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The membrane receptor TGR5 (Takeda G Protein-coupled Receptor 5) is an ubiquitous receptor sensitive to bile acids. It is expressed in many tissues and organs including the intestine (in enteroendocrine L cells), the gallbladder, smooth and skeletal muscles, brown adipose tissue and in some immune cells. In vitro and in vivo studies in animals have shown beneficial effects of TGR5 activation on energy and glucose homeostasis. It is now commonly accepted that the beneficial effects of TGR5 on glucose homeostasis are, at least in part, mediated by its ability to promote the secretion of the intestinal incretin glucagon-like peptide-1 (GLP-1) in enteroendocrine L cells.However, recent experiments have shown that the activation of TGR5 by systemic agonists in animal models can induce unwanted effects such as increased gallbladder volume, itching and cardiovascular issues. In order to avoid the undesired effects of systemic agonists of TGR5, the project focused on the development of TGR5 agonists with an intestine targeted distribution and a very low oral bioavailability. Then, we hypothesized that the activation of TGR5 limited to the intestinal epithelium without systemic exposure would promote the beneficial effects on glucose homeostasis via the GLP-1 secretagogue effect, while minimizing systemic effects on other tissues or organs expressing TGR5.On the basis of structure-activity relationships on a series of TGR5 agonists developed in the laboratory, we have designed chimeric compounds as follows: the pharmacophore responsible for activity on the TGR5 receptor is bound, via a linker, at structural elements called kinetophores that fine-tune the physicochemical and pharmacokinetic properties of our agonists to limit their intestinal absorption. Thus, the aim of this work was to obtain powerful and original non-systemic TGR5 agonists acting in the intestine to generate the in vivo proof of concept of the therapeutic potential of such agonists in the treatment of type 2 diabetes.A systematic study of the effect of various kinetophores was performed. About thirty compounds have been synthesized in 8 to 12 steps allowing the identification of powerful agonists with pharmacokinetic properties in accordance with our strategy of topical intestinal compounds. In vivo studies were then used to validate the GLP-1 secretagogue effect of such compounds. Finally, evaluation of one of the best compounds in a murine model of diabetes allowed us to validate the hypothesis that a topical intestinal agonist of TGR5 can have a beneficial effect on energy and glucose homeostasis.; Le récepteur membranaire TGR5 (Takeda G Protein-coupled Receptor 5), est un récepteur ubiquitaire sensible aux acides biliaires. Il est exprimé dans de nombreux tissus et organes dont l’intestin (dans les cellules entéroendocrines L), la vésicule biliaire, les muscles lisses et squelettiques, le tissu adipeux brun et dans certaines cellules immunitaires. Des études menées in vitro et in vivo chez l’animal ont montré des effets bénéfiques de l’activation de TGR5 sur l’homéostasie énergétique et glucidique. Il est maintenant communément admis que les effets bénéfiques de TGR5 sur l'homéostasie du glucose sont, au moins en partie, médiés par sa capacité à promouvoir la sécrétion de l'incrétine intestinale glucagon-like peptide-1 (GLP-1) au niveau des cellules entéroendocrines L.Cependant, de récentes expériences ont montré que l’activation de TGR5 par des agonistes systémiques dans des modèles animaux peut induire des effets non souhaités tels qu’une augmentation du volume de la vésicule biliaire, des démangeaisons et des effets cardiovasculaires. Afin de s’affranchir des effets non désirés d’agonistes systémiques de TGR5, le projet s’est orienté vers le développement d’agonistes de TGR5 présentant une distribution tissulaire ciblée et limitée à l’intestin et dont la biodisponibilité orale serait très faible, voire nulle. Nous avons alors émis l’hypothèse qu’une activation de TGR5 limitée à l’épithélium intestinal sans exposition systémique permettrait d’obtenir des effets bénéfiques sur l’homéostasie du glucose via l’effet GLP-1 sécrétagogue, tout en minimisant les effets non souhaités sur d’autres tissus ou organes exprimant TGR5.A partir des études de relations structure-activités obtenues au laboratoire sur une série d’agonistes de TGR5, nous avons conçu des composés chimériques de la façon suivante : le pharmacophore responsable de l’activité sur le récepteur TGR5 est lié via un bras espaceur à des éléments structuraux appelés kinétophores qui ajustent les propriétés physicochimiques et pharmacocinétiques de nos agonistes pour limiter leur absorption intestinale. Ainsi, l’objectif de ce travail était d’obtenir des agonistes non systémiques de TGR5, puissants et originaux, exerçant leur action dans l’intestin afin de générer la preuve de concept in vivo de l’intérêt d’utiliser de tels agonistes dans le traitement du diabète de type 2.Une étude systématique de l’effet de kinétophores variés a été réalisée. Une trentaine de composés ont été synthétisés en 8 à 12 étapes permettant l’identification d’agonistes puissants et présentant des propriétés pharmacocinétiques en accord avec notre stratégie de composés topiques intestinaux. Des études in vivo ont ensuite permis de valider l’effet GLP-1 sécrétagogue de tels composés. Enfin, l’évaluation d’un des meilleurs composés dans un modèle murin de diabète nous a permis de valider l’hypothèse qu’un agoniste topique intestinal de TGR5 peut avoir un effet bénéfique sur l’homéostasie énergétique et glucidique.

The membrane receptor TGR5 (Takeda G Protein-coupled Receptor 5) is an ubiquitous receptor sensitive to bile acids. It is expressed in many tissues and organs including the intestine (in enteroendocrine L cells), the gallbladder, smooth and skeletal muscles, brown adipose tissue and in some immune cells. In vitro and in vivo studies in animals have shown beneficial effects of TGR5 activation on energy and glucose homeostasis. It is now commonly accepted that the beneficial effects of TGR5 on glucose homeostasis are, at least in part, mediated by its ability to promote the secretion of the intestinal incretin glucagon-like peptide-1 (GLP-1) in enteroendocrine L cells.However, recent experiments have shown that the activation of TGR5 by systemic agonists in animal models can induce unwanted effects such as increased gallbladder volume, itching and cardiovascular issues. In order to avoid the undesired effects of systemic agonists of TGR5, the project focused on the development of TGR5 agonists with an intestine targeted distribution and a very low oral bioavailability. Then, we hypothesized that the activation of TGR5 limited to the intestinal epithelium without systemic exposure would promote the beneficial effects on glucose homeostasis via the GLP-1 secretagogue effect, while minimizing systemic effects on other tissues or organs expressing TGR5.On the basis of structure-activity relationships on a series of TGR5 agonists developed in the laboratory, we have designed chimeric compounds as follows: the pharmacophore responsible for activity on the TGR5 receptor is bound, via a linker, at structural elements called kinetophores that fine-tune the physicochemical and pharmacokinetic properties of our agonists to limit their intestinal absorption. Thus, the aim of this work was to obtain powerful and original non-systemic TGR5 agonists acting in the intestine to generate the in vivo proof of concept of the therapeutic potential of such agonists in the treatment of type 2 diabetes.A systematic study of the effect of various kinetophores was performed. About thirty compounds have been synthesized in 8 to 12 steps allowing the identification of powerful agonists with pharmacokinetic properties in accordance with our strategy of topical intestinal compounds. In vivo studies were then used to validate the GLP-1 secretagogue effect of such compounds. Finally, evaluation of one of the best compounds in a murine model of diabetes allowed us to validate the hypothesis that a topical intestinal agonist of TGR5 can have a beneficial effect on energy and glucose homeostasis., Le récepteur membranaire TGR5 (Takeda G Protein-coupled Receptor 5), est un récepteur ubiquitaire sensible aux acides biliaires. Il est exprimé dans de nombreux tissus et organes dont l’intestin (dans les cellules entéroendocrines L), la vésicule biliaire, les muscles lisses et squelettiques, le tissu adipeux brun et dans certaines cellules immunitaires. Des études menées in vitro et in vivo chez l’animal ont montré des effets bénéfiques de l’activation de TGR5 sur l’homéostasie énergétique et glucidique. Il est maintenant communément admis que les effets bénéfiques de TGR5 sur l'homéostasie du glucose sont, au moins en partie, médiés par sa capacité à promouvoir la sécrétion de l'incrétine intestinale glucagon-like peptide-1 (GLP-1) au niveau des cellules entéroendocrines L.Cependant, de récentes expériences ont montré que l’activation de TGR5 par des agonistes systémiques dans des modèles animaux peut induire des effets non souhaités tels qu’une augmentation du volume de la vésicule biliaire, des démangeaisons et des effets cardiovasculaires. Afin de s’affranchir des effets non désirés d’agonistes systémiques de TGR5, le projet s’est orienté vers le développement d’agonistes de TGR5 présentant une distribution tissulaire ciblée et limitée à l’intestin et dont la biodisponibilité orale serait très faible, voire nulle. Nous avons alors émis l’hypothèse qu’une activation de TGR5 limitée à l’épithélium intestinal sans exposition systémique permettrait d’obtenir des effets bénéfiques sur l’homéostasie du glucose via l’effet GLP-1 sécrétagogue, tout en minimisant les effets non souhaités sur d’autres tissus ou organes exprimant TGR5.A partir des études de relations structure-activités obtenues au laboratoire sur une série d’agonistes de TGR5, nous avons conçu des composés chimériques de la façon suivante : le pharmacophore responsable de l’activité sur le récepteur TGR5 est lié via un bras espaceur à des éléments structuraux appelés kinétophores qui ajustent les propriétés physicochimiques et pharmacocinétiques de nos agonistes pour limiter leur absorption intestinale. Ainsi, l’objectif de ce travail était d’obtenir des agonistes non systémiques de TGR5, puissants et originaux, exerçant leur action dans l’intestin afin de générer la preuve de concept in vivo de l’intérêt d’utiliser de tels agonistes dans le traitement du diabète de type 2.Une étude systématique de l’effet de kinétophores variés a été réalisée. Une trentaine de composés ont été synthétisés en 8 à 12 étapes permettant l’identification d’agonistes puissants et présentant des propriétés pharmacocinétiques en accord avec notre stratégie de composés topiques intestinaux. Des études in vivo ont ensuite permis de valider l’effet GLP-1 sécrétagogue de tels composés. Enfin, l’évaluation d’un des meilleurs composés dans un modèle murin de diabète nous a permis de valider l’hypothèse qu’un agoniste topique intestinal de TGR5 peut avoir un effet bénéfique sur l’homéostasie énergétique et glucidique.

Bile acids have long been known as lipid solubilizing agents, enabling efficient absorption of nutrients and vitamins during digestion. Since 2000, several teams have demonstrated the signaling properties of these molecules, especially through the activation of two receptors : the nuclear receptor FXR and the membrane receptor TGR5.The TGR5 receptor is expressed in various tissues, such as smooth and skeletal muscles, brown adipose tissue, gallbladder, but also on some immune or intestinal cell lines such as the enteroendocrine L cells. Depending on the studied tissue, TGR5 activation can trigger various biological effects. In the intestine, its activation can stimulate the secretion of an incretin hormone, the GLP-1.Incretin hormones play a role in glycaemia regulation, especially during the postprandial phase during which they potentiate the action of the insulin, the main hypoglycemic hormone. Diabetes mellitus correspond to a decreased response of the organism to insulin signaling. This leads to a default in the glycaemia handling that can lead to serious complications, such as amputation, blindness, or cardiovascular problems. Prevalence and incidence of this disease have lead the WHO to define diabetes as the first non-infectious epidemic, illustrating its impact on public health and the constant need for new therapeutic opportunities.In this context, TGR5 appears as an appealing potential therapeutic target, especially because of the GLP-1 secretagogue effect triggered by its activation. Indeed, among the antidiabetic therapeutic options, two classes of drugs work by increasing the incretin signaling: the incretinopotentiators (inhibitors of the DPP4, which is the enzyme responsible for the very short half-life of GLP-1), and the incretinomimetics (synthetic agonists of the GLP-1 receptor). Recently, this last class has also been approved to treat obesity. This demonstrates the interest of this signaling pathway in the treatment of metabolic disorders. Hence, GLP-1 secretagogue compounds may prove to be an interesting approach, and could complement the two other classes.The aim of this work was then to obtain potent, selective and original agonists of the TGR5 receptor. In order to decrease the risk of on-target and off-target effects, we decided to take advantage of the intestinal localization of our target by designing compounds that would only expose the gastro-intestinal tract, by limiting their absorption. Thus, we wanted to obtain non systemic GLP-1 secretagogue compounds.Our strategy was to develop chimeric compounds consisting of a pharmacophore part, which would be a potent and selective agonist of TGR5, linked to a kinetophore part, which would decrease membrane permeability. After having optimized the pharmacophore part and having identified a position where we could link various kinetophore moieties with only weak impact on the activity, we obtained several potent TGR5 agonists with very low membrane permeability. In vivo evaluations of these compounds have validated both their GLP-1 secretagogue activity and their low systemic exposure. In the end, evaluation of our lead compound on mouse model of diabetes was recently started., Les acides biliaires sont depuis longtemps connus pour leur propriété d’agents solubilisant des graisses et des vitamines liposolubles, permettant ainsi une absorption efficace de ces nutriments lors de la digestion. Depuis les années 2000, plusieurs équipes ont montré que ces molécules étaient également dotées de propriétés de signalisation, en particulier via l’activation de deux récepteurs : le récepteur nucléaire FXR, et le récepteur membranaire TGR5. Le récepteur TGR5 est exprimé dans de très nombreux tissus, dont les muscles lisses et squelettiques, le tissu adipeux brun, la vésicule biliaire, mais aussi certaines cellules immunitaires et certaines populations cellulaires intestinales telles que les cellules entéroendocrine L. Selon le tissu étudié, l’activation de TGR5 peut être suivie de nombreux effets biologiques. En particulier, au niveau intestinal, l’activation de ce récepteur stimule la sécrétion de l’hormone incrétine GLP-1.Les hormones incrétines sont impliquées dans la régulation de la glycémie, en particulier dans la phase postprandiale, où elles concourent à potentialiser l’action de l’insuline, hormone hypoglycémiante majeure. Or, dans un contexte de diabète, et en particulier de diabète de type 2, l’organisme est devenu moins sensible à l’insuline, ce qui se traduit par un défaut de gestion de la glycémie, pouvant entrainer à terme des complications graves, telles que des amputations, une cécité, ou encore des problèmes cardiovasculaires. La prévalence et l’incidence de cette pathologie ont conduit l’OMS à la considérer comme la première épidémie d’origine non-infectieuse, ce qui illustre son impact sur la santé publique et le besoin médical constant qu’elle génère.Dans ce contexte, TGR5 apparait comme cible thérapeutique potentielle attrayante, de par l’effet GLP-1 sécrétagogue consécutif à son activation. En effet, parmi les thérapies antidiabétiques, deux classes de molécules basent leur efficacité sur une augmentation de la signalisation de la voie incrétine : les incrétinopotentiateurs (inhibiteurs de la DDP4, enzyme responsable de la faible demi-vie du GLP-1) et les incrétinomimétiques (agonistes synthétiques du récepteur au GLP-1). Récemment, cette dernière classe a également fait son apparition dans l’arsenal thérapeutique de l’obésité, confirmant l’intérêt de cette voie de signalisation dans les pathologies issues d’un désordre métabolique. L’obtention de composés GLP-1 sécrétagogues s’avère ainsi prometteuse et représente une approche complémentaire aux deux autres classes.L’objectif de ce travail était donc d’obtenir des agonistes puissants, sélectifs et originaux du récepteur TGR5. Afin de diminuer les risques d’effets indésirables, on-target ou off-target, nous avons choisi de profiter de la localisation intestinale de notre cible d’intérêt en concevant nos composés de manière à limiter l’exposition au seul tractus gastro-intestinal, en limitant leur absorption. Ainsi, nous avons cherché à obtenir des composés non systémiques GLP-1 sécrétagogues.La stratégie employée pour aboutir à ces composés a été le développement de molécules chimériques constituées d’une partie agoniste de TGR5, le pharmacophore, liée à un groupement permettant de limiter la perméabilité membranaire et donc l’absorption intestinale, le kinétophore. Après avoir optimisé la partie pharmacophore et identifié une position permettant l’ajout de différents types de kinétophores sans impact majeur sur l’activité du composé, nous avons pu obtenir plusieurs agonistes de TGR5 puissants, originaux, et dotés d’une très faible perméabilité membranaire. L’étude in vivo de ces molécules a ensuite permis de valider d’une part leur activité GLP-1 sécrétagogue, et d’autre part leur faible exposition systémique. Enfin, l’évaluation du potentiel thérapeutique d’un des meilleurs composés dans des modèles murins de diabète a récemment pu être initiée.