Synthesis of peptidomimetics containing bifunctional diketoopiperazine scaffolds and their evaluation as modulators of amyloid-B peptide oligomerization

par Leïla Vahdati

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Umberto Piarulli et de Sandrine Ongeri.

Le président du jury était Gianluigi Broggini.

Le jury était composé de Umberto Piarulli, Sandrine Ongeri, Gianluigi Broggini, Gilles Guichard, Maria Luisa Gelmi.

Les rapporteurs étaient Gilles Guichard, Maria Luisa Gelmi.

  • Titre traduit

    Synthèse de peptidomimétiques contenant un scaffold dicetopiperazinique bifonctionnel et leur evaluation comme modulateurs de l'agrégation des peptides amyloides beta


  • Résumé

    La formation des agrégats des peptides et des protéines par l'interaction de feuillets β a de plus en plus attiré l'attention car elle se produit dans de nombreuses maladies humaines généralisées, telles que la sclérose latérale amyotrophique (SLA), la maladie d'Alzheimer (AD), la maladie de Parkinson (PD), les maladies à prions et la maladie de Huntington (HD). La maladie d'Alzheimer est la forme la plus courante de démence qui provoque la perte de la mémoire chez les personnes âgées. En 2013, il y avait 35 millions de personnes souffrant de AD à travers le monde, un chiffre qui devrait doubler d'ici 2050. Etiologiquement ces maladies se manifestent par des dépôts anormaux de protéines, y compris les plaques neuritiques séniles (PNS) et les dégénérescences neurofibrillaires (DNF). L'accumulation extracellulaire d'agrégats insolubles de la protéine β-amyloide (A) conduit à la formation de plaques séniles, tandis que DNF se produisent à l’intérieur des neurones et sont composés par des filaments hélicoidaux appariés de la protéine tau hyperphosphorylée. Les peptides A sont produits en tant que monomères solubles et subissent l'oligomérisation et la formation de fibrilles amyloides par un processus qui n’a pas été complètement clarifié. Il est suggéré que les peptides Aß solubles jouent un rôle important dans la croissance neuronale, la survie et la modulation synaptique, tandis que les oligomères et fibrilles ont des propriétés toxiques. Une nouvelle stratégie thérapeutique vers la prévention ou le traitement de maladies associées à des structures -feuillet et, en particulier, AD, est représentée par la synthèse de mimes de -brins qui peuvent antagoniser la formation ou la reconnaissance de feuillet ß. En fait, dans la maladie d’Alzheimer, le processus d'agrégation des protéines implique une transition de la structure secondaire non ordonnée/α-hélice à une conformation riche en feuillet β, conduisant à la formation de feuillet croisés. Sur la base des quelques données publiées récemment sur des mimes d’épingles  et en particulier des structures macrocycliques de Nowick, comme inhibiteurs de l'agrégation des protéines, nous avons supposé qu’une pré-structuration des molécules peptidomimétiques pourrait augmenter leur affinité pour les peptides A et donc augmenter leur activité inhibitrice de l'agrégation. Notre conception vers un mime d’épingle stable, qui pourrait interagir et éventuellement agir en tant que ligand de feuillets β et inhibiteur de l'agrégation, implique l’assemblage d’une dicétopipérazine bifonctionnelle en tant que scaffold , d’un brin peptidomimétique pour stabiliser la formation de feuillets β et enfin d’une séquence peptidique convenable pour la liaison à la protéine. Ces molécules ont montré une interaction avec le peptide Aβ1-42 ainsi qu’une modulation de la cinétique d’agrégation.


  • Résumé

    The formation of peptide and protein aggregates through the interaction of β-sheets has increasingly drawn attention since it occurs in many widespread human diseases, such as amyotrophic lateral sclerosis (ALS), Alzheimer’s disease (AD), Parkinson's disease (PD), prion diseases, and Huntington's disease (HD). Alzheimer’s disease is the most common form of dementia that causes memory loss in the elderly. In 2013, 35 million people were afflicted with AD worldwide, a number expected to double by 2050. Etiologically, the most common findings are abnormal protein deposits, including senile neuritic plaques (SNPs) and neurofibrillary tangles (NFTs). The extracellular accumulation of insoluble aggregates of β-amyloid protein (Aβ) leads to the formation of senile plaques, whereas NFTs occur intracellulary and are composed of paired helical filaments of hyperphosphorylated tau protein. Aβ peptides are produced as soluble monomers and undergo oligomerization and amyloid fibril formation via an unclear process. It is suggested that soluble A peptides play an important role in neuronal growth, survival, and synaptic modulation, while the oligomers and fibrils have toxic properties. Mimicking -strands to antagonize -sheet formation or recognition represent a new therapeutic strategy toward the prevention or treatment of diseases associated with -sheet structures such as AD. In this pathology, protein aggregation process involves a secondary structure transition from unordered/α-helix to a β-sheet rich conformation, leading to cross β-sheet structure formation. Based on the few recent published data on β-hairpin mimics, in particular on the macrocyclic structures of Nowick, as inhibitors of protein aggregation, we hypothesized that pre-structuring the peptidomimetic molecules might increase their affinity for Aβ peptides and thus increase their aggregation inhibitory activity. Our design towards a stable β-hairpin mimic (Figure 1), which could interact and eventually act as a β-sheet binder and aggregation inhibitor, involved assembling of a bifunctional diketopiperazine scaffold , a peptidomimetic strand to stabilize the formation of β-sheets and finally a suitable peptide sequence for binding to the aggregating protein. These molecules were shown to interact with the native Aβ1-42 peptide and modulate the kinetics of aggregation.


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