Design, synthesis, pericyclic chemistry and biomedical applications of azopeptides

Abstract

Les azapeptides sont des peptidomimétiques dans lesquels le carbone alpha d'un ou plusieurs acides aminés a été remplacé par un atome d'azote. L'objectif principal de cette étude doctorale a été de développer une nouvelle méthodologie de synthèse d'azapeptides, par l’utilisation d'azopeptides, qui sont des analogues azodicarbonylés possédant une fonction imino-urée. L'oxydation des résidus d'aza-glycine s'est avérée efficace pour l’obtention d’azopeptides, qui ont ensuite été utilisés pour effectuer des réaction péricycliques et examinés par cristallographie aux rayons X. Les réactions de Diels-Alder et d'Alder-ene sur les azopeptides ont respectivement permis d'accéder aux résidus azapipécolyle et aza-allylglycinyle contraints. L'analyse aux rayons X d'un azopeptide à l'état solide a fourni un aperçu de la configuration de l'imino-urée (Chapitre 2). En employant les produits, issues de la chimie des azopeptides, comme analogues contraints de la valine, des mimes de la séquence Ala-Val-Pro-Ile de la seconde protéine activatrice de caspases des mitochondries (Smac) ont été synthétisés et leur capacité à induire l'apoptose dans les cellules mammaires cancéreuses a été démontré (Chapitre 3). Dans le but de poursuivre le développement des méthodes pour synthétiser des azopeptides une approche en phase solide a été conçue sur résine Rink Amide et pourrais être utiliser pour générer des chimiothèques de composés en utilisant la chimie combinatoire. Cette étude a été ciblée sur la synthèse d'analogues azapeptides des opioïdes morphiceptine et endomorphine ainsi que le peptide de libération de l'hormone de croissance (GHRP-6, HHis- D-Trp-Ala-Trp-D-Phe-Lys-NH2) se liant aux récepteur du cluster de différenciation 36 (CD36). Les premiers peptides ont été examinés en raison de leur importance en tant qu'agonistes sélectifs des sous-types de récepteurs opioïdes ayant le potentiel de développer de nouveaux analgésiques. Le dernier exemple d’analogue avait pour but de poursuivre le développement de modulateurs sélectifs de CD36 ayant un potentiel thérapeutique pour le traitement de maladies comprenant une inflammation entraînée par les macrophages, y compris la dégénérescence maculaire liée à l'âge et l'athérosclérose. Douze aza-opioïdes ont été synthétisés en remplaçant la proline à la position deux des ligands peptidiques respectifs par différents résidus d'aza-pipécolate. De même, cinq analogues d'aza-pipécolyle GHRP6 ii ont été synthétisés en utilisant la méthode en phase solide pour remplacer respectivement les résidus Ala3 et Trp4 (chapitre 4). Les aza-opioïdes ont été examiné comme inhibiteur des contractions induites électriquement sur l'iléon de cobaye et du canal déférent de souris, et les analogues aza-GHRP-6 pour leurs capacités à diminuer la surproduction d'oxyde nitrique induite par CD36 après traitement avec l’agoniste lipopeptide fibroblastes des récepteurs, tous deux ont démontré l'utilité de la méthodologie de l'aza-pipécolate pour étudier l'influence de la conformation sur l'activité et la sélectivité des peptides. Les nouvelles méthodologies de synthèse des azopeptides en solution et sur support solide décrites dans cette thèse sont conçues pour permettre leur utilisation dans des études de relations structure-activité avec différents peptides biologiquement actifs. A cet égard, des azopeptides ont été utilisés dans ces recherches pour fabriquer des ligands des facteurs inhibiteurs du mélanocyte-1 (MIF-1), Smac, opioïde et du récepteur CD36. Considérant l'efficacité des méthodes de synthèse et les applications potentielles des azopeptides, les résultats de cette thèse offrent un fort potentiel pour l'avancement de la science des peptides dans le contexte de la chimie médicinale et de la biologie chimique.

The azapeptides are peptide mimics in which the alpha carbon of one or more amino acids has been replaced with a nitrogen atom. The primary goal of this doctorate study was to develop a new method for the synthesis of azapeptides by the application of azopeptides, which are azodicarbonyl analogs that possess an imino urea component. Oxidation of aza-glycine residues proved effective for making azopeptides, which were employed in pericyclic chemistry and examined by X-ray crystallography. Diels−Alder cyclization and Alder−ene reactions on azopeptides enabled respectively access to constrained aza-pipecolyl and azaallylglycinyl residues. X-ray analysis of an azopeptide in the solid state provided insight into imino urea configuration (Chapter 2). Employing the products from azopeptide chemistry as constrained valine analogs, mimics of the Ala-Val-Pro-Ile sequence from the second mitochondria derived activator of caspases (Smac) protein were synthesized and demonstrated ability to induce apoptosis in breast cancer cells (Chapter 3). Following the development of a method to synthesize azopeptides in solution, a solidphase approach was conceived to prepare azopeptides on Rink amide resin and may be amenable to combinatorial chemistry for library generation. This study was targeted on the synthesis of aza-analogs of the opioid peptides morphiceptin and endomorphins as well as the Cluster of Differentiation 36 receptor (CD36) ligand Growth Hormone Releasing Peptide-6 (GHRP-6, His-D-Trp-Ala-Trp-D-Phe-Lys-NH2). The former were examined due to their importance as opioid receptor subtype selective agonists with potential for developing novel analgesics. The latter was targeted in pursuit of selective CD36 modulators with therapeutic potential for treating diseases featuring macrophage-driven inflammation including age-related macular degeneration and atherosclerosis. Twelve aza-opioids were synthesized by replacing proline at the two position of the respective peptide ligands with different aza-pipecolate residues. Similarly, five aza-pipecolyl GHRP-6 analogs were synthesized using the solid-phase method to replace respectively the Ala3 and Trp4 residues (Chapter 4). Examination of the aza-opioids for inhibitory potency on electrically induced contractions of the guinea pig ileum and mouse vas deferens, and the aza-GHRP-6 analogs for capacity to diminish CD36-mediated overproduction of nitric oxide in macrophage cells iv after treatment with the Toll-like receptor-2-agonist fibroblast-stimulating lipopeptide, both demonstrated the utility of the aza-pipecolate methodology for studying the influence of conformation on peptide activity and selectivity. The novel methods for the synthesis of azopeptides in solution and on solid support described in this thesis are designed to enable their use in studies of structure-activity relationships with different biologically active peptides. In this respect, azopeptides have been applied in this research to make ligands of the melanocyte-inhibiting factor-1 (MIF-1), Smac, opioid and CD36 receptors. Considering the effectiveness of the synthetic methods and the potential applications of azopeptides, the findings of this thesis offer strong potential for the advancement of peptide science in the context of medicinal chemistry and chemical biology.