Le travail décrit dans ce manuscrit est consacré à la synthèse et à la caractérisation structurale d'une nouvelle famille de γ-amino acides hétérocycliques contraints, les ATCs (acides 4-Amino-(méthyl)-1,3-Thiazole-5-Carboxyliques). Ces monomères sont construits autour d'un noyau thiazole inséré entre les carbones Cα-Cβ permettant de limiter la valeur de l'angle dièdre ζ à 0°. La présence de deux points de substitution, sur le carbone γ asymétrique et en position 2 du noyau aromatique, autorise une large diversification structurale des ATCs. Des séries d'oligomères, i.e. dimères, tétramères et hexamères solubles dans les solvants organiques halogénés, dans les alcools et dans l'eau ont été synthétisées par couplages peptidiques. La conformation adoptée par ces séquences a été déterminée en solution par RMN 1D et 2D associées à des techniques de modélisation sous contraintes RMN. Nous avons montré que les oligomères d'ATCs s'arrangeaient en hélices 39 droites, présentant un pas de 11,8 Å. La conformation hélicoïdale est stabilisée par un réseau de liaisons hydrogène de type CO(i)…NH(i+2) s'établissant tout au long de la séquence, faisant entrer les oligomères d'ATCs dans le monde des foldamères. Des mesures de dichroïsme circulaire ont permis d'apprécier la stabilité conformationnelle des édifices et l'analyse à l'état solide par diffraction des rayons X a confirmé l'arrangement observé par RMN. Dans une seconde partie nous avons étudié le rôle structurant d'un motif ATC placé au sein d'une petite séquence peptidique. Nous montrons au travers d'expériences RMN et de calculs théoriques que la configuration du monomère d'ATC conditionne la conformation de peptides hybrides αγαα en solution. En termes d'application nous décrivons l'utilisation du motif ATC comme mime de coude pour concevoir un analogue fonctionnel de la gramicidine S, un cyclodécapeptide symétrique antibactérien. La dernière partie de ce travail concerne nos efforts pour développer, à partir des connaissances acquises quant à la structure tridimensionnelle des oligomères d'ATCs, des inhibiteurs de l'interaction protéine-protéine STAT6-NCoA-1. / The work described herein is devoted to the synthesis and the structural characterization of a new family of heterocyclic constrained γ-amino acids, named ATCs (4-Amino-(methyl)-1,3-Thiazole-5-Carboxylic acids). These building-blocks are built around a thiazole ring inserted between the Cα-Cβ carbons allowing the limitation of the ζ dihedral angle value to 0°. The presence of two diversification points both on the γ asymmetric carbon and on the position 2 of the aromatic ring, allows a large structural diversification of the ATCs. Series of oligomers consisting in dimers, tetramers and hexamers soluble in halogenated solvents, alcools and water have been synthesized according to peptide chemistry. The conformations of the sequences have been studied by various NMR experiments associated to modelling studies led under NMR constraints. The ATC oligomers adopt a right 39 helical shape, owning a pitch of 11.8 Å which has been confirmed by crystallography. The helix is stabilized by a conserved hydrogen bond pattern between CO(i)…NH(i+2) occurring all along the sequence axis. Circular dichroism measures have been done to check the conformational stability of the architectures. In the second part of the manuscript, we demonstrate by NMR and theoretical computing that when included in a short peptide sequence, ATCs could act as turns. The derived application consists in optimizing the biological behaviour of the ATC moiety as a turn mimetic thanks to the design and the antibacterial evaluation of a gramicidin S analogue. Based on our knowledge about the three-dimensional structure of ATC oligomers, the last part of this work deals with our efforts to develop inhibitors of protein-protein interaction STAT6-NCoA-1.

Cette thèse est consacrée à la synthèse et à l'étude structurale de peptides-beta/gamma, contenant en alternance des acides aminés-beta et -gamma, conçus pour mimer l'hélice-alpha (ou hélice-13), structure secondaire des protéines. Nous avons ainsi élaboré une stratégie de design « bottom-up » pour des peptides-beta/gamma devant se replier sous forme d'hélice-13. Ces peptides comportent un acide aminé-beta, le (1S,2S)-trans-2-aminocyclobutanecarboxylique, qui joue un rôle clé de brique constitutive en apportant des contraintes conformationnelles. Dans un premier temps, la synthèse énantiomériquement pure du trans-ACBC basée sur une étape clé de photocycloaddition [2+2] a été optimisée. Il a alors été possible de synthétiser des peptides-beta/gamma incorporant en alternance le trans-ACBC et le GABA, qui est un acide aminé-gamma dépourvu de toute contrainte. Des études expérimentales et théoriques fines de ces peptides-beta/gamma ont révélé une structuration inédite sous forme de rubban-9/8, en solution. Il a été démontré que ces nouveaux foldamères adoptent une forme plus ou moins courbe gouvernée par un code combinant configuration et conformation des acides aminés constitutifs de ces peptides. Dans un deuxième temps, des contraintes sur l'acide aminé-gamma ont été introduites par la préparation de peptides-beta/gamma alternant le trans-ACBC et des acides aminés-gamma4. Des études expérimentales et théoriques de ces peptides-beta/gamma en solution ont révélé une préférence conformationnelle sous forme d'hélice-13. La stabilité de cette structure hélicoïdale augmente avec la longueur de la chaîne peptidique. Ces hélices-13 sont en effet fortement stabilisées à partir de 5 liaisons hydrogènes inter-résidus. Enfin, des peptides-alpha/beta/gamma capables de mimer l'hélice-alpha du peptide p53(15-31) ont été conçus et synthétisés, afin de vérifier expérimentalement leur hélicité prédite par modélisation moléculaire. Une fois leur résistance à la dégradation protéolytique démontrée, ces peptides-alpha/beta/gamma ont été testés comme inhibiteur de l'interaction p53/hDM2. Un candidat a particulièrement été capable d'inhiber cette interaction en se liant au site naturel de fixation avec la protéine hDM2. Ce résultat illustre la réussite de notre stratégie de construction de mimes de l'hélice-alpha. / This thesis is devoted to the synthesis and the structural characterisation of beta/gamma-peptides, constructed from beta- and gamma-amino acids in alternation, designed to mimic the alpha-helix secondary structure which is present in many native proteins. The alpha-helix can be defined as a 13-helix and a bottom-up foldamer design strategy to target a 13-helical structure was examined, whereby beta/gamma-peptides were proposed in which (1S,2S)-trans-2-aminocyclobutanecarboxylic acid (trans-ACBC) was incorporated as a conformationally-restricted beta-amino acid component. The scalable synthesis of enantiomerically pure trans-ACBC using a [2+2] photocycloaddition strategy was successfully optimized. beta/gamma-Peptides incorporating trans-ACBC and GABA, the latter being the gamma-amino acid component devoid of any constraint, were then synthesised. Experimental and theoretical investigations of their solution-state folding behaviour revealed an unprecedented 9/8-ribbon foldamer structure that adopts curved shapes governed by a combined configuration-conformation code. Additional constraints on the gamma-amino acid component were then considered and beta/gamma-peptides incorporating trans-ACBC and gamma4-amino acids were synthesised. Experimental and theoretical investigations of these beta/gamma-peptides in solution unveiled a preference for 13-helix folding behaviour, which increased commensurately with the peptide chain length; robust 13-helices were stabilised by a minimum of five intramolecular hydrogen bonds. In the last part of this thesis, molecular modelling was used to design helical alpha/beta/gamma-peptides intended to reproduce as closely as possible the hot-spot residues of the known alpha-helical peptide sequence p53(15-31). These peptides were synthesised and their predicted helical folding was verified experimentally along with their resistance to proteolytic enzymes. The alpha/beta/gamma-peptides were tested as inhibitors of the p53/hDM2 interaction. One peptide was found to behave as potent inhibitor and to bind to the native peptide binding pocket of the hDM2 protein, providing a successful proof of concept of the alpha-helix mimetic design strategy.

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