Use of peptidic scaffolds for the control of the self-assembly of Guanine derivatives: From guanines tetrads to nucleic acids quadruplexes.
Utilisation de gabarits peptidiques pour le contrôle de l'auto-assemblage de dérivés de la Guanine : Des tétrades de guanines aux quadruplexes d'acides nucléiques.
Résumé
It is known for almost 50 years, that guanosine derivatives can form tetrads under specific conditions. Guanine tetrads, which are formed by the coplanar arrangement of four guanines through the formation of Hoogsteen hydrogen bonds, represent a relevant model for the study of molecular self-assembly processes and non covalent synthesis. In the first part of this manuscript, we will describe how a peptidic scaffold can be used to constrain the formation of a tetrad. The introduction of conformational constraints allows the control of the formation of synthetic guanines tetrads in water in the absence of cations to stabilize the structure. Two architectures have been synthesized and characterized and the results highlight the different phenomena that allow the formation of synthetic tetrads. It is also known that guanine rich nucleic acids sequences can form particular secondary structures, known as G-quadruplexes. These motifs represent relevant target for the development of new anticancer therapies since they are involved in a lot of biological events (telomere maintenance, oncogene activation ...). However the study of the interaction between small organic molecules and such motifs are difficult due to their high polymorphism. We propose in a second chapter the design and the synthesis of G-quadruplexes mimics based on the covalent attachment of short nucleic acids sequences on a peptidic scaffold, which allow the control of the topologies of the so-obtained quadruplexes. The study of the interactions of small organic molecules with these mimics has been performed by SPR studies. This approach appears to be very interesting to understand the interactions that are involved in the recognition of quadruplexes and the selection of new G4 ligands.
Il est connu depuis presque 50 ans que, dans certaines conditions, les dérivés de guanosine peuvent former des tétrades. Ces tétrades résultent de l'arrangement coplanaire de quatre guanines reliées par des liaisons hydrogène de type Hoogsteen. Ces motifs particuliers représentent un modèle pertinent pour l'étude des phénomènes d'auto-assemblage et de synthèses non covalentes via la formation de liaisons hydrogène. Dans la première partie de ce manuscrit nous décrirons comment l'utilisation d'un gabarit peptidique peut contraindre la formation d'une telle organisation. L'introduction de contraintes conformationnelles permet de contrôler la formation de tétrades de guanines synthétiques dans l'eau sans la présence de cation normalement nécessaire pour stabiliser de tels édifices. Deux architectures ont été développées et caractérisées et les études effectuées permettent de comprendre les phénomènes intervenant dans la structuration de ces tétrades synthétiques. Il est également connu que les acides nucléiques riches en guanines peuvent adopter des structures secondaires particulières, connues sous le nom de quadruplexes d'acides nucléiques, formées par l'empilement de tétrades de guanines. Ces motifs particuliers interviennent dans de nombreux phénomènes biologiques (maintenance des régions télomériques, activation des oncogènes, ...) et représentent des cibles intéressantes pour le développement de nouvelles thérapies anticancéreuses. Néanmoins l'étude des phénomènes de reconnaissance de ces motifs par de petites molécules organiques est perturbée par des phénomènes de polymorphisme inhérent aux motifs quadruplexes. Nous proposons dans un deuxième chapitre, le développement de mime de quadruplexe basé sur l'utilisation d'un gabarit peptidique pour le contrôle de la présentation de courtes séquences nucléotidiques et le développement d'architectures présentant une topologie contrôlée. Un intérêt tout particulier a été apporté à l'étude de l'interaction de petites molécules organiques avec de tels motifs par SPR. Les expériences réalisées confirment que l'approche employée peut être utilisée pour comprendre les interactions mises en jeu et sélectionner des ligands de quadruplexes performants.