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NNT: 2016 SACLS 585

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ECOLE DOCTORALE N° 569

Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué Spécialité de doctorat : Chimie thérapeutique

Par

Yaochun XU

Peptidomimétiques Fluorés: synthèse, études conformationnelles et évaluation comme modulateurs de l'agrégation de protéines amyloïdes

Thèse présentée et soutenue à Châtenay-Malabry, le 12 Décembre 2016:

Composition du Jury :

M. Philippe Karoyan Professeur, UPMC Université Paris 06 Président et Rapporteur M. Grégory Chaume Maître de Conférences HDR, Université de Cergy-Pontoise Rapporteur Mme Valérie Alezra Maître de Conférences HDR, Université Paris-Sud 11 Examinateur Mme Ongeri, Sandrine Professeur, Université Paris-sud 11 Directrice de thèse

Peptidomimétiques Fluorés: synthèse, études 

conformationnelles et évaluation comme modulateurs  de l'agrégation de protéines amyloïdes 

 Mots clés: fluor, peptidomimétique, thréonine trifluorométhylée, modélisation  moléculaire, RMN, études conformationnelles, peptide Aβ1‐42, IAPP, 1,2,3‐

triazole trifluorométhylé, foldamère 

Résumé: La maladie d'Alzheimer représente un défi mondial pour la société. 

Il n'y a pas à ce jour de traitement efficace pour traiter ou ralentir les  symptômes de la maladie d'Alzheimer. Cette maladie est caractérisée par  une  perte  de  synapses,  une  augmentation  du  nombre  de  plaques  extracellulaires  d'Aβ  et  une  augmentation  de  Tau  hyperphosphorylée  agrégée  intracellulaire  (neurodégénérescence  fibrillaire).  Il  est  communément admis que la maladie d'Alzheimer est principalement liée à  l’oligomérisation et à la fibrillation de peptides amyloïdes  β, et que les  oligomères Aβ solubles et les fibres sont des espèces neurotoxiques. Une  stratégie  pour  réduire  la  présence  de  ces  espèces  toxiques  de  Aβ  est  l'utilisation de peptides ou de peptidomimétiques pour inhiber l'agrégation  de  Aβ,  soit  par  interaction  avec  les  oligomères  d'Aβ  pour  empêcher  davantage  son  agrégation  en  fibres  ou  en  stabilisant  les  conformations  hélicoïdales  transitoires  de  Aβ  pour  empêcher  sa  transition  vers  des  structures en feuillets β.  

Dans  un  premier  temps,  sur  la  base  des  résultats  encourageants  de  glycopeptides  contenant  un élément polaire casseur de  feuillets  β  pour  moduler l'agrégation du peptide Aβ, et des propriétés uniques du groupe  trifluoromethylhydroxyle, nous avons  conçu  et synthétisé des mimes de  pentapeptides contenant la séquence (Boc) Ala‐Val‐X‐Val‐Leu‐OMe (X = Ser,  Thr,  (2S,  3R)‐CF3‐Thr et  (2S,  3S)‐CF3‐Thr),  pour  interagir  avec  le  site  de  nucléation du peptide Aβ dans sa forme monomérique ou oligomérique de  manière à perturber l'auto‐assemblage en oligomères toxiques. Des études  conformationnelles par RMN 2D et par modélisation moléculaire ont indiqué  que ces peptides adoptent des conformations étendues dans des solvants  polaires (eau  et  méthanol).  Nous  avons constaté  expérimentalement  et 

théoriquement que les pentapeptides contenant l’acide aminé non naturel  (2S, 3S)‐CF3‐thréonine sont plus étendus que les pentapeptides contenant  les acides aminés naturels L‐sérine et L‐thréonine. Nous avons également  observé que les pentapeptides (2S, 3S)‐CF₃‐Thr ont une propension à s’auto‐

associer  en  formant  des  brins  β  intermoléculaires.  La  capacité  de  ces  pentapeptides à inhiber la formation de fibres amyloïdes a été évaluée sur  les peptides Aβ 1‐42 et IAPP (impliqué dans le diabète de type II) par des  essais de fluorescence à la thioflavine T (ThT). Il a été constaté qu'aucun de  ces pentapeptides ont un effet d'inhibition de l'agrégation des peptides Aβ  1‐42  et  IAPP.  Au  contraire,  certains  composés  ont  montré  un  effet  d'accélération  de  l'agrégation  de  IAPP.  Accélérer  l'agrégation  est  moins  intuitif mais cette stratégie a plus récemment suscité un intérêt. Il pourrait  être intéressant d'étudier plus en détail l’intérêt de cette accélération de  l'agrégation de IAPP par des techniques complémentaires.  

Dans une deuxième partie de cette thèse, nous avons assemblé une unité  amino acide basée sur un motif CF₃‐1,4 disubstituted‐1,2,3‐triazole en homo‐

oligomères (trimères et tétramères) et en peptidomimétiques. Des études  conformationnelles de ces oligomères fluorés ont été menées par RMN 2D  et  par  des  simulations  de  modélisation  moléculaire.  Nos  études  préliminaires  de  modélisation  moléculaire  prévoient  des  structures  hélicoïdales avec des trimères et des tétramères d'acides aminés à base de 

ces  CF₃‐triazoles.  L'analyse  par  RMN  2D  du  tétramère  affiche  des 

corrélations NOE très intéressantes, ce qui indique une structure repliée. La  capacité  de  ces  oligomères  fluorés  à  moduler  la  formation  de  fibres  amyloïdes  des  peptides  Aβ  1‐42  et  IAPP  a  été  évaluée  par  test  de  fluorescence à la ThT. Nous avons constaté que le trimère est un faible  inhibiteur de l'agrégation de Aβ 1‐42, mais aussi un promoteur d'agrégation  de IAPP. Le tétramère a été trouvé capable de moduler l'agrégation de Aβ 1‐

42  et  de  IAPP,  mais  non  d'une  manière  classique  d'inhibition  ou  de  promotion. Nous avons ainsi démontré qu'une structure potentiellement  hélicoïdale  d’un  peptidomimétique  peut  être  utilisée  pour  moduler  l'agrégation de protéines amyloïdes.