Oligopeptides cycliques

Les oligopeptides cycliques présentés ici sont formés de 4, 6, 8, 10 ou 12 aminoacides. Une alternance de chiralité D et L des aminoacides permet d’orienter les liaisons hydrogène perpendiculairement au plan du cycle alternativement vers le haut et vers le bas. En conséquence, un réseau de liaisons hydrogène intermoléculaires se forme menant à une structuration en nanotubes. Il a été montré que les cycles menant aux nanotubes les plus stables sont obtenus avec 8 peptides.²⁸ Les cycles couramment formés sont constitués de 4 acides aminés identiques tels que l’alanine ou la leucine, substitués respectivement par des groupements méthyle ou isobutyle alternés avec

E A A' E' E' E' E' E A A' A' A' A A I I I' I' I' I' f

quatre autres acides aminés présen polymères par exemple (

Figure 9 : Représentation schématique a) d'un oligopeptide cyclique à 8 peptides b) d'oligopeptides auto-associ

L’avantage de la géométrie cyclique des peptides est qu’aucu dans la formation des tubes. En effet

unité entre 2 feuillets auto

liaisons pouvant se former, tandis que le moindre défaut d

peptidiques mène à une chute drastique du nombre de liaisons hydrogènes formées. L'auto-association est donc extrêmement coopérative et aucun branchement n'est possible.

Les oligopeptides cycliques sont synthétisés en une succ

d’abord un octapeptide linéaire est obtenu par une technique de synthèse peptidique supportée en phase solide.

fluorenylmethyloxycarbonyl En fin de réaction l’oligo déprotection des extrémités d

favoriser la cyclisation. Les peptides cycliques précipitent en s’organisant sous forme de nanotubes. Ainsi, la purification est simplifiée et seule une recristallisation est nécessaire.

quatre autres acides aminés présentant des fonctions qui peuvent être substituées par des (Figure 9).

: Représentation schématique a) d'un oligopeptide cyclique à 8 peptides b) associés en arrangement anti-parallèle. Figure adaptée de la ref

L’avantage de la géométrie cyclique des peptides est qu’aucun défaut n’est permis dans la formation des tubes. En effet, si les peptides étaient linéaires, un décalage d’une unité entre 2 feuillets auto-associés mènerait à une petite diminution du nombre de liaisons pouvant se former, tandis que le moindre défaut dans l’organisation des cycles peptidiques mène à une chute drastique du nombre de liaisons hydrogènes formées. association est donc extrêmement coopérative et aucun branchement n'est

Les oligopeptides cycliques sont synthétisés en une succession d’étapes.

d’abord un octapeptide linéaire est obtenu par une technique de synthèse peptidique supportée en phase solide. Les aminoacides protégés par un groupement

luorenylmethyloxycarbonyl (FMOC) sont attachés de manière séquentielle (

’oligopeptide linéaire est détaché du support solide puis purifié. La déprotection des extrémités de l’oligopeptide est réalisée en solution diluée afin d favoriser la cyclisation. Les peptides cycliques précipitent en s’organisant sous forme de

la purification est simplifiée et seule une recristallisation est a)

tant des fonctions qui peuvent être substituées par des

: Représentation schématique a) d'un oligopeptide cyclique à 8 peptides b) parallèle. Figure adaptée de la ref²⁹.

n défaut n’est permis si les peptides étaient linéaires, un décalage d’une associés mènerait à une petite diminution du nombre de ans l’organisation des cycles peptidiques mène à une chute drastique du nombre de liaisons hydrogènes formées. association est donc extrêmement coopérative et aucun branchement n'est

ession d’étapes.^{28, 30-31} Tout d’abord un octapeptide linéaire est obtenu par une technique de synthèse peptidique es aminoacides protégés par un groupement MOC) sont attachés de manière séquentielle (Figure 10). peptide linéaire est détaché du support solide puis purifié. La peptide est réalisée en solution diluée afin de favoriser la cyclisation. Les peptides cycliques précipitent en s’organisant sous forme de la purification est simplifiée et seule une recristallisation est

Figure 10 : Synthèse d'un oligopeptide. Figure adaptée de ref ²⁹

Plusieurs méthodes de synthèse ont été développées pour obtenir des nanocylindres décorés par des bras polymères.

Le groupe de Biesalski^{30, 32} a utilisé la technique de "grafting from" en faisant croitre les polymères à partir des nanotubes auto-assemblés possédant des groupements amorceurs de polymérisation par transfert d'atome (ATRP). Trois amorceurs d’ATRP ont été intégrés sur le cycle peptidique. Ensuite, une polymérisation par ATRP de poly(N-isopropyl acrylamide) (PNIPAM) a été réalisée. La polymérisation est contrôlée. L’auto-assemblage reste possible même si le système auto-associatif est substitué par des bras polymères. Cependant, lorsque la taille des bras polymères devient trop grande, une diminution de la longueur des tubes formés de 100-500 nm à 60-100 nm a été observée ; certainement à cause de l’encombrement stérique dû aux chaînes latérales³². Il est possible de pallier cette diminution de la longueur des tubes en utilisant un monomère difonctionnel : l’éthylène glycol diméthacrylate.³³ Une réticulation de la couronne est ainsi obtenue qui renforce les nanotubes et permet d’éviter leur destruction par la répulsion stérique quelle que soit l’épaisseur de la couronne polymère. La dynamique des nanotubes formés est alors toutefois perdue.

Au contraire, les groupes de Börner et de Perrier utilisent la technique du "grafting through" en accrochant les polymères déjà synthétisés sur les oligopeptides cycliques non associés par des réactions de "click chemistry" puis en laissant les oligopeptides décorés de bras polymères s’associer en solution. Le groupe de Börner²⁹ a ainsi connecté deux bras poly(acrylate de n-butyle) (PnBA) sur des oligopeptides cycliques dissociés (Figure 11) et montré que les oligopeptides fonctionnalisés s’auto-assemblent en solution sous forme de nanotubes.

Figure 11 : Synthèse d'un oligopeptide décoré de bras poly(n-butylacrylate). Figure adaptée de ref ²⁹.

Toujours en utilisant une stratégie de chimie « click » pour accrocher les bras polymères sur les oligopeptides non associés, le groupe de Perrier a mis en évidence la limitation du nombre de bras polymères qu'il est possible d'accrocher. Ainsi, des bras polymères de poly(acrylate de 2-hydroxyéthyle) (PHEA) ont pu être accrochés sur des oligopeptides cycliques non assemblés possédant 4 sites de fonctionnalisation potentiels par cycle. La réaction n’a pas été totale car la gêne stérique des premiers bras connectés empêchait l’accès des bras PHEA sur les derniers sites libres : il a été montré qu’un maximum de 3 bras peut être accroché à un cycle par cette méthode.³⁴ Plus les bras polymères étaient longs, plus le taux de greffage était faible.³¹ En solvant compétiteur de liaisons hydrogènes, la couronne polymère permet de faire un bouclier protecteur autour des cycles. Ainsi en augmentant la taille des polymères fonctionnalisant le tube, il a été possible d’augmenter dans une certaine mesure la taille des tubes car les liaisons hydrogènes étaient mieux protégées.³⁵ Ceci a permis de former des tubes en solution dans l’eau en les fonctionnalisant par un polymère hydrosoluble, l'acide polyacrylique

(PAA). En jouant sur le pH et donc la répulsion ionique de la couronne de PAA il a été possible de diminuer la taille des tubes formés dans l’eau avec l’augmentation du pH.³⁴

Cette même stratégie d’accroche des bras par chimie « click » sur les oligopeptides non associés a été adaptée par le groupe de Sébastien Perrier pour obtenir un oligopeptide cyclique décoré par deux bras polymères de natures chimiques différentes. L’idée a d’abord été de synthétiser un cycle peptidique composé de huit aminoacides dont deux ont été modifiés afin qu'ils présentent un groupement azoture pour l'un et un groupement alcène en bout de chaine pour l'autre.³⁶ Par deux réactions différentes et consécutives de chimie "click" il a été possible d'accrocher deux polymères différents sur les cycles peptidiques. Ainsi, par une réaction de cycloaddition alcyne-azoture catalysée par le cuivre(I), un polymère A fonctionnalisé par un alcyne³⁷ a pu être attaché d'un coté du cycle tandis que par une réaction photochimique thiol-ène, un autre polymère B fonctionnalisé par un groupement thiol a pu être attaché de l'autre coté du cycle (Figure 12).

Figure 12 : Synthèse d'un oligopeptide cyclique non-symétrique substitué par un bras poly(acrylate de n-butyle) d'un coté et par du polystyrène de l'autre.³⁶

Dans ce dernier cas, les auteurs ont pu mettre en évidence que non seulement les oligopeptides s’auto-organisaient en solution sous forme de nanotubes comme dans le cas d’oligocyclopeptides décorés de bras polymères identiques, mais qu’en plus des bras polymères suffisamment incompatibles, PnBA et PS, pouvaient conduire à la formation de nanotubes de Janus. Pour mettre en évidence les propriétés de Janus d’un cylindre décoré de bras PnBA et PS incompatibles, les auteurs l’ont comparé à un autre cylindre « témoin » décoré de bras compatibles poly(acrylate de cyclohexyle) (PCHA) et PS. Pour le système témoin, il a été montré que l'incompatibilité calculée entre PCHA et PS est faible ((χ*N < 2). L'étude en DSC de ce système montre une seule température de transition vitreuse intermédiaire entre les températures de transition vitreuse des deux

polymères, confirmant que le PCHA et le PS se mélangent en masse. En conséquence, une corrélation ¹H-¹H entre les deux polymères PCHA et PS a été mise en évidence en solution par une étude RMN 2D ¹H-¹H NOESY ; ce qui confirme qu'une couronne mixte s'est formée. Au contraire, l’incompatibilité est forte entre les bras PnBA et les bras PS (χ*N >2). Ceci se traduit par deux températures de transition vitreuse distinctes en masse et l'absence de corrélation en RMN 2D ¹H-¹H NOESY en solution, prouvant l’obtention de nanotubes de Janus dans ce dernier cas. L'intérêt des nanotubes de Janus PS/PnBA dans la formation de macropores dans des bicouches de phospholipides par ségrégation de phase a été mis en évidence sur de grandes vésicules unilamellaires.