Nouveau mimétisme du site actif des protéasses aspartiques : conception, synthèse et caractérisation du cyclo[IAA-Asp-IAA-Asp]

Abstract

De nouveaux catalyseurs peuvent être générés par la construction de peptides, incorporant des acides aminés naturels et conformationnellement restreints, dans l’objectif de mimer les aspects structuraux des sites actifs d’enzymes. Le travail présenté dans ce mémoire consiste en la synthèse et en la caractérisation d’un nouveau peptide cyclique, le cyclo[IAA-Asp-IAA-Asp] (1), dans lequel deux résidus d’acide aspartique sont situés entre deux résidus d’acide aminé indolizidinone (IAA). Ce peptide cyclique est conçu de façon à placer les groupes carboxyliques des résidus d’acide aspartique à proximité grâce aux restrictions de la chaîne peptidique causées par les IAA. Avec ces caractéristiques, le cyclo[IAA-Asp-IAA-Asp] (1) est proposé comme mimétique des protéases aspartiques.

Les protéases aspartiques constituent une classe d’enzymes qui ont pour fonction d’hydrolyser les liaisons amides des peptides et des protéines. Leur site actif contient deux résidus d’acide aspartique dont les chaînes latérales sont situées à proximité. Un seul groupe carboxylate est protoné dans la forme active de l’enzyme. Le mécanisme d’hydrolyse pour ces molécules procède soit par une attaque nucléophile par un des groupes carboxylates soit par l’attaque d’une molécule d’eau assistée par les groupes carboxyles comme acide général/base générale. Dans le cyclo[IAA-Asp-IAA-Asp] (1), la relation spatiale entre les deux groupes carboxyliques des résidus d’acide aspartique pourrait promouvoir l’hydrolyse de liaisons esters ou amides selon le mécanisme base générale/acide général ou nucléophile.

Deux conformations de même énergie ont été trouvées pour le cyclo[IAA-Asp-IAA-Asp] (1) en utilisant la recherche conformationnelle de Monte Carlo. La première conformation possède les caractéristiques d’un feuillet plissé β antiparallèle situé entre deux IAA placés aux positions i + 1 et i + 2 de repliements β de type II’. Dans la seconde, les résidus IAA sont placés aux positions i et i + 1 d’un repliement tordu. Le peptide cyclique 1 a été préparé en solution avec un rendement de 11 % ainsi que sur support solide avec un rendement de 25 % en utilisant la résine PAB-BHA.

La conformation du cyclo[IAA-Asp-IAA-Asp] (1) a été déterminée avec l’aide des constantes de couplage scalaires en RMN de ^1H, des couplages dipolaires du spectre NOESY et avec les gradients de déplacement chimiques des protons amides en fonction de la température (Δδ/ΔT). Les résultats de l’analyse conformationnelle soutiennent l’une des conformations trouvées par la modélisation moléculaire et non la seconde.

Les constantes de couplage vicinales entre les protons en α et les deux protons diastéréotopiques en β des résidus Asp indiquent que les groupes carboxyliques sont positionnés au-dessus du cycle. De plus, le titrage potentiométrique dans l’eau du cyclo[IAA-Asp-IAA-Asp] (1) donne des valeurs anormales de pKa pour les deux acides carboxyliques. Par contre, les expériences préliminaires consistant à déterminer l’activité catalytique du cyclo[IAA-Asp-IAA-Asp] (1) montrent que le peptide cyclique est peu efficace pour accélérer l’hydrolyse de l’acétate de 2,4-dinitrophényle.

En détaillant la synthèse et la caractérisation du cyclo[IAA-Asp-IAA-Asp] (1), ce travail de recherche discute du mérite de l’utilisation d’acides aminés naturels et conformationnellement restreints pour la construction de peptides pouvant mimer les sites actifs d’enzymes.