Peptides-beta/gamma mixtes : nouveaux édifices foldamères pour mimer l'hélice-alpha

par Claire Grison

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de David Aitken.

Le président du jury était Denis Merlet.

Le jury était composé de David Aitken, Denis Merlet, Andrew J. Wilson, Jonathan Clayden, Jean Martinez, Sylvie Robin.

Les rapporteurs étaient Andrew J. Wilson, Jonathan Clayden.


  • Résumé

    Cette thèse est consacrée à la synthèse et à l'étude structurale de peptides-beta/gamma, contenant en alternance des acides aminés-beta et -gamma, conçus pour mimer l'hélice-alpha (ou hélice-13), structure secondaire des protéines. Nous avons ainsi élaboré une stratégie de design « bottom-up » pour des peptides-beta/gamma devant se replier sous forme d'hélice-13. Ces peptides comportent un acide aminé-beta, le (1S,2S)-trans-2-aminocyclobutanecarboxylique, qui joue un rôle clé de brique constitutive en apportant des contraintes conformationnelles. Dans un premier temps, la synthèse énantiomériquement pure du trans-ACBC basée sur une étape clé de photocycloaddition [2+2] a été optimisée. Il a alors été possible de synthétiser des peptides-beta/gamma incorporant en alternance le trans-ACBC et le GABA, qui est un acide aminé-gamma dépourvu de toute contrainte. Des études expérimentales et théoriques fines de ces peptides-beta/gamma ont révélé une structuration inédite sous forme de rubban-9/8, en solution. Il a été démontré que ces nouveaux foldamères adoptent une forme plus ou moins courbe gouvernée par un code combinant configuration et conformation des acides aminés constitutifs de ces peptides. Dans un deuxième temps, des contraintes sur l'acide aminé-gamma ont été introduites par la préparation de peptides-beta/gamma alternant le trans-ACBC et des acides aminés-gamma4. Des études expérimentales et théoriques de ces peptides-beta/gamma en solution ont révélé une préférence conformationnelle sous forme d'hélice-13. La stabilité de cette structure hélicoïdale augmente avec la longueur de la chaîne peptidique. Ces hélices-13 sont en effet fortement stabilisées à partir de 5 liaisons hydrogènes inter-résidus. Enfin, des peptides-alpha/beta/gamma capables de mimer l'hélice-alpha du peptide p53(15-31) ont été conçus et synthétisés, afin de vérifier expérimentalement leur hélicité prédite par modélisation moléculaire. Une fois leur résistance à la dégradation protéolytique démontrée, ces peptides-alpha/beta/gamma ont été testés comme inhibiteur de l'interaction p53/hDM2. Un candidat a particulièrement été capable d'inhiber cette interaction en se liant au site naturel de fixation avec la protéine hDM2. Ce résultat illustre la réussite de notre stratégie de construction de mimes de l'hélice-alpha.

  • Titre traduit

    Beta/gamma-Peptide manifolds designed as alpha-helix mimetics


  • Résumé

    This thesis is devoted to the synthesis and the structural characterisation of beta/gamma-peptides, constructed from beta- and gamma-amino acids in alternation, designed to mimic the alpha-helix secondary structure which is present in many native proteins. The alpha-helix can be defined as a 13-helix and a bottom-up foldamer design strategy to target a 13-helical structure was examined, whereby beta/gamma-peptides were proposed in which (1S,2S)-trans-2-aminocyclobutanecarboxylic acid (trans-ACBC) was incorporated as a conformationally-restricted beta-amino acid component. The scalable synthesis of enantiomerically pure trans-ACBC using a [2+2] photocycloaddition strategy was successfully optimized. beta/gamma-Peptides incorporating trans-ACBC and GABA, the latter being the gamma-amino acid component devoid of any constraint, were then synthesised. Experimental and theoretical investigations of their solution-state folding behaviour revealed an unprecedented 9/8-ribbon foldamer structure that adopts curved shapes governed by a combined configuration-conformation code. Additional constraints on the gamma-amino acid component were then considered and beta/gamma-peptides incorporating trans-ACBC and gamma4-amino acids were synthesised. Experimental and theoretical investigations of these beta/gamma-peptides in solution unveiled a preference for 13-helix folding behaviour, which increased commensurately with the peptide chain length; robust 13-helices were stabilised by a minimum of five intramolecular hydrogen bonds. In the last part of this thesis, molecular modelling was used to design helical alpha/beta/gamma-peptides intended to reproduce as closely as possible the hot-spot residues of the known alpha-helical peptide sequence p53(15-31). These peptides were synthesised and their predicted helical folding was verified experimentally along with their resistance to proteolytic enzymes. The alpha/beta/gamma-peptides were tested as inhibitors of the p53/hDM2 interaction. One peptide was found to behave as potent inhibitor and to bind to the native peptide binding pocket of the hDM2 protein, providing a successful proof of concept of the alpha-helix mimetic design strategy.


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