Noves estructures basades en aminoàcids trifuncionals: foldàmers i quimioteques basades en derivats de prolina

Abstract

Les molècules ramificades poden jugar un paper clau en la síntesi en fase sòlida de compostos amb una elevada complexitat estructural. En aquest sentit i concretament en la síntesi de pèptids i peptidomimètics, els aminoàcids trifuncionals hi juguen un paper fonamental. En aquesta tesi s'han utilitzat aquest tipus de molècules per tal d'obtenir estructures complexes com són els pèptids cíclics, els foldàmers i noves quimioteques. Com a plataformes ramificadores s'han utilitzat derivats trifuncionals de prolina, com la cis-gamma-amino-L-prolina i la trans-4-hidroxi-L-prolina. <br/>Així, la present tesi doctoral descriu tres projectes diferents els quals comparteixen l'ús de la síntesi en fase sòlida com a metodologia sintètica, així com la utilització d'aminoàcids trifuncionals. Els diferents projectes es basen en: (i) estudi de grups protectors ortogonals en la síntesi de pèptids cíclics en fase sòlida; (ii) síntesi, estudis estructurals i aplicacions de fòldamers gamma-peptídics derivats de la gamma-amino-L-prolina; i (iii) síntesi en fase sòlida d'una llibreria d'inhibidors de la lisil-tRNA sintetasa (LysRS) de <i>Plasmodium falciparum</i>, paràsit causant de la malària. <br/><br/>CAPÍTOL 1: En la síntesi en fase sòlida és del tot imprescindible disposar de grups protectors ortogonals per tal d'obtenir uns resultats satisfactoris al final d'una síntesi complexa. Tot i això, no sempre s'arriba als resultats esperats. El primer capítol d'aquesta tesi descriu els problemes derivats de treballar amb els grups protectors d'amines Fmoc i Alloc quan estan continguts en el mateix aminoàcid trifuncional. El problema que es descriu és l'eliminació prematura del grup Fmoc en les condicions d'eliminació dels grup Alloc. Així, s'estableix l'origen del problema i s'estableixen metodologies alternatives d'acoblament per tal d'evitar subproductes no desitjats. Aquest mateix capítol descriu la síntesi en fase sòlida de tetra-beta-pèptids cíclics utilitzant un sistema de protecció tetraortogonal. <br/><br/>CAPÍTOL 2: Els gamma-pèptids són els foldàmers més estudiats fins al moment, ja que se n'ha descrit propietats força interessants com ara l'antimicrobiana o la seva capacitat per travessar la membrana de cèl·lules eucariotes, fet que els converteix en bons candidats a transportadors de fàrmacs. La rellevància que estan adoptant aquests peptidomimètics es deu bàsicament al fet que aquestes molècules no naturals poden millorar alguns inconvenients dels pèptids naturals, com pot ser la baixa estabilitat en front a proteasses. <br/>El segon capítol d'aquesta tesi doctoral descriu la síntesi en fase sòlida de gamma-pèptids derivats de la cis-gamma-amino-L-prolina. A més a més, estudis estructurals mitjançant l'ús de tècniques de dicroïsme circular i ressonància magnètica nuclear estableixen que aquest tipus de compostos formen llaços C9, donant com a resultat en una estructura regular una sèrie de girs concatenats d'aquest tipus, estructura que també es pot descriure com a hèlix 9. <br/>Aquest mateix capítol descriu algunes propietats d'aquest compostos, com ara la seva capacitat de travessar membranes cel·lulars, la baixa toxicitat, l'elevada estabilitat en front a proteasses o l'activitat antimicrobiana. L'entrada cel·lular de cada pèptid es quantifica mitjançant tècniques de fluorimetria de plaques i de citometria de flux i es visualitza al microscopi confocal. <br/><br/>CAPÍTOL 3: El tercer capítol descriu la síntesi d'una llibreria de compostos potencials inhibidors de la lisil-tRNA sintetassa (LysRS) del <i>Plasmodium falciparum</i>, paràsit causant de la malària. S'ha vist que les aminoacil-tRNA sintetasses poden ser dianes terapèutiques força vàlides, ja que tot i ser enzims essencials en totes les espècies, aquestes es poden inhibir d'una forma espècie-específica. En la ruta biològica de la traducció en la que participen les tRNA sintetasses es forma un complex intermedi, l'aminoacil adenilat, en el qual es va basar el disseny dels inhibidors. Així, aquest capítol descriu la síntesi de sulfamats en fase sòlida i la seva posterior utilització en la síntesi d'una llibreria de 90 inhibidors.

<i>Branched molecules, such as trifunctional amino acids, can play important roles in the creation of complex structures using solid-phase synthesis. This thesis describes the use of proline derived trifunctional amino acids such as cis-gamma-aminoproline and trans-4-hidroxyproline for the synthesis of cyclic peptides, foldamers and libraries. Thus, this thesis has been divided into three different chapters, which share both the use of these trifunctional molecules and the use of solid-phase peptide synthesis as a common methodology. <br/><br/>The first chapter describes several problems derived from the use of orthogonal protecting groups in the same molecule. For instance, it describes that, in certain cases, the Fmoc protecting group can be removed when eliminating the Alloc one, not for its removing conditions but for the free amine that are kept free once the Alloc group has been removed. The use of several protecting groups at the same time was also tested in the synthesis of cyclic tetra-beta-peptides using a tetra-orthogonal protecting scheme. <br/><br/>The second chapter describes the solid-phase synthesis of abiotic foldamers derived from proline derivatives. This chapter also describes that these compounds can fold forming a series of C9 turns, which, in an idealised structure, can form an helix 9. The labelling of these gamma-peptides with a fluorescent probe followed by their confocal microscopy study reveal that these gamma-peptides are able to cross the cell membrane of eukaryotic cells, a property that makes them good candidates as drug carriers for drug delivery. Actually, the conjugation of one of them with a PNA reveals that this gamma-peptide can transport this big non-membrane permeable molecule inside the cell, demonstrating its value for such application. <br/><br/>In the third chapter, the solid phase synthesis of sulfamates is described, as well as their application in the synthesis of inhibitors of the lysil-tRNA synthetase (LysRS) of "Plasmodium falciparum" </i>