cette activité est indépendante de l’action sur les récepteurs S1P et on attribue plutôt la mort (apoptose) des cellules cancéreuse à la capacité que possède la molécule à réduire le transport des nutriments dans la cellule. Toutefois, malgré ses nombreux avantages, FTY720 ne peut pas être utilisé afin de traiter des humains puisque l’activation secondaire des récepteurs S1P1 et S1P3 mènent à une diminution du rythme cardiaque (bradycardie) chez les patients. Notre groupe s’est donc concentré sur la synthèse d’analogues qui potentiellement n’activeraient pas le récepteur S1P tout en gardant une activité biologique contre plusieurs cellules cancéreuses. Malgré le fait que nos analogues agissent également sur la diminution du transport des nutriments dans les cellules, nous ne connaissons pas le mécanisme d’action par lequel ceux-ci agissent. Au passage, le projet de recherche ci-présenté nous aura par ailleurs permis de développer une grande variété de sondes photo-actives dans l’espoir d’isoler une ou plusieurs protéines qui seraient impliquées dans le mécanisme d’action.

Conception, synthèse et activité anticancéreuse d’analogues basés sur la molécule FTY720 (Gilenya)

FTY720 (aussi connu sous le nom de Fingolimod ou Gilenya) agit sur les récepteurs sphingosine-1-phosphate (S1P) et induit la suppression du système immunitaire (immunosuppression). Cette molécule est reconnue pour avoir une activité contre plusieurs cellules cancéreuses. Cette activité est indépendante de l’action sur les récepteurs S1P et on attribue plutôt la mort (apoptose) des cellules cancéreuse à la capacité que possède la molécule à réduire le transport des nutriments dans la cellule. Toutefois, malgré ses nombreux avantages, FTY720 ne peut pas être utilisé afin de traiter des humains puisque l’activation secondaire des récepteurs S1P1 et S1P3 mènent à une diminution du rythme cardiaque (bradycardie) chez les patients. Notre groupe s’est donc concentré sur la synthèse d’analogues qui potentiellement n’activeraient pas le récepteur S1P tout en gardant une activité biologique contre plusieurs cellules cancéreuses. Malgré le fait que nos analogues agissent également sur la diminution du transport des nutriments dans les cellules, nous ne connaissons pas le mécanisme d’action par lequel ceux-ci agissent. Au passage, le projet de recherche ci-présenté nous aura par ailleurs permis de développer une grande variété de sondes photo-actives dans l’espoir d’isoler une ou plusieurs protéines qui seraient impliquées dans le mécanisme d’action.

Loss of sphingosine kinase-1 in carcinoma cells increases formation of reactive oxygen species and sensitivity to doxorubicin-induced DNA damage

Sphingosine kinases (SK) catalyse the formation of sphingosine 1-phosphate, which is a key lipid mediator regulating cell responses such as proliferation, survival and migration. Here we have investigated the effect of targeted inhibition of SK-1 on cell damage and elucidated the mechanisms involved.

Sphingosine kinase-1 is a hypoxia-regulated gene that stimulates migration of human endothelial cells

Sphingosine kinases (SK) catalyze the production of sphingosine-1-phosphate which in turn regulates cell responses such as proliferation and migration. Here, we show that exposure of the human endothelial cell line EA.hy 926 to hypoxia stimulates a increased SK-1, but not SK-2, mRNA, protein expression, and activity. This effect was due to stimulated SK-1 promoter activity which contains two putative hypoxia-inducible factor-responsive-elements (HRE). By deletion of one of the two HREs, hypoxia-induced promoter activation was abrogated. Furthermore, hypoxia upregulated the expression of HIF-1alpha and HIF-2alpha, and both contributed to SK-1 gene transcription as shown by selective depletion of HIF-1alpha or HIF-2alpha by siRNA. The hypoxia-stimulated SK-1 upregulation was functionally coupled to increased migration since the selective depletion of SK-1, but not of SK-2, by siRNAs abolished the migratory response. In summary, these data show that hypoxia upregulates SK-1 activity and results in an accelerated migratory capacity of endothelial cells. SK-1 may thus serve as an attractive therapeutic target to treat diseases associated with increased endothelial migration and angiogenesis such as cancer growth and progression.

Transforming growth factor-beta2 upregulates sphingosine kinase-1 activity, which in turn attenuates the fibrotic response to TGF-beta2 by impeding CTGF expression

Transforming growth factor-beta2 (TGF-beta2) stimulates the expression of pro-fibrotic connective tissue growth factor (CTGF) during the course of renal disease. Because sphingosine kinase-1 (SK-1) activity is also upregulated by TGF-beta, we studied its effect on CTGF expression and on the development of renal fibrosis. When TGF-beta2 was added to an immortalized human podocyte cell line we found that it activated the promoter of SK-1, resulting in upregulation of its mRNA and protein expression. Further, depletion of SK-1 by small interfering RNA or its pharmacological inhibition led to accelerated CTGF expression in the podocytes. Over-expression of SK-1 reduced CTGF induction, an effect mediated by intracellular sphingosine-1-phosphate. In vivo, SK-1 expression was also increased in the podocytes of kidney sections of patients with diabetic nephropathy when compared to normal sections of kidney obtained from patients with renal cancer. Similarly, in a mouse model of streptozotocin-induced diabetic nephropathy, SK-1 and CTGF were upregulated in podocytes. In SK-1 deficient mice, exacerbation of disease was detected by increased albuminuria and CTGF expression when compared to wild-type mice. Thus, SK-1 activity has a protective role in the fibrotic process and its deletion or inhibition aggravates fibrotic disease.

Structure of the disodium salt of glucose 1-phosphate hydrate, 2Na+.C6H11O9P2-.3.5H2O

Mr= 367.2, monoclinic, C2, a = 8.429 (1),b= 10.184(2), c= 16.570(2)A, /~= 99.18 (1) °, U= 1404.2 A 3, z = 4, D m = 1.73, D x = 1.74 Mg m -3,Cu K~, 2 = 1.5418 A, g = 2.99 mm -1, F(000) = 764,T= 300K, final R for 1524 observed reflections is0.069. The endocyclic C-O bonds in the glucose ring are nearly equal with C(5)-O(5)= 1.445 (10) and C(1)-O(5)= 1.424(10). The pyranose sugar ring adopts a 4C 1 chair conformation. The conformation about the exocyclic C(5)-C(6) bond is gauche-gauche, in contrast to gauche-trans observed in the structure of the dipotassium salt of glucose 1-phosphate. The phosphate ester bond, P-O(1), is 1.641 (6)A, slightly longer than the 'high-energy' P-,.O bond in the monopotassium salt of phosphoenolpyruvate [1.612 (6)A]. Two sodium ions are six coordinated while the third has only five neighbours.

Novel mechanisms for regulation of cell survival and migration by ceramide 1-phosphate

201 p. : gráf.

RCeveierwamide and ceramide 1-phosphate in health and disease

Sphingolipids are essential components of cell membranes, and many of them regulate vital cell functions. In particular, ceramide plays crucial roles in cell signaling processes. Two major actions of ceramides are the promotion of cell cycle arrest and the induction of apoptosis. Phosphorylation of ceramide produces ceramide 1-phosphate (C1P), which has opposite effects to ceramide. C1P is mitogenic and has prosurvival properties. In addition, C1P is an important mediator of inflammatory responses, an action that takes place through stimulation of cytosolic phospholipase A2, and the subsequent release of arachidonic acid and prostaglandin formation. All of the former actions are thought to be mediated by intracellularly generated C1P. However, the recent observation that C1P stimulates macrophage chemotaxis implicates specific plasma membrane receptors that are coupled to Gi proteins. Hence, it can be concluded that C1P has dual actions in cells, as it can act as an intracellular second messenger to promote cell survival, or as an extracellular receptor agonist to stimulate cell migration.