1UNIVERSITE STRASBOURG I LOUIS PASTEUR

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Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
1UNIVERSITE STRASBOURG I – LOUIS PASTEUR THESE de DOCTORAT Présentée pour l'obtention du grade de : Docteur de l'Université de Strasbourg I Mention : Chimie Discipline : Pharmacochimie par Gilles CURE Ingénieur chimiste Synthèse d'inhibiteurs potentiels de l'enzyme de conversion de l'endothéline (ECE). Soutenue le 19 mars 2004 devant la commission d'examen : Dr Gilles Hanquet Rapporteur interne Dr Pierre Renard Rapporteur externe Dr Philippe Bisseret Rapporteur externe Pr Camille-Georges Wermuth Examinateur Dr André Mann Co-directeur de thèse Dr Yveline Rival Co-directrice de thèse

  • acide ?-aminophosphonique

  • peptide

  • peptides de quarante acides aminés

  • enzyme de conversion de l'endothéline

  • synthèse d'inhibiteurs potentiels de l'enzyme de conversion de l'endothéline

  • reconnaissance au professeur camille


Publié le : lundi 1 mars 2004
Lecture(s) : 107
Source : scd-theses.u-strasbg.fr
Nombre de pages : 307
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UNIVERSITE STRASBOURG I – LOUIS PASTEUR
THESE de DOCTORAT
Présentée pour l’obtention du grade de :
Docteur de l’Université de Strasbourg I
Mention : Chimie Discipline : Pharmacochimie
par
Gilles CURE Ingénieur chimiste
Synthèse d’inhibiteurs potentiels de l’enzyme de conversion de l’endothéline (ECE).
Soutenue le 19 mars 2004 devant la commission d’examen :
Dr Gilles Hanquet Dr Pierre Renard Dr Philippe Bisseret Pr Camille-Georges Wermuth Dr André Mann Dr Yveline Rival
Rapporteur interne Rapporteur externe Rapporteur externe Examinateur Co-directeur de thèse Co-directrice de thèse
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UNIVERSITE STRASBOURG I – LOUIS PASTEUR
THESE de DOCTORAT
Présentée pour l’obtention du grade de :
Docteur de l’Université de Strasbourg I
Mention : Chimie Discipline : Pharmacochimie
par
Gilles CURE Ingénieur chimiste
Synthèse d’inhibiteurs potentiels de l’enzyme de conversion de l’endothéline (ECE).
Soutenue le 19 mars 2004 devant la commission d’examen :
Dr Gilles Hanquet Dr Pierre Renard Dr Philippe Bisseret Pr Camille-Georges Wermuth Dr André Mann Dr Yveline Rival
Rapporteur interne Rapporteur externe Rapporteur externe Examinateur Co-directeur de thèse Co-directrice de thèse
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Remerciements
Je remercie les professeurs Camille Georges Wermuth et Marcel Hibert de m’avoir
offert l’opportunité d’effectuer ma thèse au sein du laboratoire de Pharmacochimie de La
Communication Cellulaire. Je tiens à exprimer ma reconnaissance au professeur Camille
Georges Wermuth ainsi qu’à Yveline Rival et André Mann qui m’ont aidé tout au long de ce
travail par leur soutien scientifique et leurs précieux conseils.
Je remercie également les membres du jury, Philippe Bisseret, Gilles Hanquet et Pierre
Renard d’avoir accepté de juger ce travail et de venir en discuter à Illkirch.
Merci à Hélène Dozol et à Bernard Spiess pour m’avoir fait découvrir la physico-
chimie, domaine qui m’était encore inconnu.
J’adresse une pensée affectueuse à tous mes collègues qui m’ont aidé par leurs
conseils et leur bonne humeur à mener à bien ce travail au quotidien: Angèle, Anh, Benoit,
Bruno, Cécile, Céline, Chouaïb, Christophe, Cyril, Dominique, Evelyne, Françoise, Hadjila,
Isabelle, Jacques, Jean-Jacques, Jean-Laurent, Marlyse, Martine, Maryline, Nadia, Patricia,
Patrick, Paul, Philippe, Romain, Saïd, les deux Sébastien, Valérie et les Neuro-3D.
Enfin, je tiens également à remercier Eric Sartory, ma famille et Magali pour leur
soutien durant ces trois ans.
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Résumé
En 1985, les endothélines (ET-1, ET-2, ET-3), de puissants vasoconstricteurs, ont été découvertes. Ces peptides sont constitués de vingt et un aminoacides et de deux boucles disulfures intramoléculaires et proviennent d’un précurseur prépro-ET, composé d’environ deux cent résidus aminoacides. L’hydrolyse de ce précurseur par des peptidases conduit aux “ big ” ETs, peptides de quarante acides aminés, qui sont finalement dégradés par l’enzyme de conversion de l’endothéline (ECE), métalloprotéase à zinc, pour générer les ETs. L’administration d’ET-1 exogène, peptide prépondérant de cette famille, aboutit à une variété de disfonctionnements dans le système nerveux central, rénal et cardiovasculaire. Une approche possible pour inhiber ces effets est d’utiliser des antagonistes de récepteurs de ce système. Une approche alternative pourtant moins étudiée réside dans la suppression de la biosynthèse de l’ET-1 en utilisant des inhibiteurs de l’enzyme de conversion de l’endothéline, sujet de cette thèse. Le premier inhibiteur connu de l’ECE a été le phosphoramidon, inhibiteur classique des métalloprotéases à zinc. D’autres ont ensuite été obtenus, pouvant être classés dans divers groupes comme par exemple les inhibiteurs peptidiques, les composés phosphorylés, les thiols, les acides hydroxamiques ou carboxyliques. Un chef de file a donc été choisi pour débuter nos travaux. C’est un acide aminophosphonique présentant une très bonne affinité pour l’ECE, une bonne sélectivité face aux autres métalloprotéases à zinc, un squelette se différenciant des autres et permettant un grand nombre de variations structurales. Cette molécule de référence et 22 analogues ont été synthétisés dans le but d’une étude de relation structure-activité. Une étude physico-chimique a été faite afin de mieux comprendre le manque de réactivité chimique remarquable de l’amine basique portée par cette famille de composés. Une très forte interaction intramoléculaire de type liaison hydrogène entre l’atome de phosphore et l’azote a été mise en évidence sur une très large gamme de pH, celle-ci devant certainement avoir une influence pour la reconnaissance de nos ligands par l’ECE. Enfin, dans le but d’obtenir une plus grande diversité pour nos ligands, la synthèse de β-aminophosphonates diversement substitués a été mise au point via une réaction tricomposante mettant en jeu un aldéhyde, un phosphite et un carbamate en présence d’acide de Lewis. Les caractéristiques inhibitrices de nos molécules ont été évaluées. Nous ne sommes pas parvenus à obtenir une molécule meilleure que celles connues dans la littérature mais nous avons réuni des renseignements structuraux relativement intéressants pour la reconnaissance de nos ligands par l’ECE. Pour le type de composés étudiés, la fonction acide aminophosphonique semble être la meilleure fonction pour la chélation du zinc. L’amine basique de cette famille de produits contribue également à cette reconnaissance et des interactions de type aryl-aryl doivent être mises en jeu à proximité de la zone occupée par celle-ci. Au niveau de la poche S1’ des interactions de type aryl-aryl et de type accepteur-donneur ont été mises en évidence. Le même de type de conclusion a été obtenu pour la poche S2’ puisque l’apport d’un noyau aromatique hétérocyclique s’est avéré bénéfique. Par contre, la position des fonctions servant à assurer ces interactions semble assez importante.
Mots clés: endothéline, enzyme de conversion de l’endothéline, big-ET, inhibiteur, phosphoramidon, interaction intramoléculaire, acideβ-aminophosphonique.
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Summary
The endothelin (ET-1, ET-2, ET-3), potent peptidic vasconstrictors, have been discovered in 1985. These peptides are composed of 21-amino acids and two intramolecular disulphide bonds. They are biosynthesized from about 200-amino acid precursors named preproETs. The hydrolysis of these precursors by an endopeptidase leads to the big Ets, 40-amino acid peptides, which are converted in Ets by a membrane-bound zinc metalloprotease named endothelin converting enzyme (ECE). The administration of exogene ET-1, the preponderant peptide of this family, leads to a variety of cardiovascular, renal and central nervous system dysfunctions. One possible approach to inhibit the effects of ET-1 is by means of receptor antagonists. An alternative but less studied approach is to suppress the biosynthesis of ET-1 using ECE inhibitors. The latter will be the subject of our work. The first known ECE inhibitor was the phosphoramidon, a classical zinc metalloprotease inhibitor. Subsequently others inhibitors have been discovered, which can be classified as metal chelator, peptidic inhibitor, organic compounds featuring a phosphorus-containing functionality, a sulfhydryl, a hydroxamic acid or a carboxylic acid as the zinc binding group. A leader compound has been selected to initiate our work. It’s an aminophosphonic acid showing a good affinity and selectivity for ECE and a different skeleton which allow a large possibility for structural variations. This compound and twenty-two others have been synthesized within the structure-activity relationship study. A physico-chemical study has been made to better understand the noteworthy low chemical reactivity of the basic amin of this compounds family. A very strong intramolecular interaction (hydrogen bond) between the phosphonate fonctionality and the nitrogen atom has been revealed for a large scale of pH. This interaction must certainly have an influence on the recognition of our compounds by ECE. Finally, in order to obtain a larger diversity for our products, the synthesis of varied subtitutedβ-aminophosphonate has been focused by way of a tri-compounds reaction using an aldehyde, a phosphite and a carbamate in the presence of a Lewis acid. The inhibitive characteristics of our compounds have been evaluted. We have not obtained a better product than these known in the literature but we have collected structural informations for the recognition of products by ECE. For the type of studied compounds, the aminophosphonic acid functionality is the best functionality for the zinc chelation. The basic amin of this products family contribute too to this recognition and aryl-aryl interactions are necessary near to the zone occupied by this functionality. For the S1’ pocket, aryl-aryl and acceptor-donnor interactions have been revealed. The same conclusions have been obtained for the S2’ pocket since the supply of a heterocyclic aromatic core proved beneficial. However, the position of the fonctionality allowing these interactions is important.
Key words: endothelin, endothelin converting enzyme , big-ET, inhibitor, phosphoramidon, intramolecular interaction,β-aminophosphonic acid.
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Abréviations
Les acides aminés sont décrits dans l’annexe
AA
ACE
AMPc
ANP
ARN
Boc
BOP
cADN
CI50
DIPEA
DMAP
DMF
ECE
EDTA
EGTA
ET
EtOH
Fmol
GMPc
hECE
HPLC
KOD
M
acide arachidonique
enzyme de conversion de l’angiotensine
adénosine monophosphate cyclique
peptide natriurétique atrial
acide ribonucléique
tert-butyloxycarbonyl
benzotriazol-1-yl-oxytrisdiméthylaminophosphonium hexafluorophosphate
acide désoxyribonucléique cyclique
concentration nécessaire à l’obtention de 50% d’inhibition.
diisopropyléthylamine
4-diméthylaminopyridine
diméthylformamide
enzyme de conversion de l’endothéline
acide éthylènediaminetétraacétique
acide éthylèneglycol-bis-(2-aminoéthyl)-tétraacétique
endothéline
éthanol
femtomolaire
guanosine monophosphate cyclique
enzyme de conversion de l’endothéline de source humaine
chromatographie liquide à haute performance
potasse deutérée
mole / litre
7
mARN
MeOH
NEP
nm
nM
NMM
nmol
NO
PGI2
PMSF
RMN
TFA
TGF-β
TMSBr
TNF-α
TRIS
UMR
UV
acide ribonucléique messager
méthanol
endopeptidase neutre
nanomolaire
nanomole / litre
N-méthylmorpholine
nanomole
oxyde d’azote
prostacycline
fluorure de phénylméthylsulfonyle
résonance magnétique nucléaire
acide trifluoroacétique
transforming growth factorβ
bromure de triméthylsilyle
Tumor necrosis factorα
2-amino-2-hydroxyméthyl-1,3-propanediol
unité mixte de recherche
ultra-violet
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Introduction générale
Table des matières
…………………………………..
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Chapitre I : Système de l’endothéline et inhibition de l’enzyme de conversion de l’endothéline (ECE)14
1 : Présentation du système de l’endothéline :
2 : Rôle pathophysiologique de l’endothéline endogène :
3 : Les inhibiteurs de l’enzyme de conversion de l’endothéline :
4 : Conclusion :
…………………………………..
Chapitre II : Synthèse d’inhibiteurs de l’ECE et chimie mise en jeu
1 : Choix d’une référence pour nos travaux :
2 : Synthèse racémique de notre référence et travail de relation structure activité:
3 : Etude physico-chimique de molécules dérivées de nos produits :
4 : Synthèse d’une plateformeβ-aminophosphonate :
5 : Conclusions :
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4
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6
0
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65
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Chapitre III : Résultats pharmacologiques
1 : Description de différents types de test :
2 : Résultats pharmacologiques obtenus pour la molécule(±) 1:
3 : Etude de relation structure-activité :
4 : Conclusions et perspectives :
Conclusion générale
Bibliographie
Annexe
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152
158
167
168
185
191
194
201
1
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Introduction générale
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