Molecular evolution of proadrenomedullin N-terminal 20 peptide (PAMP):evidence for gene co-option

Posttranslational processing of proadrenomedullin generates two biologically active peptides, adrenomedullin (AM) and proadrenomedullin N-terminal 20 peptide (PAMP). Sequence comparison of homologous proadrenomedullin genes in vertebrate evolution shows a high degree of stability in the reading frame for AM, whereas PAMP sequence changes rapidly. Here we investigate the functional significance of PAMP phylogenetic variation studying two of PAMP's better characterized physiological activities, angiogenic potential and antimicrobial capability, with synthetic peptides carrying the predicted sequence for human, mouse, chicken, and fish PAMP. All tested peptides induced angiogenesis when compared with untreated controls, but chicken and fish PAMP, which lack terminal amidation, were apparently less angiogenic than their human and mouse homologs. Confirming the role of amidation in angiogenesis, Gly-extended and free acid variants of human PAMP produced responses similar to the natural nonamidated peptides. In contrast, antimicrobial activity was restricted to human PAMP, indicating that this function may have been acquired at a late time during the evolution of PAMP. Interestingly, free acid human PAMP retained antimicrobial activity whereas the Gly-extended form did not. This fact may reflect the need for maintaining a tightly defined structural conformation in the pore-forming mechanism proposed for these antimicrobial agents. The evolution of PAMP provides an example of an angiogenic peptide that developed antimicrobial capabilities without losing its original function.

Ranachensinin: A Novel Aliphatic Tachykinin from the Skin Secretion of the Chinese Brown Frog, Rana chensinensis

Amphibian skin secretions contain a plethora of pharmacologically-active substances and represent established sources of bioactive peptides, including tachykinins. Tachykinins are one of the most widely-studied peptide families in animals and are found in neuroendocrine tissues from the lowest vertebrates to mammals. They are characterized by the presence of a highly-conserved C-terminal pentapeptide amide sequence motif (-FXGLM-amide) that also constitutes the bioactive core of the peptide. Amidation of the C-terminal methioninyl residue appears to be mandatory in the expression of biological activity. Here, we describe the isolation, characterization and molecular cloning of a novel tachykinin named ranachensinin, from the skin secretion of the Chinese brown frog, Rana chensinensis. This peptide, DDTSDRSN QFIGLM-amide, contains the classical C-terminal pentapeptide amide motif in its primary structure and an Ile (I) residue in the variable X position. A synthetic replicate of ranachensinin, synthesized by solid-phase Fmoc chemistry, was found to contract the smooth muscle of rat urinary bladder with an EC50 of 20.46 nM. However, in contrast, it was found to be of low potency in contraction of rat ileum smooth muscle with an EC50 of 2.98 µM. These data illustrate that amphibian skin secretions continue to provide novel bioactive peptides with selective effects on functional targets in mammalian tissues.

Influence of surface structures, subsurface carbon and hydrogen, and surface alloying on the activity and selectivity of acetylene hydrogenation on Pd surfaces: A density functional theory study

The selective hydrogenation of acetylene to ethylene on several Pd surfaces (Pd(111), Pd(100), Pd(211), and Pd(211)-defect) and Pd surfaces with subsurface species (carbon and hydrogen) as well as a number of Pd-based alloys (Pd-M/Pd(111) and Pd-M/Pd(211) (M = Cu, Ag and Au)) are investigated using density functional theory calculations to understand both the acetylene hydrogenation activity and the selectivity of ethylene formation. All the hydrogenation barriers are calculated, and the reaction rates on these surfaces are obtained using a two-step model. Pd(211) is found to have the highest activity for acetylene hydrogenation while Pd(100) gives rise to the lowest activity. In addition, more open surfaces result in over-hydrogenation to form ethane, while the close-packed surface (Pd(111)) is the most selective. However, we also find that the presence of subsurface carbon and hydrogen significantly changes the reactivity and selectivity of acetylene toward hydrogenation on Pd surfaces. On forming surface alloys of Pd with Cu, Ag and Au, the selectivity for ethylene is also found to be changed. A new energy decomposition method is used to quantitatively analyze the factors in determining the changes in selectivity. These surface modifiers are found to block low coordination unselective sites, leading to a decreased ethane production. (C) 2013 The Authors. Published by Elsevier Inc. All rights reserved.

Selective Hydrogenation of Acetylene over Pd-Boron Catalysts: A Density Functional Theory Study

Boron-modified Pd catalysts have shown excellent performance for the selective hydrogenation of alkynes experimentally. In the current work, we investigated the hydrogenation of acetylene on boron-modified Pd(111) and Pd(211) surfaces, utilizing density functional theory calculations. The activity of acetylene hydrogenation has been studied by estimating the effective barrier of the whole process. The selectivity of ethylene formation is investigated from a comparison between the desorption and the hydrogenation of ethylene as well as comparison between the ethylene and the 1,3-butadiene formation. Formation of subsurface carbon and hydrogen on both boron-modified Pd(111) and Pd(211) surfaces has also been evaluated, since these have been reported to affect both the activity and the selectivity of acetylene hydrogenation to produce ethylene on Pd surfaces. Our results provide some important insights into the Pd B catalysts for selective hydrogenation of acetylene and also for more complex hydrogenation systems, such as stereoselective hydrogenation of longer chain alkynes and selective hydrogenation of vegetable oil.

Carreira Alkynylations with Paraformaldehyde. A Mild and Convenient Protocol for the Hydroxymethylation of Complex Base-SensitiveTerminal Acetylenes via Alkynylzinc Triflates

A new synthetic protocol for the hydroxymethylation of terminal acetylenes is described that involves stoichiometric Carreira alkynylation with solid paraformaldehyde (HO[CH₂O]_nH) in PhMe at 60 ^oC. Significantly, the method can be successfully applied on acetylenes that possess base-sensitive ester functionality and heterocyclic rings that readily undergo metallation. While N-methylephedrine (NME) is generally the best Zn(OTf)₂-coordinating ligand for promoting hydroxymethylation, TMEDA can serve as a replacement.

Palladium catalysed tandem cyclisation - Anion capture processes .2. Cyclisation onto alkynes or allenes with hydride capture.

A wide range of palladium catalysed regio- and stereo-specific 5-, 6- and 7-exo-dig mono-, bis- and tris-cyclisation processes of aryl and vinyl halides and allylic acetates are described. The mono- and bis-cyclisation processes terminate in hydride capture from piperidine-formic acid or sodium formate. Addition of TI2CO3 results in alkyne-allene isomerisation and leads, after cyclisation, to 1,3-dienes which give Diels-Alder adducts in good yield. Copyright (C) 1996 Elsevier Science Ltd

Oligo switches: photoresponsive oligonucleotide conjugates by solid-supported click chemistry

Photoresponsive oligonucleotides (ONs) incorporating isoxazole-linked azobenzene (AB) moieties were prepared by resin-supported nitrile oxide-alkyne cycloaddition (NOAC) chemistry. The thermal and photochromic properties of the modified ONs were significantly influenced by the extent of pi-conjugation between the isoxazole and the AB modules.

Peroxide-based hybrid and prodrug antimalarials to deliver cysteine protease inhibitors into the parasitic food vacuole

Tese de doutoramento, Farmácia (Química Farmacêutica e Terapêutica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2014

Antioxidant properties of hydroxycinnamic acids: a review of structure- activity relationships

Hydroxycinnamic acids (HCAs) are important phytochemicals possessing significant biological properties. Several investigators have studied in vitro antioxidant activity of HCAs in detail. In this review, we have gathered the studies focused on the structure-activity relationships (SARs) of these compounds that have used medicinal chemistry to generate more potent antioxidant molecules. Most of the reports indicated that the presence of an unsaturated bond on the side chain of HCAs is vital to their activity. The structural features that were reported to be of importance to the antioxidant activity were categorized as follows: modifications of the aromatic ring, which include alterations in the number and position of hydroxy groups and insertion of electron donating or withdrawing moieties as well as modifications of the carboxylic function that include esterification and amidation process. Furthermore, reports that have addressed the influence of physicochemical properties including redox potential, lipid solubility and dissociation constant on the antioxidant activity were also summarized. Finally, the pro-oxidant effect of HCAs in some test systems was addressed. Most of the investigations concluded that the presence of ortho-dihydroxy phenyl group (catechol moiety) is of significant importance to the antioxidant activity, while, the presence of three hydroxy groups does not necessarily improve the activity. Optimization of the structure of molecular leads is an important task of modern medicinal chemistry and its accomplishment relies on the careful assessment of SARs. SAR studies on HCAs can identify the most successful antioxidants that could be useful for management of oxidative stress-related diseases.

Synthesis of chiral homoallylic alcohols and phthalans through the asymmetric allylation of carbonyl compounds /

The implementation of chiral centres within biologically active compounds has been a perplexing yet motivational force in chemistry. This work presents the attempted formation of a concurrent or sequential tandem catalyzed methodology of enantioselective nucleophilic addition and electrophilic cyclization. The 2'- arylalkynyl- aldehyde, ketone, and imine substrates used within were adeptly chosen with a dually activated structure; 1) for nucleophilic addition to the electrophilic substituents; and 2) for carbophilic activation of the alkyne substituent to undergo cyclization. To accomplish the nucleophilic addition, two distinct allylation methodologies were pursued: (/?)-BINOL catalyzed-allylboration and (5)- BINAP-AgF catalyzed-allylsilylation. BINAP catalyzed enantioselective allylation of 2'-arylalkynyl-aldehydes, to form chiral homoallylic alcohols, was successful. Homoallylic alcohols were isolated with high enantio-purity (>80%), which then underwent sequential cyclization to form chiral allylic phthalans, in moderate yields. An application of this methodology towards the construction of biologically active compounds was included with the partial synthesis of the natural product and H. pylori inhibitor, (+)-Spirolaxine methyl ether.

Polyamides and polyesters made of bile acids in the main chain

La préparation de polymères à base d’acides biliaires, molécules biologiques, a attiré l'attention des chercheurs en raison des applications potentielles dans les domaines biomédicaux et pharmaceutiques. L’objectif de ce travail est de synthétiser de nouveaux biopolymères dont la chaîne principale est constituée d’unités d’acides biliaires. La polymérisation par étapes a été adoptée dans ce projet afin de préparer les deux principales classes de polymères utilisés en fibres textiles: les polyamides et les polyesters. Des monomères hétéro-fonctionnels à base d’acides biliaires ont été synthétisés et utilisés afin de surmonter le déséquilibre stoechiométrique lors de la polymérisation par étapes. Le dérivé de l’acide lithocholique modifié par une fonction amine et un groupement carboxylique protégé a été polymérisé en masse à températures élevées. Les polyamides obtenus sont très peu solubles dans les solvants organiques. Des polyamides et des polyesters solubles en milieu organique ont pu être obtenus dans des conditions modérées en utilisant l’acide cholique modifié par des groupements azide et alcyne. La polymérisation a été réalisée par cycloaddition azoture-alcyne catalysée par l'intermédiaire du cuivre(Ι) avec deux systèmes catalytiques différents, le bromure de cuivre(I) et le sulfate de cuivre(II). Seul le bromure de cuivre(Ι) s’est avéré être un catalyseur efficace pour le système, permettant la préparation des polymères avec un degré de polymérisation égale à 50 et une distribution monomodale de masse moléculaire (PDI ˂ 1.7). Les polymères synthétisés à base d'acide cholique sont thermiquement stables (307 °C ≤ Td ≤ 372 °C) avec des températures de transition vitreuse élevées (137 °C ≤ Tg ≤ 167 °C) et modules de Young au-dessus de 280 MPa, dépendamment de la nature chimique du lien.

New insights into the substrate specificities of microbial transglutaminase: a biocatalytic perspective

La transglutaminase microbienne (Microbial transglutaminase : MTG) est fortement exploitée dans l’industrie textile et alimentaire afin de modifier l’apparence et la texture de divers produits. Elle catalyse la formation de liaisons iso-peptidiques entre des protéines par l’entremise d’une réaction de transfert d’acyle entre le groupement γ-carboxamide d’une glutamine provenant d’un substrat donneur d’acyle, et le groupement ε-amino d’une lysine provenant d’un substrat accepteur d’acyle. La MTG est tolérante à un large éventail de conditions réactionnelles, ce qui rend propice le développement de cette enzyme en tant que biocatalyseur. Ayant pour but le développement de la MTG en tant qu’alternative plus soutenable à la synthèse d’amides, nous avons étudié la réactivité d’une gamme de substrats donneurs et accepteurs non-naturels. Des composés chimiquement diversifiés, de faible masse moléculaire, ont été testés en tant que substrats accepteurs alternatifs. Il fut démontré que la MTG accepte une large gamme de composés à cet effet. Nous avons démontré, pour la première fois, que des acides aminés non-ramifiés et courts, tels la glycine, peuvent servir de substrat accepteur. Les α-acides aminés estérifiés Thr, Ser, Cys et Trp, mais pas Ile, sont également réactifs. En étendant la recherche à des composés non-naturels, il fut observé qu’un cycle aromatique est bénéfique pour la réactivité, bien que les substituants réduisent l’activité. Fait notable, des amines de faible masse moléculaire, portant les groupements de forte densité électronique azidure ou alcyne, sont très réactives. La MTG catalyse donc efficacement la modification de peptides qui pourront ensuite être modifiés ou marqués par la chimie ‘click’. Ainsi, la MTG accepte une variété de substrats accepteurs naturels et non-naturels, élargissant la portée de modification des peptides contenant la glutamine. Afin de sonder le potentiel biocatalytique de la MTG par rapport aux substrats donneurs, des analogues plus petits du peptide modèle Z-Gln-Gly furent testés; aucun n’a réagi. Nous avons toutefois démontré, pour la première fois, la faible réactivité d’esters en tant que substrats donneurs de la MTG. L’éventuelle amélioration de cette réactivité permettrait de faire de la MTG un biocatalyseur plus général pour la synthèse d’amides. Mots clés: Lien amide, biocatalyse, biotransformation, transglutaminase, arrimage moléculaire, criblage de substrats, ingénierie de substrats.

Limited capacity for ammonia removal by brain in chronic liver failure: potential role of nitric oxide.

Chronic liver failure leads to hyperammonemia and consequently increased brain ammonia concentrations, resulting in hepatic encephalopathy. When the liver fails to regulate ammonia concentrations, the brain, devoid of a urea cycle, relies solely on the amidation of glutamate to glutamine through glutamine synthetase, to efficiently clear ammonia. Surprisingly, under hyperammonemic conditions, the brain is not capable of increasing its capacity to remove ammonia, which even decreases in some regions of the brain. This non-induction of glutamine synthetase in astrocytes could result from possible limiting substrates or cofactors for the enzyme, or an indirect effect of ammonia on glutamine synthetase expression. In addition, there is evidence that nitration of the enzyme resulting from exposure to nitric oxide could also be implicated. The present review summarizes these possible factors involved in limiting the increase in capacity of glutamine synthetase in brain, in chronic liver failure.

Development of a Phase Separation Strategy in Macrocyclization Reactions

La réaction de macrocyclisation est une transformation fondamentale en chimie organique de synthèse. Le principal défi associcé à la formation de macrocycles est la compétition inhérente avec la réaction d’oligomérisation qui mène à la formation de sousproduits indésirables. De plus, l’utilisation de conditions de dilutions élevées qui sont nécessaires afin d’obtenir une cyclisation “sélective”, sont souvent décourageantes pour les applications à l’échelle industrielle. Malgré cet intérêt pour les macrocycles, la recherche visant à développer des stratégies environnementalement bénignes, qui permettent d’utiliser des concentrations normales pour leur synthèse, sont encore rares. Cette thèse décrit le développement d’une nouvelle approche générale visant à améliorer l’efficacité des réactions de macrocyclisation en utilisant le contrôle des effets de dilution. Une stratégie de “séparation de phase” qui permet de réaliser des réactions à des concentrations plus élevées a été developpée. Elle se base sur un mélange de solvant aggrégé contrôlé par les propriétés du poly(éthylène glycol) (PEG). Des études de tension de surface, spectroscopie UV et tagging chimique ont été réalisées afin d’élucider le mécanisme de “séparation de phase”. Il est proposé que celui-ci fonctionne par diffusion lente du substrat organique vers la phase ou le catalyseur est actif. La nature du polymère co-solvant joue donc un rôle crutial dans le contrôle de l’aggrégation et de la catalyse La stratégie de “séparation de phase” a initiallement été étudiée en utilisant le couplage oxidatif d’alcynes de type Glaser-Hay co-catalysé par un complexe de cuivre et de nickel puis a été transposée à la chimie en flux continu. Elle fut ensuite appliquée à la cycloaddition d’alcynes et d’azotures catalysée par un complexe de cuivre en “batch” ainsi qu’en flux continu.

Nanostructure des particules polymériques : aspects physiques, chimiques et biologiques

Les nanotechnologies appliquées aux sciences pharmaceutiques ont pour but d’améliorer l’administration de molécules actives par l’intermédiaire de transporteurs nanométriques. Parmi les différents types de véhicules proposés pour atteindre ce but, on retrouve les nanoparticules polymériques (NP) constituées de copolymères “en bloc”. Ces copolymères permettent à la fois l’encapsulation de molécules actives et confèrent à la particule certaines propriétés de surface (dont l’hydrophilicité) nécessaires à ses interactions avec les milieux biologiques. L’architecture retenue pour ces copolymères est une structure constituée le plus fréquemment de blocs hydrophiles de poly(éthylène glycol) (PEG) associés de façon linéaire à des blocs hydrophobes de type polyesters. Le PEG est le polymère de choix pour conférer une couronne hydrophile aux NPs et son l’efficacité est directement liée à son organisation et sa densité de surface. Néanmoins, malgré les succès limités en clinique de ces copolymères linéaires, peu de travaux se sont attardés à explorer les effets sur la structure des NPs d’architectures alternatives, tels que les copolymères en peigne ou en brosse. Durant ce travail, plusieurs stratégies ont été mises au point pour la synthèse de copolymères en peigne, possédant un squelette polymérique polyesters-co-éther et des chaines de PEG liées sur les groupes pendants disponibles (groupement hydroxyle ou alcyne). Dans la première partie de ce travail, des réactions d’estérification par acylation et de couplage sur des groupes pendants alcool ont permis le greffage de chaîne de PEG. Cette méthode génère des copolymères en peigne (PEG-g-PLA) possédant de 5 à 50% en poids de PEG, en faisant varier le nombre de chaînes branchées sur un squelette de poly(lactique) (PLA). Les propriétés structurales des NPs produites ont été étudiées par DLS, mesure de charge et MET. Une transition critique se situant autour de 15% de PEG (poids/poids) est observée avec un changement de morphologie, d’une particule solide à une particule molle (“nanoagrégat polymére”). La méthode de greffage ainsi que l’addition probable de chaine de PEG en bout de chaîne principale semblent également avoir un rôle dans les changements observés. L’organisation des chaînes de PEG-g-PLA à la surface a été étudiée par RMN et XPS, méthodes permettant de quantifier la densité de surface en chaînes de PEG. Ainsi deux propriétés clés que sont la résistance à l’agrégation en conditions saline ainsi que la résistance à la liaison aux protéines (étudiée par isothermes d’adsorption et microcalorimétrie) ont été reliées à la densité de surface de PEG et à l’architecture des polymères. Dans une seconde partie de ce travail, le greffage des chaînes de PEG a été réalisé de façon directe par cyclo-adition catalysée par le cuivre de mPEG-N3 sur les groupes pendants alcyne. Cette nouvelle stratégie a été pensée dans le but de comprendre la contribution possible des chaines de PEG greffées à l’extrémité de la chaine de PLA. Cette librairie de PEG-g-PLA, en plus d’être composée de PEG-g-PLA avec différentes densités de greffage, comporte des PEG-g-PLA avec des PEG de différent poids moléculaire (750, 2000 et 5000). Les chaines de PEG sont seulement greffées sur les groupes pendants. Les NPs ont été produites par différentes méthodes de nanoprécipitation, incluant la nanoprécipitation « flash » et une méthode en microfluidique. Plusieurs variables de formulation telles que la concentration du polymère et la vitesse de mélange ont été étudiées afin d’observer leur effet sur les caractéristiques structurales et de surface des NPs. Les tailles et les potentiels de charges sont peu affectés par le contenu en PEG (% poids/poids) et la longueur des chaînes de PEG. Les images de MET montrent des objets sphériques solides et l'on n’observe pas d’objets de type agrégat polymériques, malgré des contenus en PEG comparable à la première bibliothèque de polymère. Une explication possible est l’absence sur ces copolymères en peigne de chaine de PEG greffée en bout de la chaîne principale. Comme attendu, les tailles diminuent avec la concentration du polymère dans la phase organique et avec la diminution du temps de mélange des deux phases, pour les différentes méthodes de préparation. Finalement, la densité de surface des chaînes de PEG a été quantifiée par RMN du proton et XPS et ne dépendent pas de la méthode de préparation. Dans la troisième partie de ce travail, nous avons étudié le rôle de l’architecture du polymère sur les propriétés d’encapsulation et de libération de la curcumine. La curcumine a été choisie comme modèle dans le but de développer une plateforme de livraison de molécules actives pour traiter les maladies du système nerveux central impliquant le stress oxydatif. Les NPs chargées en curcumine, montrent la même transition de taille et de morphologie lorsque le contenu en PEG dépasse 15% (poids/poids). Le taux de chargement en molécule active, l’efficacité de changement et les cinétiques de libérations ainsi que les coefficients de diffusion de la curcumine montrent une dépendance à l’architecture des polymères. Les NPs ne présentent pas de toxicité et n’induisent pas de stress oxydatif lorsque testés in vitro sur une lignée cellulaire neuronale. En revanche, les NPs chargées en curcumine préviennent le stress oxydatif induit dans ces cellules neuronales. La magnitude de cet effet est reliée à l’architecture du polymère et à l’organisation de la NP. En résumé, ce travail a permis de mettre en évidence quelques propriétés intéressantes des copolymères en peigne et la relation intime entre l’architecture des polymères et les propriétés physico-chimiques des NPs. De plus les résultats obtenus permettent de proposer de nouvelles approches pour le design des nanotransporteurs polymériques de molécules actives.