Synthesis, diversification and biomedical applications of 4,5-substitued N-aminoimidazol-2-ones

In peptide-based medicinal chemistry, mimicry of turn conformations is important because of the significance of such secondary structures for molecular recognition. In this context, N-aminoimidazol-2-one (Nai) residues have demonstrated ability to mimic the central residue of turn conformers. Moreover, potential to functionalize the 4- and 5-positions of the Nai heterocycle offer opportunities to add and orient side chain functionalities with constrained c-geometry. Methods have been developed to employ Nai residues for peptide mimicry. Previously, Nai dipeptide esters with substituents at the imidazol-2-one 4-position were obtained as racemic mixtures. By employing alternative C-terminal groups, epimerization has now been minimized. Functionalization of the Nai 5-position after cyclization has also been achieved by novel chemistry. For example, (4-Me, 5-aldehyde)Nai residues were obtained by 5-position formylation. The aldehyde was then reduced and oxidized to provide alcohol and acid functionality. Reductive aminations on (4-Me, 5-aldehyde)Nai residues using different primary and secondary amines and amino methylation of (4-Me)Nai residues were also used to prepare constrained diaminobutyric acid analogs. In the interest to prepare Nai analogs that can serve as constrained phenylalanine residues, palladium-catalyzed chemistry was developed to cross-couple different aryl iodides at the 5-position. In model peptides, the (4-Me, 5-aryl)Nai residues were predicted by molecular dynamic calculations to be located at the i+1 position of type II’ β-turn conformations with the aryl side chain positioned in the gauche (–). The synthesis of biologically relevant Nai peptides was next explored using methods for accessing enantioenriched residues and conditions for their 5-position arylation. Peptide derivatives of growth hormone releasing peptide-6 (GHRP-6) were targeted using the Nai residues because the corresponding semicarbazide analogs had exhibited selective and relatively high binding affinity for the cluster of differentiation receptor (CD36) receptor and potential to mediate macrophage-driven inflammation in conditions leading to age-related macular degeneration, atherosclerosis and angiogenesis. Previous studies with GHRP-6 analogs demonstrated that replacement of Trp4 with a semicarbazide possessing an aromatic side chain favored a turn conformation and selective CD36 binding affinity. Solid-phase methodology was developed to synthesize [(4-Me, 5-Aryl)Nai4]-GHRP-6 analogs and used to prepare four different Nai peptides on Rink amide resin. All four analogs were effective at mediating nitric oxide (NO) overproduction in macrophages cells treated with a Toll-like receptor 2 (TLR2) agonist. Although biological evaluation of the [(4-Me,5-Aryl)Nai4]-GHRP-6 analogs is still being performed, their ability to modulate NO overproduction strongly indicated backbone and side chain conformational requirements for biological activity. In sum, this thesis has provided effective methods for preparing novel constrained peptide analogs for mimicry of the backbone and side chain geometry in β-turns. Enantiomerically enriched Nai residues were synthesized, introduced into peptide sequences, and functionalized at the 4- and 5-positions. Employment of the 4,5-disubstituted Nai analogs in the study of peptide medicinal chemistry offers powerful potential for exploring structure-activity relationships to identify and replicate biologically active conformers.Le développement de mimes de tours peptidiques pose un intérêt particulier en chimie médicinale, en raison de leur importance dans la reconnaissance moléculaire. Dans ce contexte, les résidus N-aminoimidazol-2-one (Nai) ont démontré une tendance à occuper la position centrale de repliements peptidiques. De plus, la présence de l’unité imidazolone offre un potentiel de fonctionnalisation en position 4 et 5 pouvant jouer le rôle de chaînes latérales rigidifiées dans l’espace χ. Des méthodes ont été développées pour rendre possible l’utilisation de résidus Nai en chimie peptidique. Par le passé, des esters de dipeptide Nai possédant un substituant à la position 4 de l’hétérocycle ont été synthétisés de manière racémique. L’utilisation de groupement C-terminaux a permis de grandement réduire l’épimérisation due à l’utilisation de base forte utilisée durant l’étape de cyclisation. La fonctionnalisation de la position 5 du cycle après la cyclisation a aussi été rendue possible par le développement de nouvelles conditions réactionnelles. Par exemple, des conditions de formylation ont donné des résidus (4-Me, 5-Aldéhyde)Nai. La fonction aldéhyde a été réduite et oxydée, donnant accès a des fonctions alcool et acide carboxylique. L’amination réductrice du squelette (4-Me, 5-Aldéhyde)Nai en utilisant des amines primaires et secondaires ainsi que l’amino-méthylation de résidus (4-Me)Nai ont donné accès à des résidus d’acide diaminobutyrique rigidifiés. Dans le but de préparer des analogues Nai pouvant servir de mimes rigidifiés de résidus phénylalanine, la catalyse au palladium a rendu possible l’installation de groupements 5-aryle par couplage croisé avec différents iodoaryles. Dans un modèle de peptide, le résidu (4-Me, 5-aryl)Nai a été soumis à une analyse par dynamique moléculaire qui a révélé le positionnement de la portion Nai à la position i+1 d’un tour β de type II’, avec la chaine latérale aryle adoptant une conformation gauche (-). Ayant en main des conditions de synthèse énantioenrichie ainsi que de diversification de la position 5, la construction de peptides Nai possédant un intérêt biologique a été entreprise. Des dérivés du peptide Growth hormone releasing peptide-6 (GHRP-6) ont été ciblés car les analogues semicarbazide correspondant ont précédemment démontré avoir à la fois de la sélectivité et une affinité relativement grande pour le Cluster of differentiation receptor (CD36). Ils ont ainsi le potentiel de moduler l’inflammation attribuable aux macrophages dans des conditions menant à la dégénérescence maculaire liée à l’âge, l’athérosclérose et l’angiogenèse. Des études précédentes ont démontré que le remplacement du résidu Trp4 du GHRP-6 par un semicarbazide possédant une chaîne latérale aromatique favorisait l’adoption d’un repliement de la chaîne peptidique et une affinité sélective envers le récepteur CD36. Une méthode de synthèse sur phase solide d’analogues [(4-Me, 5-Aryle)Nai4]-GHRP-6 a été développée et utilisée pour synthétiser quatre différents peptides Nai en utilisant la résine Rink amide. Les quatre analogues se sont montrés efficaces à réduire la surproduction d’oxide nitrique (NO) dans les cellules macrophages traitées avec un agoniste du Toll-like receptor 2 (TLR2). Malgré le fait que l’évaluation biologique des analogues [(4-Me, 5-Aryle)Nai4]-GHRP-6 soit toujours en cours, leur habilité à moduler la surproduction d’oxide nitrique montre qu’ils possèdent la bonne géométrie quant à la chaîne principale et la chaîne latérale aromatique pour interagir avec le récepteur. En somme, la présente thèse a fourni des méthodes efficaces de synthèse de nouveaux analogues de peptides rigidifiés pour mimer les chaînes principale et latérales de tours β. Les résidus Nai énantioenrichis ont été synthétisés, introduits dans des séquences peptidiques d’intérêt sur phase solide et fonctionnalisés à la 4ième et 5ième position. L’utilisation de ces analogues Nai 4,5-disubstitués en chimie médicinale et peptidique offre un potentiel considérable dans l’exploration de la relation structure-activité de peptides d’intérêt biologique pour identifier et mimer les conformères bioactifs

Design, synthesis, pericyclic chemistry and biomedical applications of azopeptides

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

Synthèse des analogues de l’[azaPhe4]-GHRP-6 comme potentiels modulateurs du récepteur CD36

L’article du chapitre 3, décrivant la synthèse et l’évaluation biologique de 25 analogues azapeptides de GHRP-6, a été rédigé par moi-même sous la supervision du Professeur William D. Lubell et la discussion de l’aspect biologique a été rédigée respectivement par le Dr. Mukandila Mulumba et le Dr. Samy Omri sous la supervision respective du Professeur Huy Ong et du Professeur Sylvain Chemtob. J’ai effectué la synthèse et la purification de 15 des 25 composés étudiés. Dr. Yésica Garcia-Ramos, une ancienne stagiaire postdoctorale du Professeur William D. Lubell, avait synthétisé dix de ces aza-GHRP-6. J’ai reproduit six de ces analogues pour compléter les études biologiques. Nos collaborateurs Dr. Mukandila Mulumba, le Dr. Samy Omri et le Dr. Houda Tahiri ont effectué les tests d’affinités, l’évaluation des propriétés anti-inflammatoires et d’activité angiogénique des analogues synthétisés.Les azapeptides sont des mimes peptidiques où l’un ou plusieurs des carbones de la chaîne principale ont été remplacés par des atomes d’azote. Ce remplacement augmente la rigidité de la structure peptidique et favorise le repliement de type β. Le repliement de type β des azapeptides est associé à plusieurs propriétés thérapeutiques. Comparativement aux peptides parents, les azapeptides pourraient non seulement avoir une activité et une sélectivité accrues mais aussi une plus grande stabilité qui prolonge sa durée d'action et le rend plus résistant aux dégradations métaboliques. Pour ce faire, nous nous sommes intéressés particulièrement au peptide sécréteur d’hormone de croissance 6 (GHRP-6, H-His-D-Trp-Ala-Trp-D-Phe-Lys-NH2) qui est un hexapeptide synthétique possédant une affinité pour deux récepteurs distincts: les récepteurs de growth hormone secretagogue receptor 1a (GHS-R1a) et le récepteur cluster of differenciation 36 (CD36). Une sélectivité envers le récepteur CD36 offre les possibilités de soigner des maladies d’ordre angiogénique, telles que la dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA). De plus, le récepteur CD36 peut interagir avec un corécepteur toll-like receptor 2 (TLR2) pour induire des réponses immunitaires innées. En sachant que la présence d’un acide « aza » aminé avec un groupement aromatique sur sa chaîne latérale est primordiale pour augmente sa la sélectivité envers le récepteur CD36, les travaux effectués au cours de ma maîtrise qui seront détaillés dans cet ouvrage visent à développer une librairie d’analogues de [aza, Phe4]-GHRP-6, en vue étudier leur affinité pour le récepteur CD36, leur potentiel à moduler la quantité de monoxyde d’azote (nitric oxide (NO)) produite par les agonistes du TLR2 et enfin leurs propriétés angiogéniques. En réponse à nos objectifs, une librairie de vingt-cinq azapeptides GHRP-6 a été synthétisée. Vingt-trois de ces analogues ont été synthétisés sur support solide et les deux autres en utilisant une approche qui combine la chimie en solution et sur support solide. Tous les analogues synthétisés ont été testés pour leur habileté à moduler la quantité de monoxyde d’azote (NO) produite par les agonistes du TLR2 dans les macrophages. Ensuite, quatorze de ces analogues ont été évalués pour leur affinité avec le récepteur CD36 et pour leurs propriétés angiogéniques. Cette approche a permis d’effectuer une étude de la relation structure-activité des azapeptides modulateurs du récepteur CD36, et aussi à identifier de nouveaux candidats pour le sondage biochimique et du potentiel thérapeutique de ce récepteur.Azapeptides are peptide mimics in which one or more carbon atoms in the α-position have been replaced by a nitrogen atom. This replacement increases the rigidity of the peptide structure and promotes β-turn conformation, which is associated with many biological activities. Compared to the parent peptide, azapeptides may have increased activity and selectivity as well as greater stability, prolonged duration of action and resistance to metabolic degradation. Growth hormone releasing peptide 6 (GHRP-6, H-His-D-Trp-Ala-Trp-D-Phe-Lys-NH2) is a synthetic hexapeptide possessing affinity for two different receptors: growth hormone secretagogue receptor 1a (GHS-R1a) and cluster of differentiation receptor 36 (CD36). Selective affinity to CD36 may have therapeutic potential for the treatment of disease by modulating angiogenesis. In addition, CD36 is co-expressed with the toll-like receptor 2 (TLR2) and implicated in innate immunity. Bearing in mind that the presence of an "aza" amino acid having an aromatic group on his side chain is essential to increase the selectivity towards the CD36 receptor, the work carried out during my master degree has aimed to synthesize a library of [azaPhe4]-GHRP-6 analogues to study their affinity for CD36, their potential to modulate TLR2 agonist-induced nitric oxide production and finally their angiogenesis properties. A library of 25 azapeptides was made. Twenty-three analogues were synthesized using a solid-phase approach and two analogs were made using a combination of solution and solid phase chemistry. All twenty-five analogues were tested for their ability to modulate the amount of nitric oxide produced in macrophages after treatment with a TLR2 agonist. Subsequently, fourteen of v analogs were evaluated for their CD36 binding affinity and for theirs angiogenesis properties. This approach has provided fundamental knowledge of the structure activity relationships of azapeptide modulators of CD36 as well as novel candidates for probing the chemical biology and medicinal potential of this receptor

Design et synthèse d’hétérocycles fusionnés polysubstitués par réaction multicomposante de Ugi en tandem pour le développement d’agents antimicrobiens et antinéoplasiques

Les benzodiazépines et quinoxalines sont des structures très importantes en chimie médicinale et on les retrouve dans un grand nombre de médicaments commercialisés et cliniquement importants. En plus de démontrer une grande diversité d’activités biologiques et de bonnes propriétés pharmacocinétiques, ces hétérocycles benzo-fusionnés sont capables de mimer plusieurs types de motifs peptidiques et de structures secondaires de protéines. Ces caractéristiques en font des prototypes moléculaires d’un grand intérêt dans l’industrie pharmaceutique pour le développement de nouveaux agents thérapeutiques. La première partie du mémoire décrit le développement d’une voie de synthèse pour des 3,4-dihydroquinoxalin2-ones polysubstituées en utilisant la stratégie Ugi-déprotection-cyclisation (UDC). Cette méthode rapide et efficace implique une réaction multicomposante de Ugi suivi d’une déprotection simultanément à une cyclisation par substitution nucléophile aromatique. L’étude de la réaction multicomposante a démontré que la formation préliminaire de l’imine était nécessaire pour éviter la présence d’un produit secondaire important, le produit de la réaction multicomposante de Passerini. Une fois cette première étape optimisée, la déprotection et lacyclisation ont également été analysées pour identifier les meilleures conditions réactionnelles. Finalement, les conditions optimales identifiées ont été utilisées pour la production d’une chimiothèque de 3,4-dihydroquinoxalin2-ones qui sera employée dans de futurs tests biologiques. La deuxième partie du mémoire décrit le transfert sur support solide de la synthèse de 1,4-benzodiazépin-3-ones par la stratégie UDC en solution. Différentes résines ont été testées et il a été observé que la réaction de Ugi et la déproctection fonctionnaient très bien sur la plupart d’entre elles. Par contre, l’étape de cyclisation était beaucoup plus difficile. Suite à l’évaluation de plusieurs conditions en solution, l’utilisation des meilleures conditions sur support solide a permis l’obtention d’une 1,4-benzodiazépin-3-one. Il reste encore de l’optimisation à faire, mais ces travaux jettent les fondations pour la synthèse de benzodiazépines sur support solide en utilisant la stratégie UDC.Benzodiazepines and quinoxalines are very important structures in medicinal chemistry and they can be foundin a great number of marketed and clinically important drugs. In addition to their wide spectrum of biological activities and good pharmacokinetic properties, these benzo-fused heterocycles are able to mimic several types of peptide motifs and protein secondary structures. These characteristics make them very attracting scaffolds in the pharmaceutical industry for the development of new therapeutic agents.The first part of the thesis describes the development of a synthetic route for polysubstituted 3,4-dihydroquinoxalin-2-ones using the Ugi-deprotection-cyclization (UDC) strategy. This convenient and efficient method involves a Ugi multicomponent reaction followed by simultaneous deprotection and cyclization byaromatic nucleophilic substitution. A first study of the multicomponent reaction showed that preformation of the imine was necessary to avoid the presence of an important side product resulting from the Passerini multicomponent reaction. Once this first step optimized, the deprotection and cyclization were also analyzed to identify the best reaction conditions. Finally, the optimal conditions identified for the different steps were used for the production of a chemical library of 3,4-dihydroquinoxalin-2-ones which will be involved in future biological tests. The second part of the thesis describes the transfer on solid support of the 1,4-benzodiazepin-3-one synthesis by UDC. Different resins were tested and the results showed that the Ugi reaction and deproctection worked very well on most of them. However, the cyclization step was much more difficult. Following the evaluation of several conditions in solution for the cyclization, the use of the best conditions on solid support allowed the preparation of a 1,4-benzodiazepin-3-one derivative. There is still optimization to do for the cyclization step butthis work pave the way for the synthesis of benzodiazepines on solid support by UDC and the preparation of polysubstituted 1,4-benzodiazepin-3-one libraries

Synthesis of Aza- and α,α-disubstituted Glycinyl peptides and application of their electronic and steric interactions for controlling peptide folding, and for biomedical applications

This thesis describes my research on the application of electronic and steric interactions to control peptide folding for biomedical applications. This thesis has been written employing submitted manuscripts. I specify herein the different contributions of the authors of each of the manuscripts in the respective chapters. The introduction (Chapter 1), and unless specified otherwise below, the following chapters, all were written by me and edited by Professor William D. Lubell. The manuscript in chapter 2 entitled “Paired Utility of Aza-Amino Acyl Proline and Indolizidinone Amino Acid Residues for Peptide Mimicry: Conception of Prostaglandin F2α Receptor Allosteric Modulators that Delay Preterm Birth” describes the synthesis, isolation, characterization and structure-activity relationship study of peptide mimics containing aza-amino acyl proline and indolizidinone amino acid residues to develop allosteric modulators of the prostaglandin F2α receptor. This paper is being accepted by the Journal of Medicinal Chemistry. The results on the synthesis and study of the analogs described in this article were obtained in collaboration with N. D. Prasad Atmuri, another Ph.D. candidate in Professor Lubell’s laboratory. I performed the synthesis, isolation and characterization of all aza-amino acyl proline analogs. All the indolizidinone peptide analogs were synthesized and characterized by N. D. Prasad Atmuri. Under my direction, Jennifer Rudon Fores, a visiting M.Sc. student from Pierre et Marie Curie University (UPMC) performed the synthesis of certain aza-Lys analogs. All analogs were tested for their activity in reducing PGF2α-induced uterine contractions and delaying labor by our collaborators Dr. Xin Hou and Professor Chemtob from the Département de pédiatrie, Université de Montréal. The sections concerning the indolizidinones and azapeptides were respectively written by N. D. Prasad Atmuri and me, and both were edited by Professor Lubell. The manuscript in chapter 3 entitled “Crystal-State Conformational Analysis of Adm Peptides. Influence of the C-Terminal Substituent” describes my original syntheses, isolation and characterization of set of N-formyl-Adm di- and tripeptides possessing various C-terminal components by conception of an Ugi multiple-component reaction sequence. This manuscript has been submitted to the journal Peptide Science for publication in a special issue devoted to the 8th Peptide Engineering Meeting (PEM 8) held in Berlin, Germany (November 8-10, 2018). The conception and design of the study was defined by Professor Lubell and Professor Toniolo (Department of Chemistry, University of Padova, Italy). I performed all the experimental, characterization and crystallization steps. Dr. Crisma (Institute of Biomolecular Chemistry, University of Padova, Italy) crystallized OHC-Adm-Aib-OMe and performed its X-ray crystallographic analysis, all other crystal structures were solved at the Université de Montréal regional center. I wrote the first draft of the manuscript and contributed to its revision which was edited by Dr. Crisma and Professors Lubell and Toniolo. The manuscript in Chapter 4 entitled “Isolated α-Turn and Incipient γ-Helix” presents the unique abilities of homo-oligo-adamantyl peptides to adopt α- and γ-turn conformations in the solid state and solution. Assembled by an Ugi multicomponent reaction strategy, N-formyl-adamantyl tripeptide tert-butyl and iso-propyl amides were respectively found to adopt an incipient γ-helix and an isolated α-turn conformation by X-ray diffraction crystallography. The manuscript is under revision for the Chem. Sci. The conception and design of the study was defined by Professor Lubell and Professor Toniolo (Department of Chemistry, University of Padova, Italy). I performed all the experimental, characterization, crystallization and NMR studies. Dr. Crisma performed the FT-IR studies of both tripeptides at different concentrations in solution. I wrote the original draft of the manuscript which was edited by Dr. Crisma and Professors Lubell and Toniolo. In Chapter 5, I have written the conclusion and perspectives of this thesis, which were edited by Professor Lubell.Les peptides présentent un grand potentiel thérapeutique, que ce soit en tant qu’ingrédient actif ou d’excipient pour la délivrance de médicament. Toutefois, certains désavantages comme leur faible biodisponibilité, une stabilité métabolique limitée et un manque de sélectivité limitent leur utilisation. Le développement de mimes peptidiques possédant de meilleures propriétés pharmacologiques est donc nécessaire. La présente thèse doctorale est orientée vers deux objectifs: a) le développement d’analogues azapeptides agissant comme modulateurs du récepteur prostaglandine F2α (FP) et b) le développement de méthodes de synthèse et d’analyse conformationnelle de résidus glycine Cα,α-di substitué stériquement encombrés. Les azapeptides sont une classe de mimes peptidiques où le carbone α d’au moins un acide aminé est remplacé par un atome d’azote. Cette modification qui emploie un semicarbazide en tant que mime d’acide aminé réduit la flexibilité conformationnelle et peut induire des repliements β. Les accouchements prématurés représentent un défi du point de vue médical. Malgré les efforts déployés pour retarder les accouchements prématurés, le taux de naissances prématurées ne cesse d’augmenter dans les pays industrialisés. Le récepteur prostaglandine F2α (FP) a été utilisé comme cible pour le développement d’agents tocolytiques (qui retardent l’accouchement). Les analogues aza-amino acyl proline ont démontré la capacité de moduler effectivement le récepteur FP et à inhiber les contractions utérines reliées au prostaglandines F2α par un mécanisme allostérique de signalétique biaisée d’un récepteur couplé à une protéine G. De plus, l’activité de ces analogues dépend de la nature de la chaine latérale de l’aza-acide aminé. Pour acquérir une meilleure compréhension de la relation structure-activité des azapeptides modulant le récepteur FP, une approche orientée sur la diversité a été développée pour introduire différentes chaines latérales sur le résidu aza-amino acyl proline par alkylation de résidus aza-Gly-Pro, ainsi que par catalyse au cuivre sur des résidus aza-propargylglycine. Différents analogues furent préparés pour étudier l’influence de la taille de la chaine latérale, de l’hydrophobicité et de l’aromaticité sur l’activité. De plus, une librairie fut préparée par modification d’un résidu peptidique 4-hydroxyproline ancré sur support solide. Ces analogues furent utilisés pour étudier l’influence du pliement des cycles, de l’hydrophobicité et des substituants sur l’activité. Les différents analogues ont été testés en fonction de leur capacité à moduler les contractions utérines liées au PGF2α. Les nouveaux analogues ont montré que l’activité envers les contractions myométriales était sensible aux changements de conformation dans la région du tour β, ainsi qu’à la nature, la taille et la lipophilicité de la chaine latérale du résidu aza-acide aminé. La synthèse de peptides contenant des résidus acide-2-amino-2-adamantane (Adm) a été explorée pour examiner l’influence de résidus stériquement encombrés sur la conformation. Une série de N-formyl-Adm di- et tripeptides possédant une variété de composantes C- terminales a été synthétisée par une réaction multi-composante de Ugi en utilisant l’adamantan-2-one en tant que précurseur. La conformation de la chaine principale des peptides stériquement encombrés a été déterminée en utilisant l’analyse par diffraction des rayons X. Le fort encombrement causé par le résidu Adm restreint l’espace conformationnel aux régions typiques de repliements. La conformation de la chaine peptidique est influencée par la nature du groupe C-terminal. Les groupes C-terminaux encombrés, comme les groupes tert-butyl a favorisent les repliements γ standards alors que les groupes moins encombrés favorisent les repliements β- et α. Des tripeptides homo-oligo-Adm possédant un groupe C-terminal iso-propyl et tert-butyl amide ont été préparés en utilisant des réactions de Ugi séquentielles. L’analyse des trimères cristallisés par diffraction des rayons X a démontré que les analogues comportant le groupement iso-propyl adoptait un repliement α avec un seul pont hydrogène formant un cycle de 13 membres. Les analogues comportant le groupement tert-butyl, quant à eux, formaient deux tours γ consécutifs caractéristique d’une hélice γ en formation. Des méthodes efficaces de synthèse d’azapeptides et d’oligomères encombrés de glycine Cα,α -di substitué ont été développées. En utilisant ces outils, les effets de contraintes stériques et électroniques de peptides ont respectivement été explorés par l’étude de modulateurs de FP bioactifs dans le but de retarder les accouchements prématurés et par l’analyse conformationnelle d’oligomères d’Adm. Le présent ouvrage a contribué à acquérir une meilleure compréhension de la relation structure-activité d’azapeptides modulateurs du récepteur FP. De plus, les facteurs contrôlant la conformation des résidus Adm stériquement encombrés ont été élucidés par la construction de trois différents éléments de structure secondaire (repliements α, β et γ dépendant de la nature du groupement C-terminal. Ceci offre un grand potentiel pour des applications en chimie des peptides et dans le domaine biomédical.Peptides exhibit pharmaceutical potential as active ingredients and excipients in drug delivery systems. Their shortcomings, such as low bioavailability, poor selectivity and limited metabolic stability have however necessitated the design and synthesis of peptidomimetics to improve pharmacological properties. The body of this Ph.D. thesis has been targeted towards two objectives: a) the development of azapeptide analogs as modulators of the prostaglandin F2α receptor (FP), and b) the development of methods for the construction, and the conformational analysis of bulky Cα,α-disubstituted glycine amino acids. Azapeptides are a class of peptidomimetic in which the Cα unit of at least one amino acid residue is replaced by a nitrogen atom. This modification features a semicarbazide as an amino amide surrogate, which reduces conformational flexibility and can induce β -turn conformation. Preterm birth is an unmet medical need. Despite efforts to counter the onset of preterm labor, the rate of premature birth has increased steadily in developed countries. The prostaglandin F2α receptor (FP) was pursued as target for designing tocolytic (labor delaying) agents. Aza-amino acyl proline analogs had been shown to modulate FP and to inhibit PGF2α-mediated uterine contractions by an allosteric mechanism involving biased G protein-coupled receptor signalling. Moreover, the activity of these analogs was found to be contingent on the nature of their aza-residue side chains. To better understand of the structure-activity relationships of azapeptide modulators of FP, diversity-oriented approaches were devised to introduce different side chains onto the aza-amino acyl proline residue by alkylation of aza-Gly-Pro analogs, as well as by copper-catalyzed reactions on an aza-propargylglycine (aza-Pra) residue. Analogs were prepared to study the influences of side chain size, hydrophobicity and aromaticity on activity. In addition, a set of proline residue analogs were prepared by the modification of a 4-hydroxyproline peptide linked to a solid support. These analogs were synthesized to study the influence of ring pucker, hydrophobicity and substituents on activity. Analogs were tested for ability to modulate PGF2α-mediated uterine contractions. Study of the novel modulators demonstrated that activity on myometrial contractions was sensitive to changes in the conformation at the turn region, as well as the size, nature and lipophilicity of the aza-residue side chain. The chemistry of peptides bearing 2-amino adamantane-2-carboxylic acid (Adm) was explored to examine the influence of the bulky residue on conformation. A set of N-formyl-Adm di- and tripeptides possessing various C-terminal components was synthesized by the development of a multiple-component Ugi reaction sequence using adamantan-2-one as precursor to the bulky residue. The backbone conformation of the hindered peptides was determined using X-ray analysis. The steric bulk of the Adm residue restricted conformational space to a region typical of an intramolecular hydrogen-bonded α- and γ-turn, as well as a distorted type-II (IIβ ) β -turn. The C-terminal residue influenced the backbone conformation. Bulkier C-terminal groups, such as t-butyl, favored regular γ-turns. Smaller C-terminal residues favored β - and α-turn geometry. Employing an iterative Ugi sequence homo-oligo-Adm tripeptides were prepared possessing i-propyl and t-butyl C-terminal amides. Crystallization of the Adm trimers and X-ray analysis in the solid state demonstrated that the i-propyl analog adopted the conformation of a single 13-membered hydrogen-bonded α-turn. On the other hand, the t-butyl analog exhibited two consecutive γ-turns in an incipient γ-helix conformation. Effective methods have thus been developed for the assembly of azapeptides and sterically bulky Cα,α-disubstituted glycine oligomers. With such methods in hand, the effects of electronic and steric constraint on peptide conformation have been respectively explored in studies of biologically active FP modulators to develop therapy to delay labor, and in conformational analyses of Adm oligomers. This thesis has thus contributed to a better understanding of structure-activity relationships of azapeptide modulators of FP. Moreover, the factors controlling the conformation of the bulky Adm residue have been elucidated in the construction of three different secondary elements (α-, β and γ-turns) contingent on the C-terminal residues. The results offer interesting potential for biomedical and peptide chemistry

Les azasulfurylpeptides : synthèse, analyse conformationnelle et applications biologiques

Les azasulfurylpeptides sont des mimes peptidiques auxquels le carbone en position alpha et le carbonyle d’un acide aminé sont respectivement remplacés par un atome d’azote et un groupement sulfonyle (SO2). Le but premier de ce projet a été de développer une nouvelle méthode de synthèse de ces motifs, également appelés N-aminosulfamides. À cette fin, l’utilisation de sulfamidates de 4-nitrophénol s’est avérée importante dans la synthèse des azasulfuryltripeptides, permettant le couplage d’hydrazides avec l’aide d’irradiation aux micro-ondes (Chapitre 2). Par la suite, en quantité stoechiométrique d’une base et d’un halogénure d’alkyle, les azasulfurylglycines (AsG) formés peuvent être chimiosélectivement alkylés afin d’y insérer diverses chaînes latérales. Les propriétés conformationnelles des N-aminosulfamides à l’état solide ont été élucidées grâce à des études cristallographiques par rayons X : elles possèdent une structure tétraédrique autour de l’atome de soufre, des traits caractéristiques des azapeptides et des sulfonamides, ainsi que du potentiel à favoriser la formation de tours gamma (Chapitre 3). Après le développement d’une méthode de synthèse des N-aminosulfamides en solution, une approche combinatoire sur support solide a également été élaborée sur la résine amide de Rink afin de faciliter la génération d’une librairie d’azasulfurylpeptides. Cette étude a été réalisée en employant le growth hormone releasing peptide 6 (GHRP-6, His-D-Trp-Ala-Trp-D-Phe-Lys-NH2). Ce dernier est un hexapeptide possédant une affinité pour deux récepteurs, le growth hormone secretagogue receptor 1a (GHS-R1a) et le récepteur cluster of differenciation 36 (CD36). Une affinité sélective envers le récepteur CD36 confère des propriétés thérapeutiques dans le traitement de la dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA). Six analogues d’azasulfurylpeptides de GHRP-6 utilisés comme ligands du CD36 ont été synthétisés sur support solide, mettant en évidence le remplacement du tryptophane à la position 4 de GHRP-6 (Chapitre 4). Les analogues de GHRP-6 ont été ensuite analysés pour leur capacité à moduler les effets de la fonction et de la cascade de signalisation des ligands spécifiques au Toll-like receptor 2 (TLR2), en collaboration avec le Professeur Huy Ong du département de Pharmacologie à la Faculté de Pharmacie de l’Université de Montréal. Le complexe TLR2-TLR6 est reconnu pour être co-exprimé et modulé par CD36. En se liant au CD36, certains ligands de GHRP-6 ont eu un effet sur la signalisation du TLR2. Par exemple, les azasulfurylpeptides [AsF(4-F)4]- et [AsF(4-MeO)4]-GHRP-6 ont démontré une capacité à empêcher la surproduction du monoxyde d’azote (NO), un sous-produit réactif formé suite à l’induction d’un signal dans les macrophages par des ligands spécifiques liés au TLR2, tel le fibroblast-stimulating lipopeptide 1 (R-FSL-1) et l’acide lipotéichoïque (LTA). En addition, la sécrétion du tumor necrosis factor alpha (TNFa) et du monocyte chemoattractant protein 1 (MCP-1), ainsi que l’activation du nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells (NF-kB), ont été réduites. Ces résultats démontrent le potentiel de ces azasulfurylpeptides à pouvoir réguler le rôle du TLR2 qui déclenche des réponses inflammatoires et immunitaires innées (Perspectives). Finalement, le potentiel des azasulfurylpeptides d’inhiber des métallo-bêta-lactamases, tels le New-Delhi Metallo-bêta-lactamase 1 (NDM-1), IMP-1 et le Verona Integron-encoded Metallo-bêta-lactamase 2 (VIM-2), a été étudié en collaboration avec le Professeur James Spencer de l’Université de Bristol (Royaumes-Unis). Certains analogues ont été des inhibiteurs micromolaires du IMP-1 (Perspectives). Ces nouvelles voies de synthèse des azasulfurylpeptides en solution et sur support solide devraient donc permettre leur utilisation dans des études de relations structure-activité avec différents peptides biologiquement actifs. En plus d'expandre l'application des azasulfurylpeptides comme inhibiteurs d'enzymes, cette thèse a révélé le potentiel de ces N-aminosulfamides à mimer les structures secondaires peptidiques, tels que les tours gamma. À cet égard, l’application des azasulfurylpeptides a été démontrée par la synthèse de ligands du CD36 présentant des effets modulateurs sur le TLR2. Compte tenu de leur synthèse efficace et de leur potentiel en tant qu’inhibiteurs, les azasulfurylpeptides devraient trouver une large utilisation dans les sciences de peptides pour des applications dans la médecine et de la chimie biologique.The azasulfurylpeptides are peptide mimics in which the alpha carbon and the carbonyl of an amino acid residue are respectively replaced by a nitrogen atom and a sulfonyl group (SO2). The primary goal of this doctorate project was to develop a new effective method for the synthesis of these motifs, also called N-aminosulfamides. Towards this aim, the use of 4-nitrophenyl sulfamidates turned out to be important in the synthesis of azasulfuryltripeptides, allowing hydrazide couplings under micro-wave irradiation (Chapter 2). Side-chain diversity was then added using a stoichiometric amount of base and different alkyl halides to alkylate chemoselectively the azasulfurylglycine (AsG) residue. The conformational properties of the N-aminosulfamides in the solid state were studied using X-Ray crystallography, which showed a tetrahedral geometry about the sulfur atom, features of azapeptides and sulfonamides, as well as potential to favor the formation of gamma turns (Chapter 3). Following the development of the synthesis of these N-aminosulfamides in solution, a combinatorial approach on solid support was elaborated on Rink amide resin to generate a library of azasulfurylpeptides. The study was performed using the Growth Hormone Releasing Peptide 6 (GHRP-6, His-D-Trp-Ala-Trp-D-Phe-Lys-NH2). The latter is a hexapeptide that has affinity for two receptors, the Growth Hormone Secretagogue Receptor 1a (GHS-R1a) and the Cluster of Differenciation 36 (CD36) receptor. Selective binding to the CD36 receptor has therapeutic potential in the treatment of age-related macular degeneration (AMD). Six azasulfurylpeptide analogs were synthesized on solid support by replacing tryptophan at the 4th position of GHRP-6 with different N-aminosulfamide residues (Chapter 4). The GHRP-6 analogs were tested for their ability to mediate the effects of receptor-specific ligands on the function and downstream signaling of the Toll-Like Receptor 2 (TLR2), in collaboration with Professor Huy Ong at the department of Pharmacology in the Faculty of Pharmacy at the Université de Montréal. The TLR2-TLR6 complex is known to be co-expressed and modulated by CD36. On binding to CD36, certain GHRP-6 ligands exhibited effects on the signaling of TLR2. For example, the azasulfurylpeptides [4-F-AsF4]- and [4-MeO-AsF4]-GHRP-6 prevented the overproduction of nitric oxide (NO), a reactive oxygen species formed following the induction of signal in macrophages on binding of TLR2-specific ligands, such as the Fibroblast-Stimulating Lipopeptide 1 (R-FSL-1) and lipoteichoic acid (LTA). Furthermore, the secretion of the Tumor Necrosis Factor Alpha (TNFa) and Monocyte Chemoattractant Protein 1 (MCP-1), as well as the activation of the Nuclear Factor Kappa-light-chain-enhancer of activated B cells (NF-kB), all were reduced. These results offer promise for regulating Toll-like receptor roles in triggering innate immunity and inflammatory responses (Perspectives). Finally, the potential of the azasulfurylpeptides to inhibit metallo-bêta-lactamases, such as the New-Delhi Metallo-β-lactamase 1 (NDM-1), IMP-1 and the Verona Integron-encoded Metallo-bêta-lactamase 2 (VIM-2), has been studied in collaboration with Professor James Spencer at the University of Bristol (United-Kingdom). Some analogs were micromolar inhibitors of IMP-1 (Perspectives). These new approaches for the synthesis of azasulfurylpeptides in solution and on solid support should enable their use in studies of structure-activity relationships with different biologically active peptides. In addition to expanding the application of azasulfurylpeptides as enzyme inhibitors, this thesis has revealed the potential of these N-aminosulfamides to mimic the peptide secondary structures, such as gamma turns. Application of azasulfurylpeptides in this respect has been demonstrated by the synthesis of CD36 ligands exhibiting modulatory effects on the TLR2. Considering their effective synthesis and potential as inhibitors, azasulfurylpeptides should find broad use in peptide science for applications in medicine and chemical biology

Méthodologie pour la synthèse combinatoire d’azapeptides: application à la synthèse d’analogues aza-GHRP-6 en tant que ligands du récepteur CD36

Les azapeptides sont des mimes peptidiques où le carbone alpha d’un ou de plusieurs acides aminés est remplacé par un atome d’azote. Cette modification tend à stabiliser une conformation en repliement beta en raison de la répulsion électronique entre les paires d’électrons libres des atomes d’azote adjacents et de la géométrie plane de l’urée. De plus, le résidu semicarbazide a une meilleure résistance face aux protéases en plus d’être chimiquement plus stable qu’une liaison amide. Bien que les propriétés des azapeptides en fassent des mimes peptidiques intéressants, leurs méthodes de synthèses font appel à la synthèse laborieuse d’hydrazines substituées en solution. Le peptide sécréteur d’hormone de croissance 6 (GHRP-6, His-D-Trp-Ala-Trp-D-Phe-Lys-NH2) est un hexapeptide synthétique qui possède une affinité pour deux récepteurs distincts: les récepteurs GHS-R1a et CD36. Les travaux effectués au cours de mon doctorat qui seront détaillés dans cet ouvrage visent à atteindre deux objectifs: (1) le développement d’analogues du peptide GHRP-6 sélectif à un seul récepteur et (2) la mise au point d’une nouvelle méthodologie pour la synthèse combinatoire d’azapeptides. En réponse au premier objectif, la synthèse parallèle de 49 analogues aza-GHRP-6 a été effectuée et certains candidats sélectifs au récepteur CD36 ont été identifiés. L’étude de leurs propriétés anti-angiogéniques, effectuée par nos collaborateurs, a également permis d’identifier des candidats intéressants pour le traitement potentiel de la dégénérescence maculaire liée à l’âge. Une nouvelle approche pour la synthèse combinatoire d’azapeptides, faisant appel à l’alkylation et la déprotection chimiosélective d’une sous-unité semicarbazone ancrée sur support solide, a ensuite été développée. La portée de cette méthodologie a été augmentée par la découverte de conditions permettant l’arylation régiosélective de cette sous-unité semicarbazone, donnant accès à treize nouveaux dérivés aza-GHRP-6 possédant des résidus aza-arylglycines aux positions D-Trp2 et Trp4. L’élaboration de conditions propices à l’alkylation et la déprotection chimiosélective de la semicarbazone a donné accès à une variété de chaînes latérales sur l’acide aminé « aza » préalablement inaccessibles. Nous avons, entre autres, démontré qu’une chaîne latérale propargyl pouvait être incorporée sur l’acide aminé « aza ». Tenant compte de la réactivité des alcynes, nous avons ensuite élaboré des conditions réactionnelles permettant la formation in situ d’azotures aromatiques, suivie d’une réaction de cycloaddition 1,3-dipolaire sur support solide, dans le but d’obtenir des mimes de tryptophane. Sept analogues du GHRP-6 ont été synthétisés et testés pour affinité au récepteur CD36 par nos collaborateurs. De plus, nous avons effectué une réaction de couplage en solution entre un dipeptide possédant un résidu aza-propargylglycine, du paraformaldehyde et une variété d’amines secondaires (couplage A3) afin d’accéder à des mimes rigides d’aza-lysine. Ces sous-unités ont ensuite été incorporées sur support solide afin de générer sept nouveaux azapeptides avec des dérivés aza-lysine à la position Trp4 du GHRP-6. Enfin, une réaction de cyclisation 5-exo-dig a été développée pour la synthèse de N-amino imidazolin-2-ones en tant que nouveaux mimes peptidiques. Leur fonctionnalisation par une série de groupements benzyliques à la position 4 de l’hétérocycle a été rendue possible grâce à un couplage Sonogashira précédant la réaction de cyclisation. Les propriétés conformationnelles de cette nouvelle famille de composés ont été étudiées par cristallographie aux rayons X et spectroscopie RMN d’un tétrapeptide modèle. L’activité biologique de deux mimes peptidiques, possédant un résidu N-amino-4-méthyl- et 4-benzyl-imidazolin-2-one à la position Trp4 du GHRP-6, a aussi été examinée. L’ensemble de ces travaux devrait contribuer à l’avancement des connaissances au niveau des facteurs structurels et conformationnels requis pour le développement d’azapeptides en tant que ligands du récepteur CD36. De plus, les résultats obtenus devraient encourager davantage l’utilisation d’azapeptides comme peptidomimétiques grâce à leur nouvelle facilité de synthèse et la diversité grandissante au niveau de la chaîne latérale des acides aminés « aza ».Azapeptides are peptide mimics in which the CH alpha in one or more amino acids has been replaced with a nitirogen atom. Such a modification tends to induce beta turn conformations in peptides, because of the consequences of lone–pair lone–pair repulsion between the two adjacent nitrogens and the planar geometry of the urea in the semicarbazide moiety. Furthermore, the semicarbazide increases protease resistance and is chemically more stable than its amide counterpart. Despite the potential advantages of using azapeptides mimics, their synthesis has been hampered by the solution-phase construction of substituted hydrazines prior to their incorporation into peptide sequences. Growth Hormone Releasing Peptide 6 sequence (GHRP-6, His-D-Trp-Ala-Trp-D-Phe-Lys-NH2) is a synthetic hexapeptide that binds to two distinct receptor: the Growth Hormone Secretatgogue Receptor 1a (GHS-R1a) and the Cluster of Differentiation 36 (CD36) receptor. The body of my Ph.D thesis has been generally targeted towards two objectives: (a) the development of azapeptide analogs of GHRP-6 with enhanced receptor selectivity and (b) the elaboration of a new synthetic approach for combinatorial submonomer azapeptide synthesis. In response to the first objective, 49 aza-GHRP-6 derivatives were synthesized and evaluated for receptor binding and biological activity. From this library, certain candidates were identified which exhibited decreased affinity for the GHS-R1a receptor with maintained affinity for the CD36 receptor. Furthermore, in studying their anti-angiogenic properties, our collaborators have identified aza-GHRP-6 analogs, which caused a marked decrease in microvascular sprouting in choroid explants, as well as another displaying potential to increase angiogenesis. A new approach for the combinatorial synthesis of azapeptides was developed to better conduct SAR studies using azapeptides. This method features the chemoselective alkylation and deprotection of a resin-bound semicarbazone building block. The scope of the methodology was further expanded by the development of reaction conditions for the chemoselective N-arylation of this semicarbazone residue, yielding 13 aza-GHRP-6 derivatives with aza-arylglycines residues at the D-Trp2 and Trp4 positions. The elaboration of a methodology based on the chemoselective alkylation and deprotection of a semicarbazone has allowed for greater aza-amino acid side chain diversity, enabling for example, the efficient incorporation of aza-propargylglycine residues into peptide sequences. Considering the reactivity of alkynes, we developed reaction conditions for in situ formation of aromatic azides, followed by a 1,3-dipolar cycloaddition reaction on solid support to yield aza-1-aryl,2,3-triazole-3-alanine residues as tryptophan mimics. Seven aza-GHRP-6 analogs were synthesized and subsequently tested for binding to the CD36 receptor by our collaborators. Moreover, the coupling reaction between an aza-propargylglycine-containing dipeptide building block, paraformaldehyde and a variety of secondary amines (A3 coupling) was accomplished in solution to provide access to rigid aza-lysine mimics. These aza-dipeptides were subsequently incorporated at the Trp4 position of seven new aza-GHRP-6 analogues using a solid-phase protocol, and the resulting azaLys mimics were tested for binding towards the CD36 receptor. Finally, conditions for a 5-exo-dig cyclization of an aza-propargylglycine residue were developed to give N-amino imidazolin-2-ones as turn-inducing peptide mimics. Their modification at the 4 position was achieved using a Sonogashira coupling protocol prior to the cyclization step. The conformational properties of these new heterocyclic motifs were assessed by X-ray crystallography and NMR spectroscopy on a tetrapeptide model system. The incorporation of N-amino-4-methyl- and 4-benzyl-imidazolin-2-ones at the Trp4 position of GHRP-6 was further accomplished and the biological evaluation of the peptidomimetics was examined. Taken together, these results should lead to a better understanding of the structural and conformational factors responsible for binding and biological activity of azapeptide ligands of the CD36 receptor. Furthermore, the submonomer approach for azapeptide synthesis developed should promote the use of azapeptides as peptide mimics, given its accessibility and the increased aza-amino acid side-chain diversity available