Les trois scientifiques qui ont découvert un traitement contre l'obésité basé sur le GLP-1 ont remporté le prix de recherche médicale clinique Lasker-DeBakey 2024

Accrocher une nouvelle hormone

Au milieu des années 1970, Habener, un nouvel endocrinologue, a installé son laboratoire au Massachusetts General Hospital, et le diabète a rapidement attiré son attention. Normalement, le glucose incite le pancréas à libérer de l'insuline, ce qui fait sortir le sucre de la circulation sanguine et pénètre dans les cellules. Dans le diabète, le manque d’insuline maintient la glycémie à un niveau élevé tandis que les cellules meurent de faim. Bien que l’apport d’insuline soit à la base d’une forme de thérapie, les chercheurs exploraient des tactiques alternatives. Une autre hormone pancréatique, le glucagon, augmente la concentration de sucre dans le sang, donc la contrecarrer pourrait bénéficier aux personnes atteintes de diabète, pensait-on.

Habener a décidé d'utiliser les nouveaux outils de la biologie moléculaire et d'isoler le gène codant pour le glucagon. À l'époque, les directives du NIH sur la recherche sur l'ADN recombinant limitaient la manipulation des gènes des mammifères. Il s'est donc tourné vers la baudroie, ce qui offrait un avantage, car elle contient un organe spécial qui fabrique de généreuses quantités de glucagon.

Les scientifiques savaient que les hormones peptidiques actives sont libérées des protéines plus grosses par des enzymes qui les coupent à des endroits spécifiques. En 1982, Habener a rapporté que le gène du glucagon de poisson code pour une protéine précurseur prévue qui contient du glucagon et, en outre, un deuxième peptide qui ressemble au glucagon. La même paire d’acides aminés, lysine-arginine, qui marque les sites de clivage dans d’autres protéines précurseurs d’hormones apparaît à plusieurs endroits. Couper à cet endroit libérerait le glucagon et le deuxième peptide.

L'année suivante, Graeme Bell (Chiron Corporation) a découvert que le gène codant pour le glucagon du hamster code également pour une version du deuxième peptide de poisson, qu'il a appelé peptide-1 de type glucagon (GLP-1). Des résultats similaires ont été obtenus chez l'homme et d'autres mammifères.

Une étape de traitement négligée ?

À cette époque, la chimiste Svetlana Mojsov de l’Université Rockefeller était devenue indépendamment une passionnée du glucagon. Elle souhaitait trouver un moyen d'en produire de grandes quantités pour des études mécanistiques. Dans le cadre de cet effort, elle s'est penchée sur la structure de l'hormone en tant qu'étudiante diplômée, boursière postdoctorale et chercheuse. Le directeur de thèse de Mojsov, Bruce Merrifield (Prix Albert Lasker de recherche médicale fondamentale en 1969 ; Prix Nobel de chimie en 1984), avait inventé ce qu'on appelle la synthèse des protéines en phase solide et, au milieu des années 1970, elle était devenue la technique de choix pour produire rapidement de grandes quantités de protéines. approvisionnement en matériel propre.

Malheureusement, en raison des particularités chimiques du glucagon, certains acides aminés subissent des réactions secondaires avec l'acide fort requis par le processus. Pour cette raison, la sagesse conventionnelle considère que le glucagon ne se prête pas à la méthode en phase solide.

Cet obstacle n’a pas dissuadé Mojsov. Elle a conçu une stratégie alternative évitant les acides forts. De plus, son approche a produit un degré de pureté jamais atteint auparavant pour la synthèse peptidique. Les rendements élevés et l’absence de contaminants s’avéreraient cruciaux pour de nombreux aspects de ses travaux futurs.

En 1983, lorsque Mojsov a rejoint le Massachusetts General Hospital en tant que directrice de son installation de synthèse de peptides, elle a amélioré le système et commencé à appliquer son expertise au GLP-1. Le peptide l’intriguait en partie parce qu’elle pensait qu’il pourrait combler une lacune de longue date. Au début des années 1900, des scientifiques ont proposé que les substances présentes dans l’intestin incitent le pancréas à produire des hormones. Des preuves solides de l'existence de ces « incrétines » sont apparues en 1964, lorsque les chercheurs ont démontré que le glucose ingéré provoque une libération d'insuline plus importante que le glucose injecté. Selon eux, quelque chose dans l’intestin provoque la sécrétion d’insuline. De telles incrétines avaient jusqu'à présent échappé à l'identification et le GLP-1, un peptide jusqu'alors inconnu qui ressemble à une hormone (glucagon) connue pour influencer le taux de sucre dans le sang, s'est imposé comme candidat.

Mojsov était perplexe quant à la séquence prévue de la supposée chaîne de 37 acides aminés du GLP-1. La présence des mêmes acides aminés dans les mêmes positions de différentes protéines suggère qu'elles remplissent une fonction importante, mais le GLP-1 commence par une série de six acides aminés qui n'existent pas dans le glucagon ou d'autres molécules apparentées. Mojsov a observé une arginine en position 6. Les arginines sont coupées par des enzymes humaines bien connues, et si le GLP-1 commençait après cet acide aminé, le peptide résultant - maintenant de 31 acides aminés au lieu de 37 - s'alignerait parfaitement sur sa famille de glucagon. membres.

Aller au cœur du problème du GLP-1

Mojsov a entrepris de déterminer si la version plus courte du GLP-1 [GLP-1 (7-37)] pourrait être libérée de la version plus longue [GLP-1 (1-37)] et servir d'incrétine manquante. À cette fin, elle a synthétisé de grandes quantités de chaque peptide pur en lots uniques, se préparant ainsi à assurer la cohérence des études ultérieures. Elle a fabriqué des anticorps qui se lient à une région commune ; par conséquent, ils reconnaissent les deux variantes. Surtout, elle a également découvert comment séparer le GLP-1 (1-37) et le GLP-1 (7-37) d’un mélange, en exploitant la charge des acides aminés propres à la molécule la plus longue. Ces innovations lui ont permis de détecter le GLP-1 dans les tissus, de distinguer le GLP-1 (7-37) du GLP-1 (1-37) et d'identifier le peptide actif.

Ainsi, les pièces de résistance dans les premiers stades des découvertes du GLP-1 étaient ces réactifs et méthodes inestimables, qui ont fourni aux scientifiques les moyens de tirer des conclusions sans ambiguïté sur les aspects essentiels de la biologie du GLP-1.

Mojsov a ensuite mené la première série d'expériences définitives. Elle a marqué radioactivement ses peptides et les a déployés avec des anticorps GLP-1 pour vérifier si le GLP-1 apparaît chez les animaux. C’est le cas. Mojsov a ensuite séparé les peptides et a établi que le GLP-1 tronqué (7-37) constitue une fraction significative du total. Ce plus petit peptide existe donc dans la nature et notamment dans l’intestin, rapportaient Mojsov, Habener et leurs collaborateurs en 1986.

Mojsov et Habener se sont associés à Gordon Weir (Joslin Diabetes Center) et, en 1987, ont démontré que de minuscules concentrations de GLP-1 pur (7-37), comme celles présentes dans le sang, stimulent la sécrétion d'insuline à partir de pancréas de rat isolés qui continuent à fonctionner même lorsqu’il est retiré du corps. La forme la plus longue reste inerte même à des concentrations 10 000 fois plus élevées. Ces observations ont révélé que le GLP-1 (7-37), ci-après appelé GLP-1, est le peptide physiologiquement pertinent.

Habener et Mojsov se sont ensuite lancés dans des études humaines. Avec David Nathan (Massachusetts General Hospital), ils ont déterminé que le GLP-1 déclenche la libération d'insuline et abaisse la glycémie circulante. Cette publication de 1992 a démontré que l'hormone pourrait constituer la base d'un médicament sûr contre le diabète, et plusieurs sociétés, dont Novo Nordisk, AstraZeneca, Eli Lilly et GSK, se sont accrochées à cette idée. Bientôt, le potentiel du GLP-1 allait s'étendre.

Les acides gras, pleins de potentiel

Quelques années plus tard, Knudsen a pris la tête du développement thérapeutique du GLP-1 chez Novo Nordisk et, en 1996, un article a attiré son attention. Stephen Bloom (Hammersmith Hospital, Londres) avait injecté du GLP-1 dans le cerveau de rats, et la consommation alimentaire de ces animaux avait chuté. Le peptide, a proposé Bloom, envoie un signal de satiété.

La possibilité que l'hormone puisse lutter contre l'obésité ainsi que le diabète avait déjà éveillé l'intérêt de Knudsen en raison des allusions à des études animales antérieures dirigées par Ole Madsen (Institut de recherche Hagedorn, Copenhague). L’idée selon laquelle une molécule spécifique à une maladie pourrait également en combattre une autre a rompu les conventions et, alors que Knudsen défendait l’idée, elle s’est heurtée à une résistance. Cependant, pour l’exploiter dans l’un ou l’autre usage, elle a dû surmonter une limitation impressionnante.

Dans le corps humain, le GLP-1 disparaît quelques minutes après son entrée dans la circulation sanguine. Une enzyme appelée dipeptidyl peptidase 4 (DPP-4) le mâche et les reins purgent le reste. Pour transformer le GLP-1 en médicament, les scientifiques devraient le rendre capable de survivre à ces assauts. Knudsen visait à fabriquer un agent qui resterait actif pendant 24 heures après une seule injection sous la peau.

Après avoir essayé une formulation à libération lente et celles qui résistaient à la destruction médiée par le DPP-4, elle a opté pour une stratégie consistant à attacher les acides gras au GLP-1. Les acides gras adhèrent naturellement à une protéine abondante dans la circulation appelée albumine, qui transporte les substances dans le corps. Selon la vision de Knudsen, l'albumine transporterait sa cargaison de GLP-1 dans la circulation sanguine tout en la protégeant de la destruction enzymatique et de la filtration rénale. L’acide gras libérerait progressivement le GLP-1 afin qu’il puisse capter son récepteur sur les cellules cibles et déclencher ses effets.

L'équipe de Knudsen a fabriqué des analogues du GLP-1 qui variaient de plusieurs manières, notamment la longueur et le type d'acide gras, le site de fixation au sein du GLP-1 et le lieur chimique. Les enquêteurs ont ensuite évalué le comportement des composés. Ils visaient à stabiliser le peptide et à prolonger sa longévité chez les animaux tout en maximisant sa puissance et en maintenant la séquence d'acides aminés aussi proche que possible de celle du GLP-1 humain pour contourner l'immunoréactivité. Deux articles, en 2000 et 2007, ont détaillé les résultats.

Les chercheurs se sont concentrés sur un candidat qu’ils ont nommé liraglutide (voir figure). Ils avaient prolongé sa demi-vie après injection sous-cutanée de 1,2 à 13 heures. Il a donné de bons résultats lors d'un essai clinique mené en 2010 auprès de 1 300 personnes atteintes de diabète de type 2, et les événements indésirables étaient pour la plupart légers ou modérés. L'Agence européenne des médicaments (EMA) a approuvé le liraglutide (Victoza®) pour contrôler la glycémie dans le diabète de type 2 en 2009, et la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis a suivi l'année suivante. Le liraglutide est ainsi devenu le premier médicament à base de GLP-1 à prise unique quotidienne.

Une fête de réussite

Entre-temps, les données accumulées ont soutenu l'idée selon laquelle le GLP-1 réduit l'appétit et le poids corporel, et l'équipe de Knudsen a étudié le liraglutide dans ce but. Dans une étude clé, des sujets non diabétiques, obèses ou en surpoids ont perdu en moyenne plus de 12 livres sur un an. Plus d'un tiers des individus du groupe liraglutide ont perdu au moins 5 % de leur poids corporel et près d'un quart a perdu plus de 10 %. Le liraglutide rend les gens plus rassasiés et moins affamés, ils mangent donc volontairement moins. La FDA et l'EMA lui ont donné leur feu vert respectivement en 2014 et 2015, et il s'agit du premier médicament à base de GLP-1 approuvé pour le traitement de l'obésité (Saxenda®).

Les scientifiques de Novo Nordisk voulaient aller plus loin ; faites en sorte que le médicament dure non pas une journée, mais une semaine. Il devrait adhérer de manière optimale à l'albumine : suffisamment étroitement pour persister plus longtemps dans le corps, mais suffisamment lâchement pour qu'une quantité suffisante puisse se lier au récepteur.

L'équipe qui recherchait ce traitement, dirigée par les chimistes Jesper Lau et Thomas Kruse, a remplacé un acide aminé du GLP-1 par une molécule conférant une résistance au clivage de la DPP-4, puis a testé systématiquement différents acides gras et combinaisons de liaisons chimiques. Les enquêteurs ont passé au peigne fin environ 4 000 composés pour en identifier un dont la demi-vie a considérablement augmenté, jusqu'à 165 heures. Ils l'ont nommé sémaglutide (voir figure).

Le sémaglutide a obtenu l'approbation de la FDA pour le traitement du diabète (Ozempic®) en 2017 et de l'obésité (Wegovy®) en 2021. L'agent favorise une perte de poids moyenne presque deux fois plus importante que le liraglutide : 28 livres sur 16 mois. Les effets secondaires du sémaglutide sont pour la plupart mineurs, mais de graves problèmes gastro-intestinaux poussent certaines personnes à arrêter le médicament. Aux États-Unis, plus d'un million de personnes ont reçu des ordonnances pour Wegovy® depuis son entrée sur le marché.

Le liraglutide et le sémaglutide ont ouvert de nouvelles voies vers des médicaments puissants de deuxième génération. Le tirzépatide d'Eli Lilly, qui contient non seulement du GLP-1, mais également une autre incrétine appelée GIP, provoque des effets encore plus spectaculaires que le sémaglutide. La société a ajouté du glucagon pour le renforcer davantage, et les individus prenant un candidat appelé rétatrutide perdent en moyenne plus de 20 % de leur poids corporel.

Contrairement à l'impact du GLP-1 sur le diabète, qui touche principalement le pancréas, ses activités de suppression de l'appétit se situent principalement dans le cerveau, et de nombreux chercheurs, dont Knudsen, y détaillent son comportement. Les chercheurs étudient son utilisation dans un large éventail de maladies, notamment les troubles rénaux chroniques, la stéatose hépatique, les maladies neurodégénératives telles que les maladies d'Alzheimer et de Parkinson et la toxicomanie. Les thérapies basées sur le GLP-1 protègent également le système cardiovasculaire et, plus tôt cette année, la FDA a approuvé le sémaglutide pour réduire les crises cardiaques et les accidents vasculaires cérébraux chez les personnes souffrant d'une maladie cardiovasculaire préexistante et en surpoids ou obèses.

En plus des scientifiques ci-dessus, de nombreux autres ont apporté des contributions clés à l’histoire du GLP-1. Ces personnes comprennent feu Werner Creutzfeldt (Université de Göttingen), Richard DiMarchi (alors chez Eli Lilly), Daniel Drucker (Université de Toronto), John Eng (alors au Bronx Veterans Affairs Medical Center), Jens Holst (Université de Copenhague) , Michael Nauck (Université de la Ruhr à Bochum) et Nancy Thornberry (alors chez Merck).

Grâce à leurs efforts ambitieux et engagés, Habener, Mojsov et Knudsen ont transformé les perspectives de santé d'un très grand nombre de personnes dont l'excès de poids compromet leur bien-être. Leurs travaux ont lancé une nouvelle batterie de médicaments à succès qui propulsent le GLP-1 dans un domaine pharmaceutique d’une portée sans précédent.

par Evelyn Strauss