Développement et caractérisation de récepteurs d'anions et applications thérapeutiques dans les canalopathies

Les canalopathies représentent une famille de pathologies d'origines génétiques diverses touchant de nombreux organes. Il s'agit principalement de maladies d'origines génétiques dont les traitements sont uniquement symptomatiques. Pouvant toucher, le système nerveux, le système musculaire, le système respiratoire ou encore le système endocrinien, ces pathologies présentent des expressions phénotypiques variées rendant leur diagnostic complexe et pouvant entrainer des retards de prise en charge. De nombreuses approches thérapeutiques ont pu être développées pour subvenir au besoin des patients touchés par ces troubles, cependant de nombreux projets de recherches sont en cours pour mieux comprendre et traiter ces maladies. Nous nous proposons donc dans un premier temps de passer en revue les canalopathies, ainsi que leurs thérapeutiques actuelles et futures. Parmi les nombreuses approches développées, celle du remplacement des canaux ioniques par de petites molécules pouvant assurer la fonction des protéines mutées est prometteuse. Cette stratégie thérapeutique présente des avantages importants mais également un certain nombre de défis à surmonter pour permettre le développement de thérapeutiques innovantes et sûres pour les patients. Il s'agit de l'approche que nous avons pu développer. Dans ce travail, nous présenterons également les travaux expérimentaux nous ayant permis de réaliser la synthèse de composés capable de piéger les anions et de démontrer les mécanismes de complexation des ions à ceux-ci

Rational introduction of fluorinated amino acids in ligands of Pin1 rotamase

Pin1 est une rotamase, une enzyme capable de catalyser l'isomérisation des liaisons peptidyle-prolyles. Au carrefour de plusieurs voies de régulation biochimique, sa dérégulation a été mise en évidence dans un certain nombre de pathologies. Sa surexpression est associée au développement de certaines formes de cancer. Cela a conduit de nombreuses équipes à développer une grande variété d'inhibiteurs, allant des petites molécules d'origine naturelle ou synthétique aux peptides. Cependant, le développement d'inhibiteurs satisfaisant l'ensemble des critères attendus comme la sélectivité, l'affinité, la stabilité métabolique ou la capacité à traverser les membranes biologiques s' avère très complexe. De fait, seul un faible nombre de molécules ont pour l'heure pu atteindre le stade des essais cliniques. De plus, le mécanisme catalytique et la régulation allostérique de cette enzyme sont encore à ce jour mal compris. Mieux comprendre ces processus permettrait de développer plus efficacement de nouveaux inhibiteurs. En parallèle, l'atome de fluor est devenu ces dernières années un élément clé en chimie médicinale, faisant de cet élément un incontournable dans l'industrie pharmaceutique. L'introduction d'atomes de fluor permet de moduler les propriétés biophysiques et chimiques des biomolécules, leur conférant des profils pharmacocinétiques et pharmacodynamiques plus favorables.L'objectif de cette thèse est de développer des nouveaux peptides et peptidomimétiques ligands de Pin1. En s'appuyant sur l'expertise de notre groupe dans la synthèse d'acides aminés fluorés et leur incorporation dans des peptides, deux séries de peptides fluorés ont été rationnellement conçus. La première série incorpore un analogue fluoré de proline dans le but d'induire une contrainte conformationnelle sur la liaison peptidyle-prolyle, alors que la seconde met en jeu un bioisostère fluoré de phosphate pour améliorer la stabilité métabolique des ligands. Plusieurs peptides ont été synthétisés avec succès pour chacune des séries. Leur affinité pour Pin1 a pu être évaluée par des expériences RMN. Ces résultats ont permis de mener une étude de relations structure-activité. Celle-ci a permis d'obtenir des premières indications précieuses sur les caractéristiques majeures pour promouvoir une interaction avec les différents domaines de Pin1 avec de bonnes affinité et sélectivité.Pin1 is a rotamase, an enzyme known to catalyse the peptidyl-prolyl bond isomerisation. At the crossroads of multiple biochemical pathways, its deregulation is associated with numerous pathologies. The development of some cancer has been linked to its overexpression. As such, multiple research groups have been interested in the development of a great variety of inhibitors going from small synthetic or natural molecules to peptides. However, finding the good balance of properties like selectivity, affinity, metabolic stability or biological membrane permeation has proven to be challenging. That is why very few molecules reach the clinical trial step. Furthermore, neither the catalytic mechanism nor the allosteric regulation of the enzyme is fully understood yet. A better understanding of those processes should allow more efficient development of new inhibitors. Moreover, fluorine is considered as a key in medicinal chemistry and is slowly becoming a must in the pharmaceutical industry. The use of fluorine has demonstrated a great interest in medicinal chemistry. The incorporation of fluorine atoms is known to modulate the biophysical and chemical properties of biomolecules, thus conferring highly favorable pharmacokinetic and pharmacodynamic profiles.The aims of this thesis were to develop new peptidic and peptidomimetic Pin1 ligands. Based on our expertise in the synthesis of fluorinated amino acids and their incorporation into peptides, we rationally designed two fluorinated peptide series. The first one incorporates a fluorinated proline analogue able to introduce conformational constraint on the peptidyl-prolyl bond while the second series bears a fluorinated bioisostere of phosphate to enhance the metabolic stability of the ligands. A set of peptides in both series have been successfully synthesized, and their affinity for Pin1 has been assessed by NMR experiments. From those results, a structure-activity relationship study has been performed highlighting some key features to promote good and selective binding affinity for Pin1 domains

Intertwined detection and recognition roles of tetrazine in synergistic anion‐π and H‐bond based anion receptor

International audienceThe intrinsic properties of tetrazine as a pi-anion receptor and as an on/off recognition probe merged with H-bond ability of an urea motif into a single architecture designs a new generation of well-defined anion receptors. Complexation properties directly benefit from the dual and synergistic contribution of tetrazine and urea. In this study, we report on the synthesis and assessment of binding properties to anions of diverse geometries. Association constants have been predicted by theoretical calculations and evaluated by multiple and complementary experimental techniques including electrospray-mass tandem spectroscopy, NMR, UV-Visible, steady state fluorescence spectroscopies and time resolved fluorescence. These results provide the basis for a better understanding of both the complexation and the anion-dependent quenching mechanism

Design and property investigation on a five-interaction-based fluorescent anion receptor clip

International audienceA molecular clip combining a doubly substituted fluorescent anion-π donor probe and two flexible arms bearing H-bond motifs constitutes a new generation of anion receptors. Five simultaneous non-covalent interactions are highlighted by theoretical complexation studies with five different anions. A large range of analytical techniques (electrospray-tandem mass spectrometry, NMR, UV-Visible, steady-state as well as time-resolved fluorescence) was deployed to evaluate the stoichiometry and association constants with the selected anions. The photophysical and anion-π donor properties of the tetrazine ring allowed fine characterization of the binding properties of the ligand. Based on previously published results, an anti-cooperativity effect in non-covalent interactions was demonstrated

Chloride Binding Modulated by Anion Receptors Bearing Tetrazine and Urea

International audienceModulation and fine-tuning of the strength of weak interactions to bind anions are described in a series of synthetic receptors. The general design of the receptors includes both a urea motif and a tetrazine motif. The synthetic sequence towards three receptors is detailed. Impacts of H-bond strength and linker length between urea and tetrazine on chloride complexation are studied. Binding properties of the chloride anion are examined in both the ground and excited states using a panel of analytical methods (NMR spectroscopy, mass spectrometry, UV/Visible spectroscopies, and fluorescence). A ranking of the receptors by complexation strength has been determined, allowing a better understanding of the structure-properties relationship on these compounds