Les azasulfurylpeptides : synthèse, analyse conformationnelle et applications biologiques

Les azasulfurylpeptides sont des mimes peptidiques auxquels le carbone en position alpha et le carbonyle d’un acide aminé sont respectivement remplacés par un atome d’azote et un groupement sulfonyle (SO2). Le but premier de ce projet a été de développer une nouvelle méthode de synthèse de ces motifs, également appelés N-aminosulfamides. À cette fin, l’utilisation de sulfamidates de 4-nitrophénol s’est avérée importante dans la synthèse des azasulfuryltripeptides, permettant le couplage d’hydrazides avec l’aide d’irradiation aux micro-ondes (Chapitre 2). Par la suite, en quantité stoechiométrique d’une base et d’un halogénure d’alkyle, les azasulfurylglycines (AsG) formés peuvent être chimiosélectivement alkylés afin d’y insérer diverses chaînes latérales. Les propriétés conformationnelles des N-aminosulfamides à l’état solide ont été élucidées grâce à des études cristallographiques par rayons X : elles possèdent une structure tétraédrique autour de l’atome de soufre, des traits caractéristiques des azapeptides et des sulfonamides, ainsi que du potentiel à favoriser la formation de tours gamma (Chapitre 3). Après le développement d’une méthode de synthèse des N-aminosulfamides en solution, une approche combinatoire sur support solide a également été élaborée sur la résine amide de Rink afin de faciliter la génération d’une librairie d’azasulfurylpeptides. Cette étude a été réalisée en employant le growth hormone releasing peptide 6 (GHRP-6, His-D-Trp-Ala-Trp-D-Phe-Lys-NH2). Ce dernier est un hexapeptide possédant une affinité pour deux récepteurs, le growth hormone secretagogue receptor 1a (GHS-R1a) et le récepteur cluster of differenciation 36 (CD36). Une affinité sélective envers le récepteur CD36 confère des propriétés thérapeutiques dans le traitement de la dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA). Six analogues d’azasulfurylpeptides de GHRP-6 utilisés comme ligands du CD36 ont été synthétisés sur support solide, mettant en évidence le remplacement du tryptophane à la position 4 de GHRP-6 (Chapitre 4). Les analogues de GHRP-6 ont été ensuite analysés pour leur capacité à moduler les effets de la fonction et de la cascade de signalisation des ligands spécifiques au Toll-like receptor 2 (TLR2), en collaboration avec le Professeur Huy Ong du département de Pharmacologie à la Faculté de Pharmacie de l’Université de Montréal. Le complexe TLR2-TLR6 est reconnu pour être co-exprimé et modulé par CD36. En se liant au CD36, certains ligands de GHRP-6 ont eu un effet sur la signalisation du TLR2. Par exemple, les azasulfurylpeptides [AsF(4-F)4]- et [AsF(4-MeO)4]-GHRP-6 ont démontré une capacité à empêcher la surproduction du monoxyde d’azote (NO), un sous-produit réactif formé suite à l’induction d’un signal dans les macrophages par des ligands spécifiques liés au TLR2, tel le fibroblast-stimulating lipopeptide 1 (R-FSL-1) et l’acide lipotéichoïque (LTA). En addition, la sécrétion du tumor necrosis factor alpha (TNFa) et du monocyte chemoattractant protein 1 (MCP-1), ainsi que l’activation du nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells (NF-kB), ont été réduites. Ces résultats démontrent le potentiel de ces azasulfurylpeptides à pouvoir réguler le rôle du TLR2 qui déclenche des réponses inflammatoires et immunitaires innées (Perspectives). Finalement, le potentiel des azasulfurylpeptides d’inhiber des métallo-bêta-lactamases, tels le New-Delhi Metallo-bêta-lactamase 1 (NDM-1), IMP-1 et le Verona Integron-encoded Metallo-bêta-lactamase 2 (VIM-2), a été étudié en collaboration avec le Professeur James Spencer de l’Université de Bristol (Royaumes-Unis). Certains analogues ont été des inhibiteurs micromolaires du IMP-1 (Perspectives). Ces nouvelles voies de synthèse des azasulfurylpeptides en solution et sur support solide devraient donc permettre leur utilisation dans des études de relations structure-activité avec différents peptides biologiquement actifs. En plus d'expandre l'application des azasulfurylpeptides comme inhibiteurs d'enzymes, cette thèse a révélé le potentiel de ces N-aminosulfamides à mimer les structures secondaires peptidiques, tels que les tours gamma. À cet égard, l’application des azasulfurylpeptides a été démontrée par la synthèse de ligands du CD36 présentant des effets modulateurs sur le TLR2. Compte tenu de leur synthèse efficace et de leur potentiel en tant qu’inhibiteurs, les azasulfurylpeptides devraient trouver une large utilisation dans les sciences de peptides pour des applications dans la médecine et de la chimie biologique.

Characterization of glutaraldehyde-immobilized chymotrypsin and an in-situ immobilized enzyme reactor using capillary electrophoresis-based peptide mapping

La digestion enzymatique des protéines est une méthode de base pour les études protéomiques ainsi que pour le séquençage en mode « bottom-up ». Les enzymes sont ajoutées soit en solution (phase homogène), soit directement sur le gel polyacrylamide selon la méthode déjà utilisée pour l’isolation de la protéine. Les enzymes protéolytiques immobilisées, c’est-à-dire insolubles, offrent plusieurs avantages tels que la réutilisation de l’enzyme, un rapport élevé d’enzyme-sur-substrat, et une intégration facile avec les systèmes fluidiques. Dans cette étude, la chymotrypsine (CT) a été immobilisée par réticulation avec le glutaraldehyde (GA), ce qui crée des particules insolubles. L’efficacité d’immobilisation, déterminée par spectrophotométrie d’absorbance, était de 96% de la masse totale de la CT ajouté. Plusieurs différentes conditions d’immobilisation (i.e., réticulation) tels que la composition/pH du tampon et la masse de CT durant la réticulation ainsi que les différentes conditions d’entreposage tels que la température, durée et humidité pour les particules GA-CT ont été évaluées par comparaison des cartes peptidiques en électrophorèse capillaire (CE) des protéines standards digérées par les particules. Les particules de GA-CT ont été utilisés pour digérer la BSA comme exemple d’une protéine repliée large qui requit une dénaturation préalable à la digestion, et pour digérer la caséine marquée avec de l’isothiocyanate de fluorescéine (FITC) comme exemple d’un substrat dérivé afin de vérifier l’activité enzymatique du GA-CT dans la présence des groupements fluorescents liés au substrat. La cartographie peptidique des digestions par les particules GA-CT a été réalisée par CE avec la détection par absorbance ultraviolet (UV) ou fluorescence induite par laser. La caséine-FITC a été, en effet, digérée par GA-CT au même degré que par la CT libre (i.e., soluble). Un microréacteur enzymatique (IMER) a été fabriqué par immobilisation de la CT dans un capillaire de silice fondu du diamètre interne de 250 µm prétraité avec du 3-aminopropyltriéthoxysilane afin de fonctionnaliser la paroi interne avec les groupements amines. Le GA a été réagit avec les groupements amine puis la CT a été immobilisée par réticulation avec le GA. Les IMERs à base de GA-CT étaient préparé à l’aide d’un système CE automatisé puis utilisé pour digérer la BSA, la myoglobine, un peptide ayant 9 résidus et un dipeptide comme exemples des substrats ayant taille large, moyenne et petite, respectivement. La comparaison des cartes peptidiques des digestats obtenues par CE-UV ou CE-spectrométrie de masse nous permettent d’étudier les conditions d’immobilisation en fonction de la composition et le pH du tampon et le temps de réaction de la réticulation. Une étude par microscopie de fluorescence, un outil utilisé pour examiner l’étendue et les endroits d’immobilisation GA-CT dans l’IMER, ont montré que l’immobilisation a eu lieu majoritairement sur la paroi et que la réticulation ne s’est étendue pas si loin au centre du capillaire qu’anticipée.

Molecular characterization of a crustinlike antimicrobial peptide in the giant tiger shrimp, Penaeus monodon, and its expression profile in response to various immunostimulants and challenge with WSSV

A crustinlike antimicrobial peptide from the haemocytes of giant tiger shrimp, Penaeus monodon was partially characterized at the molecular level and phylogenetic analysis was performed. The partial coding sequence of 299 bp and 91 deduced amino acid residues possessed conserved cysteine residues characteristic of the shrimp crustins. Phylogenetic tree and sequence comparison clearly confirmed divergence of this crustinlike AMP from other shrimp crustins. The differential expression of the crustinlike AMP in P. monodon in response to the administration of various immunostimulants viz., two marine yeasts (Candida haemulonii S27 and Candida sake S165) and two bglucan isolates (extracted from C. haemulonii S27 and C. sake S165) were noted during the study. Responses to the application of two grampositive probiotic bacteria (Bacillus MCCB101 and Micrococcus MCCB104) were also observed. The immune profile was recorded preand postchallenge white spot syndrome virus (WSSV) by semiquantitative RTPCR. Expressions of seven WSSV genes were also observed for studying the intensity of viral infection in the experimental animals. The crustinlike AMP was found to be constitutively expressed in the animal and a significant downregulation could be noted postchallenge WSSV. Remarkable downregulation of the gene was observed in the immunostimulant fed animals prechallenge followed by a significant upregulation postchallenge WSSV. Tissuewise expression of crustinlike AMP on administration of C. haemulonii and Bacillus showed maximum transcripts in gill and intestine. The marine yeast, C. haemulonii and the probiotic bacteria, Bacillus were found to enhance the production of crustinlike AMP and confer significant protection to P. monodon against WSSV infection

Molecular characterization of a crustin-like, putative antimicrobial peptide, Fi-crustin, from the Indian white shrimp, Fenneropenaeus indicus

Fish & Shellfish Immunology 28 (2010) 216-220

Molecular characterization and phylogenetic analysis of a penaeidin-like antimicrobial peptide, Fi-penaeidin from Fenneropenaeus indicus

Antimicrobial peptides (AMPs) play a major role in innate immunity. Penaeidins are a family of AMPs that appear to be expressed in all penaeid shrimps. Penaeidins are composed of an N-terminal proline-rich domain, followed by a C-terminal domain containing six cysteine residues organized in two doublets. This study reports the first penaeidin AMP sequence, Fi-penaeidin (GenBank accession number HM243617) from the Indian white shrimp, Fenneropenaeus indicus. The full length cDNA consists of 186 base pairs encoding 61 amino acidswith an ORF of 42 amino acids and contains a putative signal peptide of 19 amino acids. Comparison of F. indicus penaeidin (Fi-penaeidin) with other known penaeidins showed that it shared maximum similarity with penaeidins of Farfantepenaeus paulensis and Farfantepenaeus subtilis (96% each). Fi-penaeidin has a predicted molecular weight (MW) of 4.478 kDa and theoretical isoelectric point (pI) of 5.3

A Novel Isoform of the Hepatic Antimicrobial Peptide, Hepcidin (Hepc-CB1), from a Deep-Sea Fish, the Spinyjaw Greeneye Chlorophthalmus bicornis (Norman, 1939): Molecular Characterisation and Phylogeny

Hepcidin is cysteine-rich short peptide of innate immune system of fishes, equipped to perform prevention and proliferation of invading pathogens like bacteria and viruses by limiting iron availability and activating intracellular cascades. Hepcidins are diverse in teleost fishes, due to the varied aquatic environments including exposure to pathogens, oxygenation and iron concentration. In the present study, we report a 87-amino acid (aa) preprohepcidin (Hepc-CB1) with a signal peptide of 24 aa, a prodomain of 39 aa and a bioactive mature peptide of 24 aa from the gill mRNA transcripts of the deep-sea fish spinyjaw greeneye, Chlorophthalmus bicornis. Molecular characterisation and phylogenetic analysis categorised the peptide to HAMP2-like group with a mature peptide of 2.53 kDa; a net positive charge (?3) and capacity to form b-hairpin-like structure configured by 8 conserved cysteines. The present work provides new insight into the mass gene duplication events and adaptive evolution of hepcidin isoforms with respect to environmental influences and positive Darwinian selection. This work reports a novel hepcidin isoform under the group HAMP2 from a nonacanthopterygian deep-sea fish, C. bicornis

Molecular Characterisation and Phylogenetic Analysis of a Novel Isoform of Hepatic Antimicrobial Peptide, Hepcidin (Zc-hepc1), from the Coral Fish Moorish idol, Zanclus cornutus (Linnaeus,1758)

Hepcidin is a family of short cysteine-rich antimicrobial peptides (AMPs) participating in various physiological functions with inevitable role in host immune responses. Present study deals with identification and characterisation of a novel hepcidin isoform from coral fish Zanclus cornutus. The 81 amino acid (aa) preprohepcidin obtained from Z. cornutus consists of a hydrophobic aa rich 22 mer signal peptide, a highly variable proregion of 35 aa and a bioactive mature peptide with 8 conserved cysteine residues which contribute to the disulphide back bone. The mature hepcidin, Zc-hepc1 has a theoretical isoelectric point of 7.46, a predicted molecular weight of 2.43 kDa and a net positive charge of ?1. Phylogenetic analysis grouped Z. cornutus hepcidin with HAMP2 group hepcidins confirming the divergent evolution of hepcidin-like peptide in fishes. Zc-hepc1 can attain a b-hairpin-like structure with two antiparallel b-sheets. This is the first report of an AMP from the coral fish Z. cornutus.

3D Analysis of the TCR/pMHCII Complex Formation in Monkeys Vaccinated with the First Peptide Inducing Sterilizing Immunity against Human Malaria

T-cell receptor gene rearrangements were studied in Aotus monkeys developing high antibody titers and sterilizing immunity against the Plasmodium falciparum malaria parasite upon vaccination with the modified synthetic peptide 24112, which was identified in the Merozoite Surface Protein 2 (MSP-2) and is known to bind to HLA-DR beta 1*0403 molecules with high capacity. Spectratyping analysis showed a preferential usage of V beta 12 and V beta 6 TCR gene families in 67% of HLA-DR beta 1*0403-like genotyped monkeys. Docking of peptide 24112 into the HLA-DR beta 1*0401-HA peptide-HA1.7TCR complex containing the VDJ rearrangements identified in fully protected monkeys showed a different structural signature compared to nonprotected monkeys. These striking results show the exquisite specificity of the TCR/pMHCII complex formation needed for inducing sterilizing immunity and provide important hints for a logical and rational methodology to develop multiepitopic, minimal subunit-based synthetic vaccines against infectious diseases, among them malaria.

Digestion, rumen fermentation and circulating concentrations of insulin, growth hormone and IGF-1 in steers fed diets based on different proportions of maize silage and grass silage

Replacing grass silage with maize silage results in a fundamental change in the ratio of structural to non-structural carbohydrates with commensurate changes in rumen fermentation patterns and nutrient utilisation. This study investigated the effects of feeding four forage mixtures, namely grass silage (G); 67 g/100 g grass silage133 g/100 g maize silage (GGM); 67 g/100 g maize silage133/100 g grass silage (MMG); maize silage (M) to four ruminally and duodenally canulated Holstein Friesian steers. All diets were formulated to be isonitrogenous (22.4 g N/kg DM) using a concentrate mixture. Dietary dry matter (DM) and organic matter (OM) digestibility increased with ascending maize silage inclusion (P,0.1) whereas starch and neutral detergent fibre digestibility declined (P,0.05). Ratio of non-glucogenic to glucogenic precursors in the rumen fluid increased with maize silage inclusion (P,0.01) with a commensurate reduction in rumen pH (P,0.05). Mean circulating concentrations of insulin were greatest and similar in diets MMG and GGM, lower in diet M and lowest in diet G (P,0.01). There were no effects of diet on the mean circulating concentration of growth hormone (GH), or the frequency, amplitude and duration of GH pulses, or the mean circulating concentrations of IGF-1. Increasing levels of DM, OM and starch intakes with the substitution of grass silage with maize silage affected overall digestion, nutrient partitioning and subsequent circulating concentrations of insulin.

Digestion, rumen fermentation and circulating concentrations of insulin, growth hormone and IGF-1 in steers given maize silages harvested at three stages of maturity

Advancing maturity of forage maize is associated with increases in the proportion of dry matter (DM) and starch and decreases in the proportions of structural carbohydrates in the ensiled crop. Three maize silages (286 (low, L), 329 (medium, M) and 379 (high, H) g DM per kg fresh weight) plus a concentrate formulated to give isonitrogenous intakes were offered to Holstein-Friesian steers fitted with a cannula in the dorsal sac of the rumen and a 'T' piece cannula in the proximal duodenum in an experiment with a cross-over design that allowed four collection periods. Nutrient flow to the duodenum was estimated using chromium-EDTA. Steers consumed approximately 0(.)6 kg DM per day less of diet L compared with the other two diets (P=0(.)026), resulting in less DM being digested (P=0(.)005) but digestibility did not differ between diets. Similar results were obtained for organic matter. There were no differences between diets in the intake or digestibility of neutral-detergent fibre. Intake, duodenal flow and faecal output of starch were greater for steers offered diets M and H compared with those given diet L (P < 0(.)05). In all diets rumen digestion contributed to over 90% of total digestion of starch, although rumen digestibility declined significantly with advancing maize maturity (P=0(.)002). Molar proportions of acetic acid were higher in diet H (P < 0(.)05) whilst proportions of propionic acid and n-butyric acid were higher in diets M and L. There were no significant differences between diets in mean rumen pH or ammonia concentrations. Mean circulating concentrations of insulin were higher (P=0(.)009) in cattle given diets L and M compared with diet H. There were no differences between diets in the mean circulating concentration of growth hormone, or the frequency, amplitude and duration of growth hormone pulses, or the mean circulating concentrations of IGF-1. Changes in forage composition that accompany advancing maize maturity affect overall silage digestion and circulating concentrations of insulin.

Differential effects of thyroid hormone manipulation and ß adrenoceptor agonist administration on uncoupling protein mRNA abundance in adipose tissue and thermoregulation in neonatal pigs

We have shown that there is significant disparity in the expression of uncoupling proteins (UCP) 2 and 3 between modern-commercial and ancient-Meishan porcine genotypes, commercial pigs also have higher plasma triiodothyronine (T(3)) in on the first day of life. T(3) and the sympathetic nervous system are both known to regulate UCPs in rodents and humans; their role in regulating these proteins in the pig is unknown. This study examined whether thyroid hormone manipulation or administration of a selective beta3 adrenoceptor agonist (ZD) influenced plasma hormones, colonic temperature and UCP expression in adipose tissue of two breeds of pig. To mimic the differences observed in thyroid hormone status, piglets from Meishan and commercial litters were randomly assigned to control (1 ml/kg water), T(3) (10 mg/kg) (Meishan only), methimazole (a commonly used antithyroid drug) (50 mg/kg) (commercial only) or ZD (10 mg/kg) oral administration for the first 4 days of postnatal life. Adipose tissue UCP2/3 mRNA abundance was measured on day 4 using PCR. T(3) administration raised plasma T(3) concentrations and increased colonic temperature on day 4. UCP3 mRNA abundance was higher in Meishan, than commercial piglets (p = 0.042) and was downregulated following T(3) administration (p = 0.014). Irrespective of genotype, ZD increased UCP2 mRNA abundance (Meishan p = 0.05, commercial p = 0.03). Expression of neither UCP2 nor 3 was related to colonic temperature, regardless of treatment. In conclusion, we have demonstrated a dissociation between thyroid hormones and the sympathetic nervous system in the regulation of UCPs in porcine adipose tissue. We have also suggested that expression of adipose tissue UCP2 and 3 are not related to body temperature in piglets.