Projet ANR-12-JS07-0008 – NIPS : Développement d’une nouvelle stratégie pour la synthèse peptidique inversée
Programme : JCJC - SIMI 7 - Chimie moléculaire, organique, de coordination, catalyse et chimie biologique (JCJC SIMI 7)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Madame Renata MARCIA DE FIGUEIREDO (Institut Charles Gerhardt de Montpellier - ENSCM)
Partenaires : Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux - Institut Charles Gerhardt Montpellier
Montant : 167996.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 36 mois
Résumé : Développement d’une nouvelle stratégie pour la synthèse peptidiqueLe projet NIPS vise à développer une nouvelle méthode de synthèse peptidique inversée
Etudes vers la mise au point d’une nouvelle méthode de formation de la liaison amide pour application en synthèse peptidique de façon non-conventionnelleL’utilisation des peptides connait un engouement croissant non seulement dans l’industrie pharmaceutique (60 peptides sont actuellement sur le marché) mais également dans des domaines variés comme les polymères ou les matériaux : les soies artificielles, les hydrogels, la catalyse supportée, des agents de ciblages pour l’imagerie ou la thérapie sont quelques applications industrielles de ces produits. Les méthodes connues pour réaliser un couplage peptidique reposent sur l'activation d’un carboxylate puis réaction avec une amine (C->N). La nécessité pour le chimiste de devoir activer la fonction acide impose le sens de la synthèse peptidique pour minimiser les risques d’épimérisation lors de l’introduction de chaque acide aminé. Nous avons donc souhaité développer une stratégie de synthèse peptidique inversée (N?C) tout en réduisant les risques de racémisation (but du projet NIPS).
Utilisation d’alpha-aminoesters activés stables et simples à préparer pour réaliser des couplages peptidiques en solutionTout d’abord, il est important de souligner que la réalisation de l’ensemble des travaux a été envisagée de se faire, dans un premier temps, en solution, la transposition sur support solide étant un des objectifs ultérieurs de ce projet. Nous avons particulièrement privilégié la mise au point de conditions réactionnelles simples, avec un maximum possible d’économie d’atomes pour les couplages, afin de surmonter les inconvénients liées à la toxicité et le poids moléculaire élevé des agents de couplage peptidiques classiques. Pour ce faire, l’utilisation de réactifs simples, peu onéreux et pas toxique s’est montrée primordiale dans nos recherches. De plus, nous avons établi une collaboration entre notre équipe, spécialisée dans la synthèse organique et l’équipe du Pr. Gilles Subra, spécialisée dans la synthèse peptidique sur support solide. De la synergie engendrée par l’expertise des 2 équipes, [ainsi que leurs plateformes d’équipements propres et adaptées aux besoins de ce projet (ICGM et IBMM)] une stratégie de synthèse innovante et efficace a pu être développée.
Résumé de la soumission : L’utilisation des peptides connaissent un engouement croissant non seulement dans l’industrie pharmaceutique (60 peptides sont actuellement sur le marché) mais également dans des domaines variés comme les polymères ou les matériaux : les soies artificielles, les hydrogels, la catalyse supportée, des agents de ciblages pour l’imagerie ou la thérapie sont quelques applications industrielles de ces peptides. Le projet NIPS vise à transformer radicalement la conception des stratégies de synthèse des peptides, en envisageant non pas l’activation classique des acides carboxyliques mais l’activation de la partie ‘amino’ lors de la création du lien peptidique. Cette stratégie ‘inversée’ de création de la liaison peptidique devrait permettre de lever quelques verrous inhérents à l’utilisation des réactifs de couplages peptidiques classiques. Si ces réactifs de couplages sont extrêmement efficaces, ils sont néanmoins associés à des problèmes inhérents à leur mode d’activation :- Ils imposent le sens de la synthèse peptidique de l’extrémité C-terminale vers l’extrémité N-terminale pour minimiser les risques d’épimérisation lors de l’introduction de chaque acide aminé. - Il est par ailleurs connu que l’introduction des dérivés de type histidine et cystéine, via l’activation de la fonction carboxylate, conduit à des taux d’épimérisation importants et difficilement contrôlables. - D’autre part l’introduction d’acides aminés encombrés (comme les AA a,a-disubstitués) est difficile et nécessite des réactifs particuliers et/ou des temps de réaction étendus. Enfin, le couplage par fragments, et par conséquence  les cyclisations dans le cas de peptides cycliques, conduit à des taux d’épimérisation non contrôlés qui nécessitent des travaux d’optimisation fastidieux.  En conclusion, le projet NIPS vise le développement d’une stratégie novatrice de couplage peptidique via l’activation de la fonction ‘amino’. Avec cet outil méthodologique, et en s’appuyant sur des résultats préliminaires prometteurs, nous espérons pouvoir régler, tout ou partie, des problèmes associés à l’utilisation classique des réactifs de couplages peptidiques.
Résultats : Une méthode s’appuyant sur la combinaison d’alpha-aminoesters activés avec des acides carboxyliques a été développée au sein du laboratoire grâce au financement alloué par l’ANR. La synthèse en solution de plusieurs dipeptides et tripeptides a été réalisée avec d’excellents rendements. De plus, un tetrapeptide modèle a pu être préparé dans le sens inversé (direction N?C) et l’utilisation d’un acide aminé comportant un résidu cystéine (très sensible à la racémisation) a donné le produit de couplage escompté exempt de racémisation. La méthode développée a pu également être transposée en large échelle lors de la synthèse d’un dipeptide.
Perspectives : Bien qu’une importante partie des objectifs de NIPS a pu être attendre, il reste néanmoins des problèmes liés i) à l’utilisation d’AA encombrés et ii) aux couplages par fragments. En parallèle, nous souhaiterions également parvenir à transposer notre méthode sur support solide (collaboration avec le Pr. Subra). Ceci pourrait, en effet, nous permettre d’envisager la synthèse de peptides plus longs (>5 résidus AA). De plus, des études concernant la mise en évidence du mécanisme réactionnel de cette transformation ont été initiées.
Publications et brevets : A ce jour, l’ensemble de travaux réalisés dans le cadre de ce projet a d’ores et déjà fait l’objet de 3 publications dans des journaux à renommée internationale (ACIE en 2014 ; Synthesis en 2014 ; Organic Syntheses en 2015). Deux autres publications sont en cours de préparation, dont un Chemical Reviews. Par ailleurs, deux communications orales ont également été réalisées : une lors du 3ème SCF-d’Avenir à Montpellier en 2015 (R. Marcia de Figueiredo) et une lors de la SECO 52 (J.-S. Suppo, thésard NIPS, prix de la meilleure communication orale). Présentations par affiche (>5).