Regensburg, Universiẗat, Diss., 2002.

Aromatic oligoamide foldamers has high potential to mimic the secondary structures of biopolymers. These oligomers by using intramolecular hydrogen bonds and £k-£k interaction of aromatic rings to form a stable foldamer. We use the helical form of these oligomers and combine to the groove binding agents, then study the influence on DNA .

Ce travail a pour objectif d’augmenter la diversité des foldamères par le développement d’une nouvelle classe d’architectures abiotiques mimant le repliement des feuillets β protéiques. La stratégie employée repose sur des processus de structuration qui diffèrent de ceux observés au sein du vivant. Les deux éléments essentiels des systèmes naturels, à savoir la boucle courte et flexible d’acides aminés et les brins β liés entre eux par des liaisons hydrogènes, sont ici substitués respectivement par un coude rigide formé de noyaux aromatiques et par des oligoarylamides plans interagissant par empilement aromatique.Ces objets ont été conçus pour adopter des structures repliées caractérisables en solution par spectroscopie RMN et à l’état solide par diffraction des rayons X. Dans une première partie, l’optimisation du pseudo-coude β et de la séquence des brins, ainsi que l’exploration des premières architectures en feuillet seront étudiées à travers la conception, la synthèse et les études structurales de ces oligoamides et oligoamines aromatiques. Dans une seconde partie, le concept mis en oeuvre sera étendu à la synthèse de foldamères plus élaborés à brins courbés, ouvrant ainsi des perspectives intéressantes vers l’obtention d’architectures toujours plus complexes. / The purpose of this work is to expand foldamer diversity by developing a novel class of abiotic β-sheet-like architectures. Our strategy uses inter-strand π-π aromatic stacking between sequences of aromatic oligoamides and oligoamines to mimic the natural stabilization of β-strands, which occurs through a network of regularly spaced hydrogen bonds. These oligamide and oligoamine sequences are connected by a rigid U-shaped moiety that creates a turn and initiates strand formation.These molecules have been designed to adopt compact folded structures that can be studied in solution by NMR spectroscopy and in the solid state by X-ray crystallography. In the first part of this dissertation, we report our stepwise approach in the development of β-sheet-like aromatic amide-based foldamers: from the optimization of the design elements and the use of macrocycles, to the synthesis of multi-turn structures. In the second part, the concept will be extented to the synthesis of more elaborate curving strand β-sheet-like foldamers, opening up new perspectives for more complex architectures.

Les interactions protéine - protéine sont au centre de nombreux processus biologiques, et représentent des cibles thérapeutiques pertinentes pour le traitement de certaines maladies. La conception de molécules antagonistes visant à inhiber ces interactions requiert la reconnaissance spécifique d’une des surfaces protéiques impliquées. Les foldamères de type oligoamides de quinoline constituent de bons candidats. Leur production et leur fonctionnalisation sont relativement aisées. Ils adoptent des structures hélicoïdales semblables à celles rencontrées dans les protéines. Grâce à différentes techniques biophysiques (CD, SPR, diffraction des rayons X), nous montrons que ces molécules sont aptes à reconnaître une surface protéique. Deux protéines cibles ont été choisies : l’interleukine 4 et l’anhydrase carbonique humaine II.La stratégie retenue dans ce travail (ancrage du foldamère à la protéine via un bras espaceur) nous a permis d’obtenir des informations structurales sur les interactions foldamère – protéine avant toute optimisation de ces interactions. La première structure 3D d’un complexe foldamère de quinoline complexée à une protéine est décrite. / Protein-protein interactions are a central issue in biological processes and represent relevant therapeutic targets for the treatment of diseases. The design of antagonistic molecules directed towards the disruption of these interactions requires the specific recognition of protein surfaces. Quinoline oligoamide foldamers present all the properties to reach that point. They are easily synthesized and fold into helices (similar to α helices) which can be decorated. Thanks to biophysical studies (CD, SPR, RX diffraction), we demonstrate that these molecules are able to recognize protein surfaces. Two proteins have been studied: the human interleukin 4 and the human carbonic anhydrase II.The applied strategy (keeping the foldamer close to the protein surface via a linker) allowed us to gather structural information about foldamer protein interactions before any strong binding is established. The first crystal structure between a protein and an aromatic amide foldamer is reported.

Au niveau moléculaire, les fonctions des motifs hélicoïdaux sont souvent associées à la stabilité de cesarchitectures. Par exemple, lorsqu’une hélice α est isolée de la structure tertiaire des protéines, celle-cidevient alors flexible et perd son activité. Afin de contrôler la rigidité de ces architectures, différentesapproches ont été proposées dont la construction d’édifices moléculaires repliés de façon contrôlée : lesfoldamères. Notre équipe s’intéresse aux foldamères d’oligoamide aromatique hélicoïdaux et à l’heureactuelle plusieurs études ont déjà été menées afin de comprendre les facteurs influant la stabilité de telleshélices: la longueur de l’oligomère, le solvant et l’effet de l’introduction d’un espaceur aliphatique dans laséquence. Lors de ce travail nous nous sommes tout d’abord intéressés à la capacité de repliement de cinqmonomères aromatiques couramment utilisés pour la préparation de foldamères. Leur contribution dans lastabilité hélicoïdale du système a été évaluée par RMN, diffraction des rayons-X et HPLC chirale dynamique.Inspirés par le rôle des ponts disulfure dans les protéines, nous avons décidé d’explorer l’effet d’une telleliaison sur la stabilité des hélices d’oligoamide aromatique. Deux composés contenant une liaison disulfureintramoléculaire ou deux liaisons intermoléculaires ont été synthétisés et leur stabilité étudiée par RMN, HPLCChiral et Dichroïsme circulaire.Enfin, la synthèse d’hélices moléculaires de grandes dimensions (assimilables à celles de polymèresmonodisperses) a été réalisée par une approche convergente de triplement de longueur de segment via laformation de liaisons anhydrides entre blocs oligomériques. / At the molecular level, the functions of helical patterns are often directly associated with the stability of thesearchitectures, (in α-helices). For example, upon removal of such an entity from the protein’s tertiary structure,the peptidic helix becomes flexible and thus inactive. In order to control the rigidity of these architectures,several strategies have been used and the construction of completely artificial well folded molecules known asfoldamers is one them. Our group mainly focuses on helical aromatic oligoamide foldamers and to dateseveral studies have been carried out to investigate factors affecting the helical stability; the influence ofoligomer length, solvent effects and the effect of aliphatic linkers within a helical aromatic sequence.In the present study we investigate the helical propensity of five commonly used aromatic monomers infoldamer synthesis and by using NMR spectroscopy, X-ray crystallography and dynamic chiral HPLC weevaluate their contribution in helical stability. Additionally, inspired by the role of disulfide bonds in proteins wedecided to explore their effect on helical stability. For this reason intra- and inter-molecularly disulfide bondedcompounds were designed and synthesized. Their stability was studied using NMR spectroscopy, chiral HPLCand CD experiments.Finally, the synthesis of mono-disperse helical strings of polymeric dimensions through a convergent, segmenttripling strategy has been developed. This protection/deprotection free synthesis was carried out byconnecting oligomeric blocks via a labile anhydride functionality.

Les protéines étant au coeur d’un grand nombre de processus biologiques, elles sont des cibles thérapeutiques largement convoitées. Les foldamères, notamment les oligoamides aromatiques, présentent une structure bien définie, prévisible, stable en solution et à l’état solide. Ajouté à cela, leur taille moyenne en fait de bons candidats pour la reconnaissance de surfaces de protéines, grâce à leurs chaînes latérales protéinogènes. Cette thèse présente les différentes étapes de leur conception, de la synthèse de la brique constitutive à l’obtention d’un foldamère fonctionnalisé grâce à la synthèse en phase supportée. La stratégie d’investigation des interactions entre un foldamère et une protéine est détaillée. L’originalité réside dans le fait que le foldamère est ancré directement à la protéine et le dichroïsme circulaire sert de méthode de screening. L’analyse structurale des hits permet de générer de nouveaux foldamères dans le but d’améliorer les interactions avec la protéine : c’est une stratégie itérative. Cette approche est appliquée premièrement à l’anhydrase carbonique humaine II, protéine modèle qui sert de preuve de principe pour cette approche ; puis à des protéines d’intérêt thérapeutique plus important : l’interleukine 4 et la cyclophiline A. Enfin, une étude concernant l’introduction de flexibilité au sein de foldamères de quinolines est présentée. / Since proteins are at the basis of many biological processes, they are widely studied as therapeutic targets. Aromatic oligoamide foldamers have a very well defined structure, predictable and stable both in solution and solid state. Because of their medium size, they appear as potent candidates for protein surface recognition thanks to their proteinogenic side chains. This manuscript presents the different steps of their design, from the scaffold’s synthesis to obtaining a functionalized foldamer, thanks to solid phase synthesis. The strategy to investigate protein/foldamer interactions will be detailed. Its originality lies in the fact that the foldamer is anchored to the protein. Circular dichroism has been used as a screening method to detect foldamer/protein interactions. Structural analysis of the hits will allow the design of new foldamers with the objective of enhancing foldamer/protein interactions: it is an iterative strategy. This approach has been applied firstly to human carbonic anhydrase II (HCA). This protein is used as a model system and proof of concept before moving to more therapeutically relevant proteins; interleukin 4 and cyclophilin A. Finally, a study on introducing flexibility in quinoline foldamers is presented.