京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第19008号 / 工博第4050号 / 新制||工||1623(附属図書館) / 31959 / 京都大学大学院工学研究科高分子化学専攻 / (主査)教授 赤木 和夫, 教授 中條 善樹, 教授 吉﨑 武尚 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DGAM

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第23927号 / 工博第5014号 / 新制||工||1783(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科合成・生物化学専攻 / (主査)教授 松田 建児, 教授 杉野目 道紀, 教授 生越 友樹 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DGAM

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第22272号 / 理博第4586号 / 新制||理||1658(附属図書館) / 京都大学大学院理学研究科化学専攻 / (主査)教授 大須賀 篤弘, 教授 依光 英樹, 教授 時任 宣博 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DGAM

Objectifs : Les Récepteurs Couplés aux Protéines G (RCPG) constituent une grande famille ubiquitaire. Leur structure est caractérisée par sept hélices transmembranaires. Les déformations de ces hélices jouent un rôle majeur dans l’activation de ces récepteurs. La plupart de ces déformations sont liées à la présence de prolines conservées. Cependant, les prolines de l’hélice 2 et 5 des RCPG ne sont pas systématiquement présentes. De plus, la position de la proline dans l’hélice 2 est variable (2.58, 2.59 ou 2.60). Nous nous intéressons aux rôles des prolines des hélices 2 et 5 dans l’activation de deux RCPG : le récepteur de la thyrotropine (TSHR) et le récepteur 2 de la vasopressine (V2R). Méthodes : pour le TSHR et le V2R, nous concevons et caractérisons des mutants pour chaque position conservée de la proline dans l’hélice 2 et/ou 5, ainsi que des mutants sans proline. Résultats : Les mutants du TSHR n’ont pas le même comportement en termes d’expression, de glycosylation ou d’activité. La position la mieux tolérée, 2.59, nous permet de rapprocher le TSHR des récepteurs avec une proline en position 2.59 qui possèdent un renflement dans l’hélice 2. Pour l’hélice 5, les données expérimentales couplées à l’analyse des séquences et la modélisation moléculaire suggèrent une structure non renflée. Pour le V2R, le changement de position de la proline de l’hélice 2 est plus délétère que l’absence de proline dans cette hélice. La proline de l’hélice 5 est indispensable pour l’activité de ce récepteur. Conclusion : Les données obtenues sur le TSHR permettent de proposer un modèle avec une hélice 2 renflée et une hélice 5 non renflée et d’améliorer la modélisation de la cavité interne de ce récepteur, ce qui est essentiel pour le drug design. L’étude du V2R permet de proposer un modèle évolutif de ce récepteur et met en évidence sa spécificité par rapport à des récepteurs proches. / Objectives : Class A G-Protein-coupled receptors (GPCRs) constitute a large family of transmembrane receptors. Helical distortions play a major role in the overall fold and in the activation mechanism of these receptors. Most distortions are related to the presence of conserved proline residues. However, in helices TM2 and TM5, the presence of proline is not mandatory and the correlated mutation of these proline residues is observed in several GPCR sub-families. In addition, the position of the TM2 proline is variable (2.58 to 2.60). We are interested in the role of the TM2 and TM5 proline residues in the folding and activation mechanism of two GPCRs : the thyrotropin receptor (TSHR) and the vasopressin receptor type 2 (V2R). Methods : For both receptors, we engineered and characterized mutants with proline residues at different positions in TM2 and/or at position 5.50 in TM5, and without proline. Results : The expression, the glycolysation or the activity of TSHR mutants are differentially altered by changes in the proline pattern. The “best” mutant, TSHR P2.59, is consistent with a bulged structure for TM2. Experimental data in addition to sequences analysis and modeling suggest an unbulged structure for TM5. For V2R, the absence of proline in TM2 is better tolerated than ashift in the position. The TM5 proline is mandatory for the receptor activation. Conclusion : We suggest a model for TSHR with a bulged TM2 and an unbulged TM5. This should improve the modeling of the transmembrane cavity, which is fundamental for drug design. Our results on V2R suggest an evolutionary model for this receptor and enlighten its specificity compared to nearby receptors.

Les organismes vivants produisent des peptides antimicrobiens (PAMs) pour se protéger contre les microbes. La résistance croissante aux antibiotiques nécessite le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques et les PAMs sont des candidats prometteurs pour résoudre ce problème. Ils possèdent une activité à large spectre et leur principal mécanisme d'action par perméation de la membrane engendre peu de phénomènes de résistance. Néanmoins, leur faible biodisponibilité empêche leur utilisation. Certaines limitations peuvent être surmontées en développant des mîmes de PAMs qui conservent leur activité mais avec un potentiel thérapeutique accru. Les peptoïdes (oligomères de N-alkylglycine) structurés en hélice cationique amphiphile sont de bons mimes de PAMs. Les peptoïdes sont plus flexibles que les peptides en raison de l'isomérie cis/trans des amides N,N-disubstitués ; cependant la conformation des amides peut être contrôlée par un choix judicieux des chaînes latérales. Le but de cette thèse est d'étudier l'influence de chaînes latérales(hydrophobes ou cationiques) bloquant la conformation des amides en cis et induisant une structure hélicoïdale de type PolyProline I (PPI) robuste, sur l’activité antibactérienne et la sélectivité de peptoïdes. La conception, la synthèse et l’étude conformationnelle de nouveaux oligomères peptoïdes cationiques portant des chaînes latérales de type tert-butyle et/ou triazolium ont été réalisées. Dans un premier temps, la synthèse en solution d'oligomères à base de tert-butyle a été développée puis une stratégie de synthèse en phase solide a été mise en place pour accéder aux oligomères à base de 1,2,3-triazolium. Ensuite, ces nouveaux oligomères ont été évalués pour leur activité vis à vis d’un panel de bactéries Gram-positive et Gram-négative, leur l'activité antibiofilm et leur sélectivité cellulaire. Enfin, pour visualiser les effets des peptoïdes amphiphiles sur les bactéries, une étude de microscopie a été réalisée. / Living organisms produce antimicrobial peptides (AMPs) to protect themselves against microbes.The growing problem of antimicrobial resistance calls for new therapeutic strategies and the natural AMPs have shown ground-breaking potential to address that issue. They show broad-spectrum activity and their main mechanism of action by bacterial cell membrane disruption implies low emergence of resistance which makes them potent candidates for replacing conventional antibiotics. Nevertheless, few hurdles are impeding their use, notably poor bioavailability profile. Some of these limitations can be overcome by developing peptidomimetics of AMPs which exhibit antibacterial activities together with enhanced therapeutic potential. Peptoids (i.e. N-alkyl glycine oligomers) adopting cationic amphipathic helical structures are mostly competent AMP mimetics. From a conformational point of view, peptoids are fundamentally more flexible than peptides primarily due to the cis/trans isomerism of N,N-disubstituted amides but studies in this area have shown that cis amide conformation can be controlled by careful choice of side-chain to set a PolyProline I-type helical structure of peptoids. In this thesis, the genesis of novel amphipathic cationic peptoids carrying cis-directing tert-butyl and/or triazolium-type side-chains and their untapped potential to act against bacteria will be discussed comprehensively. First, the solutionphase synthesis of tert-butyl-based oligomers was developed. Second, novel method of solid-phase submonomer synthesis was optimised to access 1,2,3-triazolium-based oligomers. Then, the synthesised cationic oligomers were evaluated for their antibacterial potential, followed by antibiofilm activity and cell selectivity assays. In the end, to have insights on the mode of action of amphipathic peptoids, microscopy was carried out.

<p>Thin metal films have found their use in many magnetic devices. They form pseudo two-dimensional systems, where the mechanisms for the magnetic interactions between the layers are not completely understood. Layered crystal structures have an advantage over such artificial systems, since the layers can be strictly mono-atomic without any unwanted admixture. In this study, some model systems of layered magnetic crystal structures and their solid solutions have been investigated by x-ray and neutron diffraction, Mössbauer and electron spectroscopy, heat-capacity and magnetic measurements, and first-principle electronic structure calculations, with the goal of deepening our understanding through controlled chemical synthesis.</p><p>The compounds TlCo₂S₂, TlCo₂Se₂ and their solid solution TlCo₂Se_2-xS_x, all containing well separated cobalt atom sheets, order with the moments ferromagnetically aligned within the sheets. In TlCo₂S₂, the net result is ferromagnetism, while TlCo₂Se₂ exhibits antiferromagnetism. The inter-layer distance is crucial for the long-range coupling, and it was varied systematically through Se-S substitution. The incommensurate helical magnetic structure found for TlCo₂Se₂ (x = 0) prevails in the composition range 0 ≤ x ≤ 1.5 but the pitch of the helix changes. The accompanying reduction in inter-layer distance on sulphur substitution varies almost linearly with the coupling angle of the helix. An additional competing commensurate helix (90°) appears in the medium composition range (found for x = 0.5 and 1.0).</p><p>The systems TlCo_2-xMe_xSe₂ show helical magnetic ordering for Me = Fe or Cu, while a collinear antiferromagnetic structure occurs for Me = Ni. Magnetic order is created by iron substitution for copper in the Pauli paramagnetic TlCu₂Se₂, but now with the moments perpendicular to the metal sheets.</p><p>TlCrTe₂ forms a quite different crystal structure, with intra-layer ferromagnetic alignment and net collinear antiferromagnetism. In contrast to the other phases, the values of the moments conform well to a localised model for Cr³⁺.</p>

Thin metal films have found their use in many magnetic devices. They form pseudo two-dimensional systems, where the mechanisms for the magnetic interactions between the layers are not completely understood. Layered crystal structures have an advantage over such artificial systems, since the layers can be strictly mono-atomic without any unwanted admixture. In this study, some model systems of layered magnetic crystal structures and their solid solutions have been investigated by x-ray and neutron diffraction, Mössbauer and electron spectroscopy, heat-capacity and magnetic measurements, and first-principle electronic structure calculations, with the goal of deepening our understanding through controlled chemical synthesis. The compounds TlCo2S2, TlCo2Se2 and their solid solution TlCo2Se2-xSx, all containing well separated cobalt atom sheets, order with the moments ferromagnetically aligned within the sheets. In TlCo2S2, the net result is ferromagnetism, while TlCo2Se2 exhibits antiferromagnetism. The inter-layer distance is crucial for the long-range coupling, and it was varied systematically through Se-S substitution. The incommensurate helical magnetic structure found for TlCo2Se2 (x = 0) prevails in the composition range 0 ≤ x ≤ 1.5 but the pitch of the helix changes. The accompanying reduction in inter-layer distance on sulphur substitution varies almost linearly with the coupling angle of the helix. An additional competing commensurate helix (90°) appears in the medium composition range (found for x = 0.5 and 1.0). The systems TlCo2-xMexSe2 show helical magnetic ordering for Me = Fe or Cu, while a collinear antiferromagnetic structure occurs for Me = Ni. Magnetic order is created by iron substitution for copper in the Pauli paramagnetic TlCu2Se2, but now with the moments perpendicular to the metal sheets. TlCrTe2 forms a quite different crystal structure, with intra-layer ferromagnetic alignment and net collinear antiferromagnetism. In contrast to the other phases, the values of the moments conform well to a localised model for Cr3+.

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.

No / Biarylpyrimidines are characterized as selective ligands for higher-order nucleic acid structures. A concise and efficient synthesis has been devised incorporating Suzuki biaryl cross-coupling of dihalopyrimidines. Two ligand series are described based on the parent thioether 4,6-bis[4-[[2-(dimethylamino)ethyl]mercapto]-phenyl]pyrimidine (la) and amide 4,6-bis(4[(2-(dimethylamino)ethyl)carboxamido]phenyl)pyrimidine (2a) compounds. In UV thermal denaturation studies with the poly(dA)·[poly(dT)]2 triplex structure, thioethers showed stabilization of the triplex form (¿Tm ¿ 20 °C). In contrast, amides showed duplex stabilization (¿Tm ¿ 15 °C) and either negligible stabilization or specific destabilization (¿Tm = -5 °C) of the triplex structure. Full spectra of nucleic acid binding preferences were determined by competition dialysis. The strongest interacting thioether bound preferentially to the poly(dA)·[poly(dT)]2 triplex, Kapp = 1.6 x 105 M-1 (40 x Kapp for CT DNA duplex). In contrast, the strongest binding amide selected the (T2G20T2)4 quadruplex structure, Kapp = 0.31 x 105 M-1 (6.5 x Kapp for CT DNA duplex).