Prolino-homo-tryptophanes

Les prolino-homo-tryptophanes sont des outils qui combinent à la fois la contrainte con-formationnelle de la proline, grâce à son cycle pyrrolidine central, avec la chaine latérale de l’acide aminé tryptophane, représentée par la fonction indole (schéma 35).

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II.1. La proline comme matrice conformationnelle

Parmi les 20 acides aminés naturels protéinogènes le résidu proline est particulier de par son amine secondaire qui, lorsqu’elle est impliquée dans une liaison amide au sein d’une struc-ture protéique, prévient la formation de liaisons hydrogène. Malgré cette incapacité à agir comme donneur de liaisons hydrogène, les résidus prolines sont capables de stabiliser diverses structures secondaires peptidiques telles que les coudes β ou les hélices polyprolines (PPI, PPII). En ce qui concerne l’espace conformationnel autour de ces résidus leur cycle pyrrolidine induit une contrainte conformationnelle qui restreint la flexibilité des angles dièdres φ, ψ et χ du squelette peptidique.115 En conséquence, ils prendront des valeurs distinctes qui sont spéci-fiques au résidu proline. D’après le diagramme de Ramachandran, l’angle de torsion ψ est com-pris entre deux valeurs limites, de – 30° à + 120°, alors que l’angle de torsion φ est restreint autour de - 60° ce qui limite l’espace conformationnel du squelette peptidique. La valeur de l’angle 1 varie puisque le cycle pyrrolidine peut adopter deux conformations : C-endo (1 ~ + 30°) et C-exo (1 ~ -30°) (schéma 36).116

Schéma 36 : A) Angles de torsion des acides aminés B) Conformation du cycle pyrrolidine

Le résidu proline présente au niveau de la liaison amide un équilibre conformationnel corres-pondant à une isomérie cis/trans (schéma 37).117 Ce phénomène est dû à la pseudo double liaison formée par la délocalisation du doublet non liant de l’azote au niveau de la liaison amide. Pour des raisons énergétiques, chez l’ensemble des acides aminés la conformation de la liaison

115 Mothes, C. et al. Molecules 2013, 18, 2307-2327

116 Thèse Dr. Jean Quencard Etude de la conformation bioactive de la substance P 117 Kang, Y. K., Choi, H. Y. Biophysical Chemistry 2004, 111, 135-142

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78 amide est très majoritairement trans. Mais dans le cas particulier de la proline, la différence énergétique entre les deux conformations cis et trans est plus faible ce qui rend la conformation

cis plus accessible.118

Schéma 37 : Isomérie cis/trans

Ces propriétés conformationnelles uniques du résidu proline ont suscités un grand intérêt me-nant au développement de nombreux analogues qui s’avèrent utiles notamment dans les études SAR, le design de peptides bioactifs ou encore pour mimer des structures secondaires. Par ail-leurs, le résidu proline est une matrice pouvant être facilement fonctionnalisée en positions 2, 3, 4 ou 5 du cycle pyrrolidine (schéma 36). La synthèse ainsi que les applications biologiques

des prolines substituées en position 3 font l’objet d’une attention particulière.

Les prolino-homo-tryptophanes sont un exemple de 3-Prolino amino acides (ou 3-ProAA) dans lesquels la proline est substituée en position 3 par l’indole du tryptophane. De la même manière que pour le résidu proline, l’angle de torsion φ est restreint autour de - 60° chez les 3-ProAA ce qui limite là aussi l’espace conformationnel du squelette peptidique. Ainsi, pour chaque dias-téréoisomère observe-t-on deux conformations endo et exo, où les valeurs de l’angle de torsion χ1 sont différentes par rapport à celles de la proline nue. Dans les cis 3-ProAA la conformation du cycle C-endo correspond à une valeur de 1 autour de + 150 ° (assimilable au rotamère

trans) et la conformation C-exo correspond à une valeur de 1 autour de + 90° (assimilable au rotamère gauche-). Au contraire, les conformations du cycle C-endo et C-exo des trans-ProAA sont respectivement associées aux rotamères gauche+ (1 = – 90°) et trans (1 = – 150°). Le rotamère gauche+ de la chaîne latérale est donc exclu dans les cis-3-ProAA tandis que le rotamère gauche- est exclu dans les trans-3-ProAA (schéma 38).

118Karoyan, P. et al. Targets in Heterocyclic Systems-Chemistry and Properties; Attanasi, O.A.; Spinelli, D. Eds. Royal Society of Chemistry: Cambridge, UK, 2004, 8, 216–273

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Schéma 38 : Conformation endo/exo pour chaque diastéréoisomère cis ou trans

Pour conclure, les prolines pourraient apparaître comme des matrices pertinentes pour le dessin de nouveaux outils thérapeutiques. En effet, les 3-Prolino amino acides permettent à la fois de rigidifier en insérant une contrainte conformationnelle grâce à leur cycle pyrrolidine ; mais également d’introduire de la pharmacomodulation par l’ajout de divers groupements fonc-tionnels. C’est pourquoi la proline a été choisie comme matrice pour le design des analogues contraints du RG108.

II.2. Caractéristiques des prolino-homo-tryptophanes

L’étude SAR du RG108 entreprise au LBM a montré que les composés contraints étaient parmi les plus prometteurs. A la suite des résultats biologiques, c’est la modélisation molécu-laire qui a permis de comprendre en quoi ces molécules pouvaient être plus actives. Cette der-nière a mis en évidence que la contrainte conformationnelle induite par le cycle pyrrolidine de la proline entraîne une rigidification du système qui permet aux composés 16 et 17 d’occuper

l’ensemble des poches de la DNMT1. Ce qui signifie que ces inhibiteurs sont capables de blo-quer à la fois le site du cofacteur SAM, comme le RG108, et le site du substrat ADN. Ainsi le cycle pyrrolidine de la proline joue-t-il le rôle de répartiteur de pharmacophore et projette d’un côté la fonction indole dans la poche du SAM (adénine) et, de l’autre, oriente les groupements nahthoyl (pour 16) ou benzoyl (pour 17) vers la poche du substrat ADN (cytosine). Quant au

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80 cycle pyrrolidine il se positionne de manière centrale au niveau du ribose du SAM (schéma 39).

Schéma 39 : Interactions de la molécule 17 (rose) avec la poche du SAM (bleu) et de l’ADN (orange)

De ce fait, ces composés établissent des interactions moléculaires plus favorables avec l’en-zyme que le RG108, ce qui pourrait expliquer qu’ils aient une meilleure affinité pour cette dernière. De plus, même si le gain reste modeste, leur structure leur confère un mode d’action caractéristique menant à l’amélioration de l’IC50 et de la cytotoxicité par rapport au composé de référence.

En conclusion, les analogues contraints de type prolino-homo-tryptophanes présentent une amélioration de l’activité et de la sélectivité pour la DNMT1 par rapport au RG108. La modélisation moléculaire a permis d’établir leur positionnement dans l’enzyme, de mettre en évidence les interactions moléculaires enzyme-substrat, et ainsi d’expliquer leurs activités grâce à la compréhension de leur mode d’action. C’est la raison pour laquelle la modélisation moléculaire semble être un outil judicieux dans la conception et le développement de nouveaux composés thérapeutiques.

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