Synthesis of constrained tricyclic nucleosides and the core of nagilactone B

Abstract

Cette thèse décrit deux thèmes principaux: 1) la conception, la synthèse, et l'évaluation biophysique des nucléosides tricycliques, et 2) la synthèse de nagilactone B, un produit naturel norditerpenoïde dilactone de la famille de produits naturels “podolactone”.

Le premier chapitre décrit la stratégie de design rationnel des nucléosides nommé “restriction conformationnelle double” basée sur les études de modélisation structurales des duplex ADN–ARN modifiés. Cette stratégie implique un blocage du cycle furanose dans une configuration de type N- ou S, et une restriction de la rotation torsionelle autour de l’angle γ. La première contrainte a été incorporée avec un pont méthylène entre l’oxygène en position 2′ et le carbone 4′ du nucléoside. Cette stratégie a été inspirée par les acides nucléiques bloqués (ou “locked nucleic acid”, LNA). La deuxième contrainte a été réalisée en ajoutant un carbocycle supplémentaire dans l'échafaud de l’acide nucléique bloqué. Les défis synthétiques de la formation des nucléotides modifiés à partir des carbohydrates sont décrits ainsi que les améliorations aux stabilités thermiques qu’ils apportent aux duplex oligonucléïques dont ils font partie.

Chapitres deux et trois décrivent le développement de deux voies synthétiques complémentaires pour la formation du noyau de nagilactone B. Ce produit naturel a des implications pour le syndrome de Hutchinson–Gilford, à cause de son habilité de jouer le rôle de modulateur de l’épissage d’ARN pré-messager de lamine A. Ce produit naturel contient sept stereocentres différents, dont deux quaternaires et deux comprenant un syn-1,2-diol, ainsi que des lactones à cinq ou six membres, où le cycle à six ressemble à un groupement α-pyrone. La synthèse a débuté avec la cétone de Wieland-Miescher qui a permis d’adresser les défis structurels ainsi qu’explorer les fonctionnalisations des cycles A, B et D du noyau de nagilactone B.

The present thesis comprises two major themes: 1) the design, synthesis, and biophysical evaluation of conformationally restricted tricyclic nucleosides for antisense applications, and 2) strategic approaches for synthesizing the core of nagilactone B, a norditerpenoid dilactone from the podolactone family of natural products.

Guided by structural studies of modified DNA–RNA duplexes, Chapter One focuses on a proposed dual-conformational-restriction strategy, in which two modes of conformational restriction are incorporated into a single nucleotide modification: 1) locking the furanose ring in an N- or S-type configuration and 2) restricting rotation around backbone torsion angle γ. The first constraint was incorporated by way of a 2′,4′-anhydro bridge that is found in the scaffold of locked nucleic acid (LNA), while the second was realized by annealing an additional carbocyclic ring to the modified nucleoside. The synthetic challenges associated with preparing these highly constrained molecules from carbohydrate-derived starting materials are described, in addition to the corresponding improvements in duplex thermal stability they provide to oligonucleotide sequences containing them.

Chapters Two and Three describe complementary approaches for the synthesis of the core of nagilactone B, a natural product with implications for Hutchinson–Gilford progeria syndrome, as a consequence of its ability to act as a modulator of splicing events leading to lamin A. This natural product contains seven stereogenic centers overall, including a syn-1,2-diol moiety, a γ-lactone, and a pair of quaternary stereocenters, which are complemented by the presence of an α-pyrone moiety. To address the synthesis of these structural features, the utility of the Wieland–Miescher ketone was explored with an emphasis on synthesizing rings A, B, and D of the core of nagilactone B.