Synthèse et utilisation de benzotriazepinones comme modulateur du système urotensinergique

Abstract

Les peptides sont des agents thérapeutiques potentiellement intéressants dû à leur faible toxicité et excellente activité. Cependant, ils ont le désavantage de se métaboliser rapidement, d’avoir une pauvre biodisponibilité et la possibilité d’interagir avec plusieurs sous-types de récepteurs, engendrant des effets secondaires. Afin de contrer ces problèmes, tout en gardant leurs attractivités, des peptides modifiés sont et ont été développés, ils sont appelés peptidomimétiques. Une classe de peptidomimétique consiste au remplacement complet de la structure peptidique par une petite molécule, qui va mimer la conformation et les fonctions des chaines latérales importantes pour l’activité. De plus, certaines structures comme les benzodiazépines ont été décrites comme des structures privilégiées, du faites de leurs affinités pour de nombreux récepteurs peptidiques. Leurs aza-analogues, les benzotriazépines, ont cependant reçût beaucoup moins d’attention. Leurs synthèses mettent en jeux l’utilisation de réactifs toxiques, des conditions de réactions dures, la nécessité d’avoir des groupements protecteurs ou encore des rendements faibles pour certains substrats.

Le récepteur Urotensine II (UT) est un membre de la classe de la famille des récepteurs couplés aux protéines G, qui interagit à deux ligands peptidiques cycliques endogènes : l’Urotensine II (hUII, H-Glu-Thr-Pro-Asp-c[Cys-Phe-Trp- Lys- Tyr-Cys]-Val-OH) et le peptide apparenté à l’Urotensine II (URP, H-Ala-c[Cys-Phe-Trp-Lys-Tyr-Cys]-Val-OH). Aussi appelé système urotensinergique, il joue un rôle déterminant notamment dans la pathogénèse et la progression des maladies cardiovasculaires. Le développement de ligands pouvant différencier les rôles de UII et de URP, afin de sonder leurs voies de signalisations respectives, est primordial pour mieux comprendre cette potentielle cible thérapeutique.

Les travaux présentés dans cette thèse visent deux objectifs principaux, le développement d’une nouvelle méthodologie de synthèse des 1,3,4-benzotriazépin-2-ones, orientée vers une diversification effective, et leurs utilisations comme mime peptidique pour la modulation du système urotensinergique. Pour se faire, une approche mettant en jeux des alkylations chimiosélectives successives d’une semicarbazone, suivis d’une étape de déprotection/cyclisation, a été développée pour produire une variété de benzotriazepin-2-ones. De plus, il a aussi été mis en évidence la possibilité d’utiliser le coeur achiral des benzotriazépinones comme mime peptidique de conformation tour gamma.

Le squelette benzotriazépinique a été employé pour créer des modulateurs allostériques de UT, en mimant la conformation tour de la séquence tripeptidique Bip-Lys-Tyr présent dans l’Urocontrin ([Bip4]URP) qui est un modulateur allostérique du récepteur urotensinergique. Une série de 27 composés a été synthétisée par notre nouvelle méthodologie développée, afin de mieux comprendre la relation structure/activité dans la modulation de l’UT. Certains composés ont révélé la capacité à moduler sélectivement les effets de hUII et URP sur la contraction de l’aorte de rat de manière ex-vivo.

Enfin, dans la perspective d’améliorer l’activité antagoniste, une fonction N-benzylamide a été installée en position 8 de la benzotriazepine, pour mimer la phénylalanine présente dans l‘Urocontrin. De plus, des analogues photo-réactifs sont poursuivis, par introduction d’un groupement benzophénone, dans le but de se lier de manière covalente au récepteur urotensinergique et de localiser la partie responsable de la modulation de l’activité de hUII et URP.

Pour conclure, l’ensemble de ces travaux représentent une avancée sur l’utilisation des benzotriazépinones en générale et comme mime peptidique possédant notamment une conformation tour . Le développement d’une méthodologie orientée sur une diversification efficace a permis le développement de modulateurs achiraux du récepteur UT. Ainsi, ces études ont contribué à l’avancement des connaissances, fondamentales et appliquées, dans les domaines des mimes peptidiques et de la chimie médicinale.

Peptides are potentially interesting therapeutic agents, due to their low toxicity and excellent activity. They have however disadvantages, such as rapid metabolism, poor bioavailability and potential to react indiscriminately with multiple receptors, which may lead to secondary effects. To address such issues, modified peptide analogs, so-called peptidomimetics, have been developed.

One type of peptidomimetic consists of the complete replacement of the peptide structure by a small molecule that mimics the important backbone and side chain conformation and functions for activity. In addition, certain molecules, such as benzodiazepines have been described as privileged structures, because of their affinity for many peptide receptors. The aza-analogues, benzotriazepines, have received a lot less attention than the parent benzodiazepines, in part due to difficulties in their synthesis, necessitating toxic reagents, harsh reaction conditions, and multiple protecting groups to obtain compound in low yield.

The Urotensin II (UT) receptor is a member of the G protein-coupled receptor family, and interacts with two endogenous cyclic peptide ligands: urotensin II (hUII, H-Glu-Thr-Pro-Asp-c[Cys-Phe-Trp-Lys-Tyr-Cys]-Val-OH) and the urotensin II-related peptide (URP, H-Ala-c[Cys-Phe-Trp-Lys-Tyr-Cys]-Val-OH). The so-called urotensinergic system has among various physiological roles, significance in the pathogenesis and the progression of cardiovascular diseases. The conception of ligands which can differentiate the signaling and phenotypic outcomes of UII and URP are necessary to more effectively target UT for therapeutic development.

This thesis focuses on two principle objectives: the development of new methods for the synthesis of diverse 1,3,4-benzotriazepin-2-ones, and the application of the latter as peptidomimetics that modulate selectively the endogenous ligands of the urotensinergic system. An approach featuring chemo-selective alkylation of a semicarbazone intermediate has been developed to produce diverse benzotriazepin-2-ones. In addition, the achiral benzotriazepinones were shown to have potential to serve as peptide gamma-turn mimics.

The benzotriazepinone scaffold was employed to create achiral allosteric UT modulators by mimicry of the purported turn confirmation of the tripeptide sequence, Bip-Lys-Tyr, in the biologically active UT regulator Urocontrin ([Bip4]URP). A series of 27 compounds was synthesized by our method to study structure-activity relationships for UT modulation. Certain benzotriazepinones exhibited capacity to selectively modulate the effects of hUII and URP in ex vivo studies of rat aorta contraction.

To improve antagonist activity, a N-benzylamide was installed at the benzotriazepine 8-position to mimic the phenylalanine residue in Urocontrin. Moreover, photo-reactive analogs have been pursued by introduction of a benzophenone residue towards the goal of binding UT covalently to identify the location responsible for modulation of hUII and URP activity.

In conclusion, advances have been made in the synthesis and application of benzotriazepinones as peptide -turn mimics. Methods to diversify effectively the heterocycle have empowered development of achiral modulators of the UT receptor. Fundamental and applied advancements of knowledge have thus been made in the domains of peptide mimicry and medicinal chemistry.