Caractérisation du rôle de l’amyline (IAPP) dans le diabète de type 2 : études de dérivés peptidiques et de composés inhibiteurs de la formation d’amyloïde

L’amyloïdose, une maladie progressive et incurable, implique une vaste panoplie de pathologies et de pathogénèses, qui est expliquée par la grande variabilité biologique et structurale des protéines responsables de la formation des dépôts d’amyloïde. L’amyline (polypeptide amyloïde des îlots pancréatiques, IAPP) est une protéine très susceptible de subir des changements de conformation impliquant les feuillets bêta et conférant aussi des propriétés physicochimiques distinctes. Cette protéine prend alors une forme fibrillaire et se dépose dans les îlots de Langerhans chez les humains atteints de diabète de type 2 ou d’insulinome. Ces dépôts d’amyloïde pancréatique (AIAPP) ont été décrits chez certaines espèces animales telles que les félins domestiques, les grands félins, le raton laveur et les primates non humains. La formation de dépôts d’amyloïde contribue à la pathogénèse du diabète de type 2, mais les mécanismes qui induisent la conversion de l’amyline (IAPP) en amyloïde (AIAPP) ne sont pas complètement compris. Les hypothèses du projet sont que certaines variations présentes dans les séquences peptidiques de l’IAPP provenant de différentes espèces animales jouent un rôle critique pour la formation de fibrilles et que plusieurs composés chimiques aromatiques/phénoliques sont capables d’abroger la formation de dépôts d’amyloïde. Le projet de recherche consiste donc à caractériser la propension des différentes isoformes animales d’IAPP à former de l’amyloïde in vitro afin d’identifier les acides aminés jouant un rôle clé dans cette transformation structurale et ultimement d’inhiber la formation d’amyloïde pancréatique. Le projet se divise en deux volets principaux. Le premier consiste à identifier les différentes séquences peptidiques de l’IAPP retrouvées chez les espèces animales. L’objectif est d’identifier les acides aminés jouant un rôle clé dans la formation d’amyloïde. Le gène de l’IAPP a été séquencé chez plus d’une quarantaine d’espèces. Le potentiel d’agrégation des séquences obtenues a été simulé à l’aide d’outils bioinformatique. Une librairie de 23 peptides a été commandée afin de procéder à des analyses physicochimiques in vitro permettant d’évaluer le potentiel amyloïdogénique (test fluorimétrique à la thioflavine T, essai de liaison au rouge Congo, dichroïsme circulaire, microscopie électronique à transmission) et cytotoxique (sur une lignée cellulaire provenant d’insulinome : INS-1). Les analyses effectuées à partir de la librairie constituée de 23 peptides ont permis d’identifier trois séquences ne formant pas d’amyloïde et qui proviennent des espèces animales suivantes : le tamarin lion doré (Leontopithecus rosalia), le grand dauphin (Tursiops truncatus) et l’alpaga (Vicugna pacos). Un site potentiellement critique est le segment 8-20 présentant le motif NFLVH qui ne forme plus d’amyloïde lorsqu’il est remplacé par le motif DFLGR ou KFLIR. Les acides aminés 29P, 14K et 18R sont également impliqués dans l’inhibition de la transformation structurale en fibrille. La dernière partie du projet consiste à inhiber la formation de l’amyloïde en utilisant des composés chimiques commercialisés (hypoglycémiants, anti-inflammatoires non stéroïdiens) ou nouvellement synthétisés dans notre laboratoire (les aryles éthyles urées). Un criblage d’une soixantaine de composés chimiques a été conduit dans cette étude. Leur efficacité a été testée sur l’IAPP humaine, qui possède un fort potentiel amyloïdogénique. Les techniques utilisées sont les mêmes que celles exploitées précédemment. L’essai de liaison croisée photo-induite ("photo-induced cross-linking of unmodified proteins", PICUP) a été réalisé afin d’étudier les formes intermédiaires (monomères, oligomères). Un total de 11 composés chimiques a démontré un potentiel à inhiber l’agrégation des fibrilles. Pour la classe des hypoglycémiants, le glyburide, le répaglinide et la troglitazone ont montré l’activité thérapeutique la plus élevée pour retarder et réduire la formation de fibrilles. Les anti-inflammatoires antiamyloïdogènes actifs incluaient le diclofenac, le méloxicam, le phénylbutazone, le sulindac et le ténoxicam. Les aryles étyles urées les plus intéressantes étaient la EU-362 et la EU-418. Tous ces composés ont conféré une protection cellulaire contre l’activité cytotoxique des fibrilles. Les molécules actives possèdent des éléments structuraux communs tels des substituants donneurs d’électrons (alcool, amine, halogène) sur un noyau benzène. En conclusion, ce projet de recherche a permis de caractériser l’IAPP chez diverses espèces animales, dont plusieurs chez lesquelles elle n’avait pas encore été décrite, de déterminer les sites jouant un rôle clé dans sa transformation en amyloïde et, ultimement, de tester le potentiel thérapeutique de nouveaux agents antiamyloïdogènes dans le diabète de type 2. Nous espérons que ce projet ouvrira ainsi la porte à de nouvelles stratégies de traitement.

Studies toward the total synthesis of natural and unnatural aeruginosins

Nous avons démontré l’utilité du groupement protecteur tert-butylsulfonyle (N-Bus) pour la chimie des acides aminés et des peptides. Celui-ci est préparé en deux étapes, impliquant la réaction d’une amine avec le chlorure de tert-butylsulfinyle, suivie par l’oxydation par du m-CPBA, pour obtenir les tert-butylsulfonamides correspondants avec d’excellents rendements. Le groupement N-Bus peut être clivé par traitement avec 0.1 N TfOH/DCM/anisole à 0oC en 10h pour régénérer le sel d’ammonium. Une variété d’acides aminés N-Bus protégés ainsi que d’autres aminoacides peuvent alors être utilisés pour préparer divers dipeptides et tripeptides. A l’exception du groupe N-Fmoc, les conditions de déprotection du groupe N-Bus clivent également les groupements N-Boc, N-Cbz et O-Bn. Une déprotection sélective et orthogonale des groupes N-Boc, N-Cbz, N-Fmoc et O-Bn est également possible en présence du groupe protecteur N-Bus. Le nouvel acide aminé non-naturel (3R, 2R) 3–méthyl-D-leucine (β-Me-Leu) et son régioisomère 2-méthyle ont été synthétisés par ouverture d’une N-Ts aziridine en présence d’un excès de LiMe2Cu. Chacun des régioisomères du mélange (1:1,2) a été converti en la méthylleucine correspondante, puis couplé à l’acide D-phényllactique puis au motif 2-carboxyperhydroindole 4-amidinobenzamide en présence de DEPBT. Des élaborations ultérieures ont conduit à des analogues peptidiques non-naturels d’aeruginosines telles que la chlorodysinosine A. Les deux analogues ont ensuite été évalués pour leur activité inhibitrice de la thrombine et la trypsine. La présumée aeruginosine 3-sulfate 205B et son anomère β ont été synthétisés avec succès à partir de 5 sous-unités : la 3-chloroleucine, l’acide D-phényllactique, le D-xylose, le 2-carboxy-6-hydroxyoctahydroindole et l’agmatine. La comparaison des données RMN 1H et 13C reportées avec celles obtenues avec l’aeruginosine synthétique 205B révèle une différence majeure pour la position du groupe présumé 3'-sulfate sur l’unité D-xylopyranosyle. Nous avons alors synthétisés les dérivés méthyl-α-D-xylopyranosides avec un groupement sulfate à chacune des positions hydroxyles, afin de démontrer sans ambiguïté la présence du sulfate en position C-4' par comparaison des données spectroscopiques RMN 1H et 13C. La structure de l’aeruginosine 205B a alors été révisée. Une des étapes-clés de cette synthèse consiste en la formation du glycoside avec le groupe hydroxyle en C-6 orienté en axial sur la sous-unité Choi. Le 2-thiopyridylcarbonate s’est avéré une méthode efficace pour l’activation anomérique. Le traitement par AgOTf et la tétraméthylurée en solution dans un mélange éther-DCM permet d’obtenir l’anomère α désiré, qui peut alors être aisément séparé de l’anomère β par chromatographie

Coal Seam Gas Water from Maramarua, New Zealand: Characterisation and Comparison to United States Analogues

Groundwater from Maramarua has been identified as coal seam gas (CSG) water by studying its composition, and comparing it against the geochemical signature from other CSG basins. CSG is natural gas that has been produced through thermogenic and biogenic processes in underground coal seams; CSG extraction requires the abstraction of significant amounts of CSG water. To date, no international literature has described coal seam gas water in New Zealand, however recent CSG exploration work has resulted in CSG water quality data from a coal seam in Maramarua, New Zealand. Water quality from this site closely follows the geochemical signature associated with United States CSG waters, and this has helped to characterise the type of water being abstracted. CSG water from this part of Maramarua has low calcium, magnesium, and sulphate concentrations but high sodium (334 mg/l), chloride (146 mg/l) and bicarbonate (435 mg/l) concentrations. In addition, this water has high pH (7.8) and alkalinity (360 mg/l as CaCO3), which is a direct consequence of carbonate dissolution and biogenic processes. Different analyte ratios ('source-rock deduction' method) have helped to identify the different formation processes responsible in shaping Maramarua CSG water

Three-dimensional hydrogen-bonded structures in the hydrated proton-transfer salts of isonipecotamide with the dicarboxylic oxalic and adipic acid analogues

The structures of the 1:1 hydrated proton-transfer compounds of isonipecotamide (piperidine-4-carboxamide) with oxalic acid, 4-carbamoylpiperidinium hydrogen oxalate dihydrate, C6H13N2O+·C2HO4-·2H2O, (I), and with adipic acid, bis­(4-car­bam­oylpiperidinium) adipate dihydrate, 2C6H13N2O+·C6H8O42-·2H2O, (II), are three-dimensional hydrogen-bonded constructs involving several different types of enlarged water-bridged cyclic associations. In the structure of (I), the oxalate monoanions give head-to-tail carb­oxy­lic acid O-HOcarboxyl hydrogen-bonding inter­actions, forming C(5) chain substructures which extend along a. The isonipecotamide cations also give parallel chain substructures through amide N-HO hydrogen bonds, the chains being linked across b and down c by alternating water bridges involving both carboxyl and amide O-atom acceptors and amide and piperidinium N-HOcarboxyl hydrogen bonds, generating cyclic R43(10) and R32(11) motifs. In the structure of (II), the asymmetric unit comprises a piperidinium cation, half an adipate dianion, which lies across a crystallographic inversion centre, and a solvent water mol­ecule. In the crystal structure, the two inversion-related cations are inter­linked through the two water mol­ecules, which act as acceptors in dual amide N-HOwater hydrogen bonds, to give a cyclic R42(8) association which is conjoined with an R44(12) motif. Further N-HOwater, water O-HOamide and piperidinium N-HOcarbox­yl hydrogen bonds give the overall three-dimensional structure. The structures reported here further demonstrate the utility of the isonipecotamide cation as a synthon for the generation of stable hydrogen-bonded structures. The presence of solvent water mol­ecules in these structures is largely responsible for the non-occurrence of the common hydrogen-bonded amide-amide dimer, promoting instead various expanded cyclic hydrogen-bonding motifs.

Crystal structures and hydrogen bonding in the morpholinium salts of four phenoxyacetic acid analogues

The anhydrous salts morpholinium (tetrahydro-2-H-1,4-oxazine) phenxyacetate, C4H10NO+ C8H7O3- (I), (4-fluorophenoxy)acetate, C4H10NO+ C8H6FO3- (II) and isomeric morpholinium (3,5-dichlorophenoxy)acetate (3,5-D) (III) and morpholinium (2,4-dichlorophenoxy)acetate (2,4-D), C4H10NO+ C8H5Cl2O3- (IV), have been determined and their hydrogen-bonded structures are described. In the crystals of (I), (III) and (IV), one of the the aminium H atoms is involved in a three-centre asymmetric cation-anion N-H...O,O' R2/1(4) hydrogen-bonding interaction with the two carboxyl O-atom acceptors of the anion. With the structure of (II), the primary N---H...O interaction is linear. In the structures of (I), (II) and (III), the second N-H...O(carboxyl) hydrogen bond generates one-dimensional chain structures extending in all cases along [100]. With (IV), the ion pairs are linked though inversion-related N-H...O hydrogen bonds [graph set R2/4(8)], giving a cyclic heterotetrameric structure.

Novel Functionalised Troger's Bases: Synthesis of a New Class of Troger's Base Analogues Containing Dicarboxyl Functionality

The synthesis of three new Troger's base analogues, each functionalized with two carboxyl groups, is described. Copyright.

Self-Assembly of Bile Steroid Analogues: Molecules, Fibers, and Networks

Structural and rheological features of a series of molecular hydrogels formed by synthetic bile salt analogues have been scrutinized. Among seven gelators, two are neutral compounds, while the others are cationic systems among which one is a tripodal steroid derivative. Despite the fact that the chemical structures are closely related, the variety of physical characteristics is extremely large in the structures of the connected fibers (either plain cylinders or ribbons), in the dynamical modes for stress relaxation of the associated SAFINs, in the scaling laws of the shear elasticity (typical of either cellular solids or fractal floc-like assemblies), in the micron-scale texture and the distribution of ordered domains (spherulites, crystallites) embedded in a random mesh, in the type of nodal zones (either crystalline-like, fiber entanglements, or bundles), in the evolution of the distribution and morphology of fibers and nodes, and in the sensitivity to added salt. SANS appears to be a suitable technique to infer all geometrical parameters defining the fibers, their interaction modes, and the volume fraction of nodes in a SAFIN. The tripodal system is particularly singular in the series and exhibits viscosity overshoots at the startup of shear flows, an “umbrella-like” molecular packing mode involving three molecules per cross section of fiber, and scattering correlation peaks revealing the ordering and overlap of 1d self-assembled polyelectrolyte species.

Cyclononitols: a flexible synthetic approach towards nine-membered carbasugar analogues

A novel, concise, stereocontrolled approach to nine-membered carbasugar analogues (cyclononitols) from a bicyclo[4.3.1]deca-2,4-dien-10-one scaffold, harbouring a `locked' cyclononane ring and latent functionalities, is described.

Infrared spectra of 1.3-dithiole-2-thione and its selenium analogues ând frequency assignment and molecular force constants

Infrared spectra of 1,3-dithiole-2-thione (DTT) and its four selenium analogues have been studied in the region 4000 to 20 cm�1. Assignment of all the fundamental frequencies was made by noting the band shifts on progressive selenation. Normal coordinate analysis procedures have been applied for both in-plane and out-of-plane vibrations to help the assignments. The Urey�Bradley force function supplemented with valence force constants for the out-of-plane vibrations was employed for coordinate calculations. A correlation of the infrared assignments of DTT with its different selenium analogues is accomplished. Further, the infrared assignments are compared with those of trithiocarbonate ion and its selenium analogues and other structurally related heterocyclic molecules.

Binding of polyphenols to plant cell wall analogues - Part 1: Anthocyanins

Anthocyanins are located within the vacuole of plant cells, and are released following cell rupture during eating or processing at which time they first come into contact with the plant cell wall. The extent of anthocyanin-cell wall interaction was investigated by monitoring the rate of anthocyanin depletion in the presence of pure cellulose or cellulose-pectin composites as cell wall models. It was found that anthocyanins interact with both cellulose and pectin over a two-stage process with initially (mins-hours) 13 similar to 18% of anthocyanins binding to cellulose or cellulose/pectincomposites. With prolonged exposure (days-weeks), a gradual increase in anthocyanin binding occurs, possibly due to anthocyanins stacking on top of a base layer. Binding of acylated and non-acylated anthocyanins followed a similar pattern with slightly more (5-10%) binding of the acylated forms. Composites with the highest pectin content had the greatest anthocyanin binding suggesting the existence of both ionic interactions (with pectin) and hydrophobic interactions (with cellulose) of anthocyanin with plant cell walls.

Binding of polyphenols to plant cell wall analogues - Part 2: Phenolic acids

Bacterial cellulose and cellulose-pectin composites were used as well-defined model plant cell wall (PCW) systems to study the interaction between phenolic acids (PA) derived from purple carrot juice concentrate (PCJC) and PCW components. Significant PA depletion from solution occurred, with pure cellulose initially (30 s-1 h) absorbing more than cellulose-pectin composites in the first hour (ca 20% cf 10-15%), but with all composites absorbing similar levels (ca 30%) after several days. Individual PAs bound to different relative extents with caffeic acid > chlorogenic acid > ferulic acid. Extrapolation of data for these model systems to carrot puree suggests that nutritionally-significant amounts of PAs could bind to cell walls, potentially restricting bioavailability in the small intestine and, as a consequence, delivering PAs to the large intestine for fermentation and metabolism by gut bacteria. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Theoretical studies on penicillins, penicillin sulphones and their 1-oxa-1-dethia and 1-carba-1-dethia analogues: binding specificities of transeptidases and penicillinases

Empirical potential energy calculations have been carried out to determine the preferred conformations of penicillins and penicillin sulphones and their 1-oxa-1-dethia and 1-carba-1-dethia analogues. With the exception of 1-oxa-1-dethia penicillins, all the other compounds favour C2 and the C3 puckered conformations of their five-membered rings. Replacement of C2 methyl groups by hydrogen atoms as in bisnorpenicillin V or oxidation of sulphur in position 1 as in sulphones, makes the C3 puckered form much less favourable. Addition of an amino-acyl group at the C6 atom, however, makes the C3 puckered form more favoured in penicillin G or V and in 1-carba-1-dethia penicillins. Through the replacement of the sulphur atom at position 1 by an oxygen atom or by a -CH2 group increases the non-planarity of the lactam peptide bond, it significantly affects the relative disposition of the C3 carboxyl group with respect to the β-lactam ring. These conformational differences have been correlated with the biological activities of these compounds. The present study suggests that the conformation of the bicyclic ring system may be more important for initial binding with the crosslinking enzyme(s) involved in the biosynthesis of bacterial cell-wall peptidoglycan and that the mode of binding is influenced by the nature of the side-group at the C6 atom. These studies predict, in agreement with experimental results, that the 1-oxa-1-dethia penicillin nulceus is an inhibitor of penicillianses. The study also suggests that the stereospecificities of the crosslinking enzyme(s) and penicillinases are very similar with regard to the nature of the side-group at the 6 atom and the confirmation of the bicyclic ring system. However, the confirmational requirement for the bicyclic ring system appears to be more specific in the former enzyme than in the latter.