En plus de l’immense diversité moléculaire atteignable, la grande accessibilité synthétique des peptöides a propulsé leur utilisation en chimie combinatoire pour la génération de
Cyclosporine A
chimiothèques. Parmi les différentes approches combinatoires, la méthode «one-bead- one-compound» (OBOC) a certainement été la plus exploitée avec les peptoïdes. Initialement mise au point par le groupe du Dr Lam, elle a été grandement utilisée pour concevoir et cribler des chimiothèques de peptides linéaires.106-108 L’approche OBOC est
certainement une des méthodes combinatoires les plus accessibles et les moins coûteuses.
La stratégie OBOC consiste à utiliser la méthode de synthèse combinatoire «split-&-
pool»106, 109, 110 sur un support solide pour générer une chimiothèque contenant des milliers
à des millions de composés différents et dans laquelle chaque bille porte une entité moléculaire unique, soit un composé par bille. Comme les molécules à cribler sont attachées et exposées sur les billes, le criblage s’effectue sur bille avec la protéine cible en solution. Par la suite, les billes positives sont isolées et traitées individuellement afin de déterminer l’identité du composé sur la bille. Des chimiothèques OBOC ont permis d’identifier des ligands pour une grande variété de cible protéique comme des récepteurs membranaires, facteurs de transcription, enzymes, et autres protéines.111-122 L’utilisation
de prototypes moléculaires peptidomimétiques à base de peptoides macrocycliques rigidifiées dans l’approche OBOC pourrait considérablement accélérer la découverte de ligands pour des protéines cibles et d’inhibiteurs d’IPP. Ces molécules bioactives pourraient être utilisées directement comme outils moléculaires dans des essais cellulaires et en chimie biologique ou comme composés tête-de-série dans le développement d’agents thérapeutiques novateurs.
Chapitre 2
2.1 Hypothèses de travail
L’essentiel du projet repose sur l’exploitation du potentiel des macrocycles pseudopeptidiques à servir de vecteur pour le développement d’inhibiteurs d’IPP efficaces. Nous croyons que l’utilisation des peptoïdes cycliques permet de répondre à des critères essentiels pour le développement d’inhibiteurs d’IPP dans un contexte de développement thérapeutique :
Mimer la diversité fonctionnelle des peptides;
Incorporation facile d’une énorme diversité moléculaire;
Adoption de structures conformationelles rigides pouvant mimer les structures secondaires protéiques;
Résistance à la dégradation enzymatique; Meilleure pénétration membranaire.
L’induction de conformations fixes pourrait améliorer grandement leur affinité face aux protéines et du même coup induire une meilleure perméabilité membranaire via des considérations thermodynamiques. La stratégie est de tirer profit de la combinaison entre la macrocyclisation et l’introduction de résidus rigides pour restreindre au maximum la liberté conformationelle et ainsi créer des peptoïdes cycliques aux motifs structuraux bien définis. En faisant varier le type de résidu rigide, leur quantité et leur position relative dans le cycle, nous espérons déterminer des conditions spécifiques de rigidification structurale. Ces structures stables pourront ensuite être corrélées avec leur perméabilité membranaire et leur capacité à mimer des structures secondaires de protéines afin d’optimiser leur interaction avec des cibles protéiques. Le ou les prototypes moléculaires qui sortiraient vainqueurs de cette étude possèderaient donc une potentielle affinité de liaison supérieure et sélective en plus d’une biodisponibilité améliorée permettant l’atteinte d’IPP intracellulaires. Enfin, ces prototypes moléculaires seraient adaptés à la réalité du « beyond rule of 5 », avec des IPP définies par des surfaces d’interaction de plus en plus larges. En effet, les IPP deviennent de plus en plus difficiles à cibler avec de petites molécules respectant les règles dictées par Lipinsky.
L’approche OBOC permet de générer rapidement sur support solide des millions de composés différents. De plus, plusieurs essais biologiques peuvent se dérouler directement sur les billes. Ainsi, l’adaptation de cette méthode pour la préparation de chimiothèques basées sur nos prototypes macrocycliques rigidifiés pourrait permettre
d’accélérer significativement la découverte de ligands pour des protéines cibles et le développement d’inhibiteurs efficaces pour une panoplie d’IPP pertinentes autant en chimie biologique et qu’en sciences biomédicales et pharmaceutiques. Avec une plus grande capacité à pénétrer dans les cellules, ces molécules bioactives issues du criblage pourraient être utilisées directement comme outils moléculaires dans des essais cellulaires en chimie biologique ou biologie cellulaire ou comme composés tête-de-série dans le développement d’agents thérapeutiques novateurs.
Figure 1. Approche proposée pour le développement d’un prototype macrocyclique rigide à
pénétration cellulaire améliorée qui sera récupéré en chimie combinatoire.
Introduction de différents éléments rigidifiants à diverses positions du modèle Sélection d’un modèle de peptoïde flexible
Sélection d’une conformation rigide avec pénétration cellulaire optimale
Exploitation des zones variables du prototype pour l’adaptation à la technique OBOC
2.2 Objectifs
L’objectif principal de ce projet de recherche était de développer un prototype moléculaire peptidomimétique à conformation rigide et optimisé pour la pénétration cellulaire. Ensuite, les zones variables de ce prototype seraient exploitées pour l’introduction aléatoire de fonctionnalités chimiques dans une approche de chimie combinatoire pour la découverte rapide de nouveaux inhibiteurs d’IPP biodisponibles.
Des objectifs spécifiques ont été dégagés afin de bien diagnostiquer l’avancement du projet de recherche :
1. Synthétiser une collection de macrocycles pseudopeptidiques possédant des caractéristiques structurales diverses;
2. Évaluer la pénétration cellulaire relative de chaque macrocycle et identifier un ou plusieurs candidats avec perméation améliorée;
3. Établir des liens entre la structure et la pénétration cellulaire via des analyses conformationelles;
4. Exploiter les structures macrocycliques démontrant la meilleure pénétration cellulaire pour la génération de chimiothèques à haute diversité moléculaire et le criblage à haut débit.
Chapitre 3
Nouvelle méthode de synthèse de peptoïdes
avec des submonomères arylsulfonamide N-
Avant-propos
Ma contribution à cet article a été d’abord de synthétiser et de caractériser les différents submonomères N,O-diprotégés. Par la suite, j’ai aussi optimisé les conditions réactionnelles de substitution nucléophile et de déprotection du groupement arylsulfonamide sur support solide. Une partie appréciable du travail a été accompli par Antoine Derson qui m’a beaucoup aidé durant son stage d’été. J’ai finalement participé à la rédaction de cet article en collaboration avec mon directeur de recherche, Éric Biron. Cet article fut publié dans le journal Tetrahedron Letters (Elsevier) le 8 janvier 2015.
Résumé
Les peptoïdes, ou oligomères de glycines N-substitutées, sont des composés peptidomimétiques aux propriétés pharmacologiques et structurales intéressantes. Avec leur synthèse efficace par l’approche submonomérique, leur utilisation en chimie combinatoire est maintenant courante. Afin d’augmenter la diversité moléculaire et l’utilisation de résidus fonctionnalisés au sein de chimiothèques, nous présentons l’utilisation de dérivés arylsulfonamide N-substitués comme approche submonomérique alternative et complémentaire. La synthèse de submonomères amino-alcools N,O- protégés ainsi que les conditions d’incorporation sur support solide sont décrites. Cette méthode est compatible avec l’approche submonomérique classique et permet d’introduire facilement diverses chaînes latérales hydroxylées au sein des oligomères peptoïdes.
Tetrahedron Letters 2015, 56, 382-385