Recherche et industrie. Entre savoir et agir, le parcours d'un humaniste : Bertrand Castro

Résumés de communication

Ouverture du colloque par Pierre Corvol et Odile Eisenstein

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Les premiers pas de Bertrand CASTRO à Montpellier, l'aventure du Centre CNRS-INSERM de Pharmacologie-Endocrinologie par Jean Martinez

En 1981, Bertrand CASTRO rejoint Montpellier, comme Professeur de 1re classe à l’Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier. C’est le grand début de son immersion dans le monde des peptides et des protéines auquel il consacrera une grande partie de sa carrière. Il est l’un des artisans de la création en 1982, du Centre CNRS-INSERM de Pharmacologie-Endocrinologie (CCIPE) de Montpellier, institut au sein duquel il est responsable de l’équipe « Chimie des Peptides ». Il en devient le Directeur de 1986 à 1989.

C’est cette décennie de la vie de Bertrand qui sera évoquée, avec tout son apport scientifique et humain pour la formation et la recherche académique montpelliéraine, et au-delà pour l’impact de ses travaux dans le développement de la chimie des peptides et des protéines aux niveaux national et international.

Pour les « peptidistes », Bertrand CASTRO restera non seulement le père du « BOP », agent de couplage universel qu’il a développé à Nancy, mais surtout, pour tous les collègues qui ont eu la chance de le côtoyer, un grand scientifique et un Homme de grand cœur.

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Synthèse et vectorisation de molécules cytotoxiques vers la tumeur par Janine Cossy

A l’heure actuelle, le cancer est toujours un fléau et, mille nouveaux cas de cancer apparaissent par jour en France. Le cancer est responsable de 400 décès par jour et trois millions de personnes vivent en rémission d’un cancer.

Ces dernières années, même si de nombreux progrès ont été réalisés pour combattre ce fléau, il est important d’améliorer les traitements car les produits administrés ont souvent un faible index thérapeutique et les effets secondaires des chimiothérapies conventionnelles sont importants comme la diminution du nombre de cellules sanguines, le ressenti d’une grande fatigue, les phénomènes de nausées et de vomissements, la chute de cheveux, etc. Il est donc important de trouver de nouveaux composés antitumoraux spécifiques ainsi que de nouvelles méthodes de délivrance de ces composés afin de diminuer les effets secondaires que peuvent ressentir les patients.

Pour notre part, nous mettons au point de nouveaux outils synthétiques qui nous permettent d’accéder à des molécules antitumorales. Nous mettons également au point des méthodes de vectorisation de molécules cytotoxiques vers la tumeur en utilisant des méthodes de microfluidique associées aux ultrasons afin de pouvoir limiter les effets secondaires associés à ces molécules.

Remerciements:

Merci à Bertrand Castro pour sa confiance, pour la grande liberté scientifique qu’il nous a laissée, pour ses encouragements, son soutien moral et pour les discussions scientifiques et philosophiques animées. Merci également à Bertrand et à Sanofi pour le support financier.

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Souvenirs de Nancy par Jean-Louis Rivail

En 1969, Bertrand Castro alors maître assistant à Paris, où il travaillait dans le laboratoire du Professeur Henri Normand, est nommé dans le corps professoral de l’Université de Nancy I (Université Henri Poincaré). Bientôt rejoint par le regretté Bernard Gross, ils fondent ensemble l’ERA CNRS n° 558 « Méthodes de synthèse appliquées en série des sucres, des peptides et molécules apparentées ».

Bertrand y développe l’usage de solvants phosphorés et les réactifs de couplage BOP. Il participe aussi activement à la vie de l’université, en siégeant, entre autres, au conseil scientifique mis en place à la suite des nouveaux statuts.

Après son départ pour Montpellier en 1981, Bertrand gardera des contacts étroits avec ses anciens collègues et lorsque le président J.P. Finance décida de faire un audit de la recherche il fera naturellement appel à Bertrand dont les remarques facilitèrent grandement la restructuration de l’axe Chimie moléculaire et la création de l’UMR 7565 « Structure et Réactivité des Systèmes Moléculaires Complexes ».

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L'aventure du BOP et de la Pepstatine par Geneviève Evin

Dans les années 1970, Bertrand Castro et son équipe à l’Université de Nancy concentraient leur recherches sur l’activation des fonctions alcool, phénol, et acide carboxylique par les phosphines. Dormoy et Castro avaient montré que la tris(dimethylamino) phosphine (TDAP) pouvait activer le groupe carboxylique et faciliter son amidification. La synthèse peptidique, qui consiste à activer le groupe carboxylique d’un acide aminé pour le coupler à la fonction amine d’une autre acide aminé, et ainsi former une liaison amide – ou liaison peptidique- s’avérait donc un débouché logique des ces travaux. Cependant, l’activation des acides aminés par la TDAP s’accompagnait de racémisation. L’ hydroxybenzotriazole (HOBt) représentait alors un additif en couplage peptidique qui permettait de créer des esters actifs réagissant avec les amines dans des conditions douces qui minimisaient la racémisation. Selve et Castro ont proposé de combiner la TDAP et l’ HOBt en un seul réactif qui est ainsi devenu « Le BOP » (hexafluorophosphate de benzolyl-oxy-tris (dimethylamino) phosphonium). Sa synthèse et sa caractérisation au cours de ma thèse ont ouvert la voie à de nouvelles technologies qui ont amélioré, simplifié et accéléré la production de peptides, aussi bien en solution que sur support solide. Le BOP et son congénère, PyBOP, ont été utilisés couramment dans la recherche académique et dans l’industrie pharmaceutique pour condenser des fragments peptidiques et pour préparer des inhibiteurs d’enzyme ou des vaccins synthétiques. Le BOP a aussi permis de modifier des peptides naturels. Nous avons ainsi pu modifier la pepstatine, qui est un court peptide hydrophobe et un puissant inhibiteur de la pepsine, pour la rendre soluble et plus spécifique vis-à-vis de la rénine. Les dérivés de la pepstatine ont facilité les recherches à l’Unité 36 de l’INSERM, où j’ai travaillé avec Pierre Corvol et en collaboration avec Joël Ménard, car ils ont permis le marquage d’affinité de la rénine, la préparation d’inhibiteurs et de peptides antigéniques, et la preuve de concept qu’un inhibiteur de rénine peut réduire la pression artérielle chez l’animal. Dans mon laboratoire à Melbourne, le BOP et la pepstatine m’ont ensuite aidée à démontrer que la gamma-secrétase est une aspartyl protéase. Ma rencontre avec Bertrand Castro a donc joué un rôle déterminant dans ma carrière de chercheuse, m’orientant vers les protéases à aspartates qui sont associées aux pathologies de l’hypertension et de la maladie d’Alzheimer. Bertrand m’a aussi influencée personnellement par son modèle de chercheur, toujours curieux, créatif et ouvert d’esprit, et aussi en tant que superviseur, toujours disponible, bienveillant, encourageant et positif.

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Cristallogénèse, polymorphisme, Bertrand et la RMN des cristaux par Francis Taulelle

Première rencontre avec Bertrand, je donne un séminaire sur le site de Sanofi Montpellier. Mon premier transparent est le tableau de Pierre-Narcisse Guérin "Morphée et Iris" en hommage aux symboles qu'il contient, des rêves de Morphée, et d'Iris la déesse de la spectroscopie qui grâce à l'arc-en-ciel fait le pont entre l'imagination et l'illumination de la découverte de la morphine purifiée par cristallisation. Bertrand me reprend, j'ai prononcé Isis, au lieu d'Iris. Le tableau lui était familier.

J'avais parlé de mes questions de tout jeune chercheur. Comment est organisé un liquide? Comment un liquide se transforme en solide? Dans quel état physique se trouvent les clés de la cristallisation? J'avais choisi la RMN comme outil d'investigation pour répondre à ces questions. En permettant l'accès direct à l'échelle atomique dans les différents états de la matière, la RMN devait permettre la détermination de la construction cristalline. J'avais présenté l'état de l'art sur le sujet à cette époque (2005).

Quelques mois plus tard Bertrand formulera "Dix grands problèmes de Chimie du XXIème siècle" en référence à la liste des 23 problèmes de mathématiques formulée par David Hilbert, dont celle de la compréhension de la cristallisation.

Pour la pharmacie, la cristallisation c'est le polymorphisme. Physico-chimiste des milieux inorganiques, j'étais fasciné, comment élucider la réponse à cette question. Après avoir étudié chez Jacques Livage et Clément Sanchez les processus sol-gels, et avoir était témoin du développement de la Chimie Supramoléculaire de Jean-Marie Lehn à Strasbourg, j'avais rejoint Gérard Férey à Versailles avec ces thèmes en tête « comprendre la transformation du liquide en solide ». J'ai développé la cristallogenèse sur les composés inorganiques et hybrides organiques-inorganiques. Je présenterai mes vues sur la cristallisation, avec comme objet, les zéolithes qui permettent de suivre la mise en place cristalline au ralenti et de suivre tout le processus de construction du cristal. Bien que je ne travaillais pas directement sur des applications pharmaceutiques, Bertrand m'a poussé à établir ce que je crois être aujourd'hui un modèle général de cristallisation, qui s'applique, au-delà des silicates, également aux composés de la chimie organiques et biochimiques.

Pour cette curiosité lumineuse qui m'a permis d'ouvrir mon champ d'investigation, merci Bertrand !

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Du peptide au peptido-mimétique comme futur médicament par Jean-Alain Fehrentz

La ghréline est une hormone peptidique de 28 acides aminés octanoylée sur la sérine en position 3. Cette hormone, d’abord identifiée comme un sécrétagogue de l'hormone de croissance (GH), joue également un rôle central dans la prise alimentaire ainsi que dans certains processus liés à l’addiction. Ces effets sont médiés par un récepteur couplé aux protéines G de classe A : le GHS-R1a (Growth Hormone Secretagogue Receptor type 1a).

Compte tenu de ces multiples effets, la ghréline et son récepteur sont des cibles pharmacologiques de premier plan dans le domaine biomédical avec de potentielles applications cliniques : traitement de la cachexie et de l'obésité, traitement des patients atteints de diabète, déficit en GH, addiction à certaines substances. Dans ce contexte, nous avons synthétisé selon différentes approches des séries de ligands du GHS-R1a.

Une approche pseudo-peptidique nous a permis d’identifier un puissant agoniste actif par voie orale chez l’homme. Ce composé (JMV 1843) a passé les phases cliniques et sera bientôt commercialisé pour le diagnostic de déficience en GH chez l’adulte.

Une approche peptido-mimétique basée sur le motif 1,2,4-triazole trisubstitué a été également développée, cette stratégie a abouti à la synthèse de ligands agonistes et antagonistes très puissants. Des tests in vivo montrent que certains de ces composés inhibent la prise alimentaire induite par un agoniste mais n’inhibent pas la sécrétion de GH induite par le même agoniste. Parmi ces molécules ayant une sélectivité physiologique, le composé JMV 2959 se révèle également être un produit anti-addictif. Les propriétés particulières de ces ligands nous ont conduit à étudier la sélectivité de nos composés vis-à-vis des différentes voies de signalisation intracellulaire du GHS-R1a et de ses protéines partenaires. Nous montrons que le composé JMV 2959 se comporte comme un agoniste partiel vis à vis de la protéine Gq et comme un antagoniste vis à vis des protéines Gi, Go et -arrestine. La compréhension de ces mécanismes de sélectivité fonctionnelle devrait permettre de concevoir une nouvelle génération de molécules thérapeutiques plus sélectives et par voie de conséquence qui produit des effets secondaires plus limités.

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La part chimiste médicinale de Bertrand par Samir Jegham

Etre visionnaire serait-il un don ? Probablement pas, aurait répondu Bertrand ! La vision se stimule, se développe, se cultive. Bertrand faisait partie de ces chercheurs visionnaires, ses activités tout au long de sa carrière l’avaient démontrées, car Bertrand dans son action et sa réflexion, voyait grand, très grand ! Différemment, loin, très loin, tout en étant simplement clair.

Au cours de cet exposé je reviendrai sur la part « Vision Chimie Médicinale de Bertrand ». Bertrand, le chimiste ayant passé toute sa carrière au sein de Sanofi à découvrir des méthodes de synthèse permettant la fabrication, à l’échelle de la tonne, de médicaments à très haute valeur médicale tel, Plavix, Irbesartan, Arixtra ou autre Depakine, a toujours été intéressé par la biologie. Au cours de cet exposé, j’ai voulu rendre hommage à Bertrand comme s’il était encore parmi nous et lui démontrer que sa vision du « Drug Discovery » a toujours été la bonne. Cette vision je tenterai de l’illustrer à travers quatre domaines :

• Les peptides
• La biotechnologie
• La biologie des Systèmes et la Biologie de synthèse
• Et bien sûr la chimie en tant que science fondamentale

De ses premiers travaux dans le domaine des peptides et l’invention du BOP, nous assistons aujourd’hui à un regain spectaculaire de cette modalité thérapeutique avec plus de 400 essais cliniques et 60 médicaments déjà sur le marché.

Les biotechnologies et les protéines recombinantes à Sanofi, Bertrand fut parmi les ardents défenseurs et acteur de cette approche thérapeutique, comme en témoigne l’aventure de l’urate oxydase. Plus récemment le mariage entre la chimie de synthèse et la biologie a donné naissance à la biologie de synthèse. Bertrand a mené de profondes réflexions sur ce sujet. L’artémisinine et, son Prix Nobel 2015, en sont les plus beaux témoignages.

La polypharmocologie et la biologie des systèmes ont mobilisé des journées entières de discussions et de passion.

Sans oublier bien sur sa chimie de base, la chimie qui nous a amené là où nous en sommes, Bertrand en était le meilleur défenseur puisque l’une de ces dernières contributions fut dédiée au calcul théorique ayant permis une meilleure compréhension de nos ligands p53-MDM2.

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Avant tout, l'homme ! par Philippe Luscan

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L’urate Oxydase : une protéine qui utilise l’oxygène de l’air sans cofacteur ni activation par Thierry Prangé

L’urate oxydase (UOX) est un enzyme-médicament utilisé dans le traitement des effets secondaires des chimiothérapies. Produit par génie génétique chez SANOFI, l'UOX catalyse la dégradation de l’acide urique en présence d’oxygène moléculaire, sans utiliser le moindre cofacteur contrairement aux oxydases connues. Comment ces enzymes sont ils capables de contourner la règle de spin de Wigner et activent l'oxygène aussi efficacement reste une énigme. C'est à Bertrand Castro que l'on doit d'avoir initié une étude académique sur son mécanisme tout à fait original, en partant de sa structure tétramérique (figure de gauche) résolue en 1997 [1]. Nous avons démontré que ce mécanisme est de type radicalaire. Il se déroule en plusieurs étapes avec un intermédiaire hydroperoxy que nous avons pu isoler et dont la structure a été caractérisée par diffraction X à résolution atomique. Ce composé évolue spontanément vers un intermédiaire de type dehydrourate, suivi d’une étape d’hydroxylation, conduisant au produit de la réaction enzymatique, le 5-hydroxyisourate.

Nous avons également résolu les structures de l’urate oxydase complexées à différents inhibiteurs, en présence d’oxygène sous pression. La molécule d’oxygène est clairement visible dans les complexes avec la 8-azaxanthine (figure de droite). La molécule d’oxygène prend la place d’une molécule d’eau catalytique normalement présente au-dessus de l’inhibiteur et localisée entre deux acides aminés situés à l'interface de deux sous unités, une asparagine et une thréonine [2].

1. Colloc'h N, El Hajji M, Bachet B, L'Hermite G, Schiltz M, Prangé T, Castro, B., Mornon, J.P. Crystal structure of the protein drug urate oxidase-inhibitor complex at 2.05 Å resolution. Nature Struct. Biol. (1997) 4, 947-952.

2. Colloc'h N, Gabison L, Monard G, Altarsha M, Chiadmi M, Marassio G, Sopkova-de Olovera Santos, J., El Hajji, M., Castro, B., Abraini, J., Prangé, T. Oxygen Pressurized X-Ray crystallography: Probing the dioxygen binding site in cofactorless urate oxidase and implications for its catalytic mechanism. Biophys. J. (2008) 95 2415-2422.

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L'apport de la biochimie numérique à l'étude de la réactivité des protéines par Gérald Monard

La modélisation et la simulation sont aujourd'hui vues comme le troisième pilier de la science moderne, au côté de la théorie et de l'expérimentation. En biochimie, cela consiste le plus souvent à étudier numériquement le comportement à l'échelle atomique de complexes biomoléculaires comme les protéines, les acides nucléiques, etc. En prenant comme exemple l'Urate Oxydase chère à Bertrand Castro, mais aussi d'autres systèmes d'intérêt biologique, nous illustrerons l'apport actuel de la modélisation et de la simulation dans la compréhension des phénomènes biochimiques et plus particulièrement de la structure, de la dynamique et de la réactivité des protéines.

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Quel scientifique pour demain ? Portrait d'un être humain complet par Nayla Farouki

Que signifie être un humaniste pour un scientifique aujourd'hui? L'humanisme, au cours des siècles, est devenu une notion polysémique, parfois portée comme une valeur, comme dans l'intitulé de cet événement, parfois critiquée. Le but de ma réflexion est de poser - au travers de quelques exemples, dont celui de Bertrand Castro - une interrogation, puis une tentative de refonte de l'humanisme, tel qu'il s'est présenté ou peut encore se présenter dans les milieux qui ont les sciences et les technologies comme fondement. Cet humanisme, essentiel pour faire avancer la science, la médecine, l'industrie, serait-il en perte de vitesse ? Avec quelles conséquences? Et si oui, comment y remédier? Par quelle prise de conscience collective, faire accéder nos jeunes générations à une valeur qui fait toujours sens ?

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Adventures from the discovery and development of chemical processes for medicines par Kai Rossen

The 2015 Nobel Prize for Medicine or Physiology is a very good reminder of the fact that infectious diseases threaten mankind, but also how pharmaceutical drugs help to reduce the burden and suffering. Very good science is a prerequisite in the search for new and better drugs in the continuing struggle against infections – and to be successful in the future we depend on the contributions and insights of the giants on whose shoulders we stand.

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Conclusion par Pierre Corvol et Odile Eisenstein