Azacyclopeptide synthesis and their neuroprotective activity against Aβ toxicity

Abstract

Le mauvais repliement et l’agrégation des protéines représentent une cause fondamentale des pathologies amyloïdes. Des dépôts de protéines sous la forme de fibrilles amyloïdes sont une composante caractéristique de plus de vingt maladies neurodégénératives incluant la maladie d’Alzheimer, la maladie de Parkinson et la maladie d’Huntington. Des nanotubes composés de peptides-α -D,L cycliques synthétiques peuvent mimer les propriétés structurelles et biochimiques des protéines amyloïdes. L’introduction de résidus aza-aminés dans des peptides α -D,L cycliques a été étudiée dans le but d’augmenter les interactions hydrogènes intermoléculaires entre les différents macrocycles superposés composant le nanotube. Les peptides aza-α-D,L cycliques devraient aussi posséder une meilleure capacité d’interaction avec les feuillets des oligomères amyloïdes. Le peptide d’intérêt CP-2 possède la séquence [l-J-w-H-s-K], où les lettres minuscules et majuscules font référence respectivement aux acides aminés D et L, les crochets indiquent une structure cyclique et la lettre « J » représente la norleucine. En exploitant la capacité des semicarbazides d’accroitre les ponts hydrogènes intermoléculaires, nous avons remplacés successivement chacun des acides aminés de la séquence CP-2 par un résidu aza-glycine, obtenant une librairie d’azapeptides cycliques. Ces peptides ont été testés pour leur propriété neuroprotectrice contre les amyloïdes en utilisant un essai de viabilité cellulaire (essai MTT). Le peptide où la D-serine a été remplacée par une aza-glycine, CP-2 (4), s’est avéré plus efficace que CP-2. Il s’agit du premier exemple d’introduction d’un résidu aza-aminé dans un peptide α-D,L cyclique, et ces résultats pourraient être extrapolés à d’autres peptides α-D,L cycliques d’intérêt thérapeutique.

Protein misfolding and aggregation are the fundamental causes of amyloid diseases. Deposits of proteins in the form of amyloid fibrils and plaques are the characteristic features of more than twenty degenerative conditions, including Alzheimer’s, Parkinson’s, and Huntington’s diseases. Synthetic cyclic D,L-α-peptide nanotubes can mimic the structural and biochemical properties of amyloid proteins. The introduction of aza-residues into cyclic D,L-α-peptides was studied to enhance intermolecular hydrogen bonding between stacked rings within the tube structures. The resulting cyclic aza-D,L-α-peptides were also expected to exhibit enhanced propensity to interact with the sheet structures of amyloid oligomers. The lead peptide CP-2 features the sequence [l-J-w-H-s-K] in which lower and upper-case letters indicate D- and L-amino acids, respectively, square brackets designate a cyclic structure, and J denotes norleucine. There are no reports for introduction of aza-residues into cyclic D,L-α-peptides. Considering the potential for semicarbazides to enhance intermolecular hydrogen bonding, we performed an aza-glycine scan of the CP-2 sequence by preparing a focused library of azapeptides. All the cyclic aza-glycine peptides were tested for neuroprotective activity against amyloid using cell viability assay (MTT assay). The aza-glycine replacing D-serine i.e., [azaG2]-CP-2 (4) was found to be more potent than CP-2. This is the first example of introducing an aza-amino residue into a cyclic D, L-α-peptide, and these results could be extrapolated to other cyclic D, L-α-peptides of therapeutic interest.