Etude par électrophorèse capillaire des propriétés de résolution chirale des oligonucléotides en série ADN

Capillary electrophoresis study of the chiral resolution properties of DNA oligonucleotides

• Auteur / Autrice : Luma Tohala
• Direction : Eric Peyrin, Corinne Ravelet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du médicament
• Date : Soutenance le 17/07/2018
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département de pharmacochimie moléculaire (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Sylvain Cottaz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Peyrin, François Couderc
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Perrin, Eric Marchioni

Mots clés

Mots clés contrôlés

Stéréochimie

Mots clés libres

Discrimination chirale

Oligonucléotides en série ADN

Remplissage partiel par electrophorèse capillaire

Énantiomères de médicaments

Chiral discrimination

DNA oligonucleotides

Partial filling capillary electrophoresis

Chiral drugs

Résumé

De nos jours, la stéréochimie des médicaments est devenue un enjeu important aussi bien pour l'industrie pharmaceutique que pour les autorités réglementaires. Il a été démontré que les nucléotides / nucléosides ou les structures en double hélice et tétrade de guanine présentaient certaines propriétés énantio sélectives. Néanmoins, à ce jour, très peu d’études se sont focalisées sur l’utilisation de l’ADN en tant que sélecteur chiral. Grâce à l’utilisation d’une méthode de remplissage partiel, les propriétés de discrimination chirale d'un répertoire d'oligonucléotides (ONs) en série ADN caractérisé par diverses compositions de bases et de structures ont été testées sur une large gamme de mélanges racémiques par électrophorèse capillaire (EC), méthode séparative performante utilisant de faibles volumes d’échantillons. A des concentrations d'ADN sub-millimolaire, il a été montré que tous les ONs en série ADN testés, présentaient des capacités d'énantio discrimination vis-à-vis de plusieurs composés pertinents. Les couples d’énantiomères séparés sont, soit des composés cationiques possédant un groupement phényle, soit des analytes sans charge nette ou avec une charge positive et comportant deux cycles aromatiques. Une étude portant sur les capacités séparatives de plusieurs séquences d'homopolymères poly-dT de longueurs différentes (de 5 à 60-mer) a ensuite été menée sur certains couples d’énantiomères. Les résultats ont montré qu’une longueur minimale de 30 bases, où l'ADN semble adopter une conformation de type pelote, présentait de meilleures propriétés d'énantioséparation qu’une séquence constituée d’un maximum de 10 bases. De plus, la reconnaissance chirale des ONs en série ADN implique principalement des bases d'ADN libres dont la diversité chimique augmente leur capacité d'énantio résolution. Finalement, afin d'étudier la contribution thermodynamique impliquée dans les séparations énantiomériques obtenues par les ONs simples brins testés, des mesures de constantes d’affinité pour les énantiomères du tryptophane ont été réalisées vis-à-vis du Poly-dT30 par trois techniques différentes. Les méthodes utilisées n’ont pas permis de déterminer une différence d’affinité entre les deux énantiomères.

Nowadays, drug stereochemistry has become a significant issue for both the pharmaceutical industry and the regulatory authorities. It has been demonstrated that nucleotides/ nucleosides or duplex and G-quadruplex structures showed some enantioselective properties. Nevertheless, to date, the use of DNA as chiral selector has been largely neglected. Using partial filling capillary electrophoresis (CE) method, highly efficient technique with little volume consumption need, the assessment of the enantioselective properties of a repertoire of arbitrarily chosen DNA oligonucleotides (ONs) characterized by diverse base compositions and structural features was studied for a series of various racemates. Under (sub) millimolar DNA concentration conditions, it was shown that all the ONs tested presented enantiodiscrimination properties for interesting organic compounds. The resolved compounds are either cationic carrying one phenyl group or contain two aromatic cycles with no net or one positive charge. Then, sequence prerequisites of ONs for the CE enantioseparation process were studied for a series of homopolymeric sequences (Poly-dT) of different lengths (from 5 to 60-mer) and for the discrimination of various enantiomers. The results showed that the sequence length of 30-mer (or more) of the ONs was better for the enantioseparation properties, where the DNA adopted a coil-like conformation, than ONs with a sequence length ≤ 10-mer. The base-unpaired state constituted also an important factor in the chiral resolution ability of ONs. Moreover, the chemical diversity enhanced the enantioresolution ability of single-stranded ONs. Finally, several attempts have been conducted to study the thermodynamic contribution involved in enantiomeric separation obtained with DNA strands. Binding affinity constants were determined for tryptophan enantiomers towards Poly-dT30 by three different techniques. The used methods did not allow determining a difference of affinity between enantiomers.