Stabilisation et mimes de structures secondaires peptidiques : applications aux hélices alpha et feuillets beta

Stabilisation and mimics of peptidic secondary structures : applications to the alpha-helix and beta-sheet

• Auteur / Autrice : Camille Perdriau
• Direction : Gilles Guichard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Organique
• Date : Soutenance le 06/12/2019
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie et Biologie des Membranes et des Nanoobjets (Bordeaux ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Matthieu Sainlos
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gilles Guichard, Sandrine Ongeri, Vincent Aucagne
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sandrine Ongeri, Vincent Aucagne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cyclisation (chimie)

Peptides

Foldamères

Mots clés libres

Peptides

Structures secondaires

Foldamères

Hélice alpha

Feuillet bêta

Agrafes peptidiques

Peptide

Secondary structures

Foldamers

Helix alpha

Sheet bêta

Stapled peptides

Résumé

Des avancées en biologie moléculaire ont permis de voir émerger des molécules biologiques (anticorps, hormones) comme agents thérapeutiques. Les peptides qui peuvent adopter les structures secondaires (hélices α et feuillets β) rencontrées dans les protéines et qui possèdent des caractéristiques intermédiaires entre les petites molécules et les protéines, représentent donc un enjeu thérapeutique intéressant. Leurs principaux inconvénients résident dans leur faible stabilité plasmatique, leur faible pénétration cellulaire et leur flexibilité conformationnelle qui limitent leur développement thérapeutique. Stabiliser la structure secondaire de peptides dans leur conformation bioactive ou développer des squelettes non naturels comme peptidomimes sont devenus des moyens de contourner ces difficultés. A ce jour, diverses approches chimiques ont été proposées pour stabiliser le repliement en hélice α comme la macrocyclisation entre deux chaînes latérales d’un peptide. Une première partie de cette thèse a consisté à développer une stratégie de macrocyclisation menant à des agrafes peptidiques originales, comportant une fonction guanidine polaire. Différentes séquences peptidiques ont ainsi pu être macrocyclisées en (i, i+4) ou (i, i+7), et des études structurales ont été amorcées. L’introduction d’une guanidine pourrait apporter de nouvelles propriétés aux peptides macrocyclisés dont l’amélioration de leur perméabilité cellulaire. Le feuillet β multi-brins, l’autre structure secondaire d'intérêt, s'avère être moins étudié par les chimistes malgré son importance biologique, en raison probablement d'une tendance excessive à l’agrégation et la précipitation. Pour réussir à obtenir des peptidomimes stables de ces feuillets β, il est possible d’avoir recours à des squelettes non naturels comme les foldamères. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à la conception d'une nouvelle classe de molécules programmées pour se replier en feuillets β, par formation de liaisons hydrogène intramoléculaires. Des foldamères alternant des motifs coudes et brins artificiels comportant des dérivés de diamine et diacide ont alors été synthétisés. Des études en solution et à l’état solide sur ces molécules ont attesté leur repliement en feuillet β multi-brins.

Recent advances in molecular biology gave rise to the emergence of biologics (antibodies, hormones) as therapeutic agents. Peptides which are able to adopt secondary structures encountered in proteins and presenting intermediates features between small molecules and biologics are seen as potent therapeutics. The disadvantages of peptides lie in poor plasma stability and their poor cell membrane permeability as well as conformational flexibility, thus limiting their therapeutic potential. Stabilizing peptide secondary structures in their bioactive conformations and the development of non natural peptidomimetics became important tools to counteract those difficulties. Nowadays, several chemical approaches have been considered to stabilize α-helix folding such as the macrocyclization between two side chains of a peptide. The first project of this PhD thesis has focused on the design and the synthesis of new stapled peptides containing a guanidine motif. Several macrocyclized peptides with a guanidine bridge in (i, i+4) or in (i, i+7) positions have thus been obtained and some structural studies performed. Introduction the guanidine moiety could provide new properties to peptides such as improvement of their cell permeability. Notwithstanding their importance in biology, multi-stranded β-sheets, another protein secondary structure of interest, have comparatively been less studied by chemists probably because of their tendencies towards agregation and precipitation. To obtain stable peptidomimetics folded into βsheets it is possible to use non natural moieties such as foldamers. In this context, we have been interested in the design of a novel class of molecules programmed to fold into β-sheet structures through the formation of intramolecular hydrogen bonds. Foldamers alternating artificial strands and turns composed of diamine and diacid have been synthesized. Studies were performed in solution and in the solid state to confirm their folding into multi-stranded β-sheets architectures.