Escuaramidas inductoras de plegamiento en compuestos peptidomiméticos: diseño, síntesis y estudios conformacionales

Abstract

[spa] En esta Tesis Doctoral, titulada “Escuaramidas inductoras de plegamiento en compuestos peptidomiméticos: Diseño, síntesis y estudios conformacionales”, se recoge el desarrollo de varios módulos escuaramídicos de plegamiento y su uso en el diseño y síntesis de compuestos peptidomiméticos. En primer lugar se han estudiado las propiedades conformacionales de tres compuestos escuaramídicos de estructura minimalista que podrían plegarse debido a la formación de un enlace de hidrógeno intramolecular. Estos compuestos contienen grupos funcionales que permiten el acoplamiento del módulo de plegamiento a cadenas peptídicas, lo que los hace adecuados para el desarrollo de compuestos peptidomiméticos. La principal diferencia entre los tres compuestos reside en el número de átomos que constituirían el ciclo formado por el enlace de hidrógeno intramolecular. En base a los resultados obtenidos se ha establecido la estructura básica de un nuevo módulo escuaramídico de plegamiento, que se ha utilizado en el diseño y síntesis de un compuesto pseudopeptídico lineal de mayor tamaño. El estudio conformacional de éste indica que el módulo de plegamiento induce en cierta proporción el plegamiento de la estructura. En el siguiente paso se han mejorado los módulos de plegamiento escuaramídicos desarrollados previamente, tanto en la primera etapa de este trabajo como en trabajos previos llevados a cabo en nuestro grupo de investigación. Sustituyendo un NH escuaramídico por un grupo N-Me se ha mejorado considerablemente la capacidad de plegamiento de los módulos escuaramídicos. De esta forma se ha demostrado que una unidad escauramida secundaria - terciaria es más adecuada para inducir el plegamiento de estructuras lineales que una escuaramida disecundaria. El módulo de giro mejorado ha sido utilizado en el diseño y síntesis de dos estructuras tipo horquilla , una paralela y otra antiparalela. El estudio de sus propiedades conformacionales muestra que estas estructuras se pliegan de forma más efectiva que el pseudopéptido anterior, lo que confirma la mejora del módulo de giro. Mediante una nueva modificación de la estructura escuaramídica de plegamiento se ha obtenido una unidad de giro directamente insertable en secuencias peptídicas. Utilizando condiciones habituales de síntesis peptídica en fase sólida se ha podido sintetizar un mimético de horquilla  de estructura más extensa que las anteriores, formado por el módulo de giro y diez residuos de -aminoácidos. Sus propiedades conformacionales se han estudiado en disolución acuosa y se ha observado la presencia mayoritaria de dos confórmeros tipo horquilla  antiparalela que se diferencian principalmente en la zona de giro. En un cofórmero el giro está formado por un ciclo de diez miembros y en el otro por un ciclo de trece, tal como sucede en los giros  y  naturales, respectivamente. También se ha insertado el módulo de giro escuaramídico en un precursor lineal para inducir el plegamiento de la estructura y favorecer así una reacción de macrociclación. De esta forma se ha obtenido un mimético RGD macrocíclico. Además, se han realizado estudios de interacción con diferentes sales. Los resultados obtenidos indican que el plegamiento de estructuras escuaramídicas solo inhibe la interacción de la unidad escuaramída con aniones cuando el confórmero plegado está completamente poblado.

[cat] En aquesta Tesi Doctoral, titulada, “Esquaramides inductores de plegament en composts peptidomimètics; Disseny, síntesis y estudis conformacionals”, es recull el desenvolupament de varis mòduls esquaramídics de plegament y el seu ús en el disseny i síntesi de composts peptidomimètics. En primer lloc s’han estudiat les propietats conformacionals de tres composts esquaramídics d’estructura minimalista que podrien plegar-se degut a la formació d’un enllaç d’hidrogen intramolecular. Aquests composts contenen grups funcionals que permeten l’acoblament del mòdul de plegament a cadenes peptídiques, el que els fa adequats pel desenvolupament de composts peptidomimètics. La principal diferència entre els tres composts resideix en el nombre d’àtoms que constituirien el cicle format per l’enllaç d’hidrogen intramolecular. En base als resultats obtinguts s’ha establert l’estructura bàsica d’un nou mòdul esquaramídic de plegament, que s’ha utilitzat en el disseny i síntesi d’un composts pseudopeptídic lineal de major mida. El seu estudi conformacional indica que el mòdul de plegament indueix en certa proporció el plegament de l’estructura. La següent passa va ser la millora dels mòduls de plegament esquaramídics desenvolupats prèviament, tant a la primera etapa d’aquest treball com a treballs previs duts a terme al nostre grup d’investigació. Substituint un NH esquaramídic per un grup N-Me s’ha millorat considerablement la capacitat de plegament dels mòduls esquaramídics. D’aquesta manera s’ha demostrat que una unitat esquaramida secundaria - terciària és més adequada per induir el plegament d’estructures lineals que una esquaramida disecundaria. El mòdul de gir millorat ha estat utilitzat en el disseny i síntesi de dos estructures tipo forquilla , una paral·lela i una altre antiparal·lela. L’estudi de les seves propietats conformacionals mostra que aquestes estructures s’apleguen de forma més efectiva que el pseudopèptid anterior, confirmant la millora del mòdul anterior. Mitjançant una nova modificació de l’estructura esquaramídica de plegament s’ha obtingut una unitat de gir directament inserible a seqüencies peptídiques. Utilitzant condicions habituals de síntesi peptídica en fase sòlida s’ha pogut sintetitzar un mimètic de forquilla  d’estructura més extensa que les anteriors, format pel mòdul de gir y deu residus de -aminoácids. Les seves propietats conformacionals s’han estudiat en dissolució aquosa y s’ha observat la presència majoritària de dos confórmers tipus forquilla  antiparal·lela que es diferencien principalment en la zona de gir. A un dels confórmers el gir està forma per un cicle de deu membres i a l’altre per un cicle de tretze, tal com es dóna en els girs  y  naturals, respectivament. També s’ha inserit el mòdul de gir esquaramídic a un precursor lineal per induir-ne el plegament y afavorir així una reacció de macrociclació. D’aquesta manera s’ha obtingut un mimètic RGD macrocíclic. A més, s’han realitzat estudis d’interacció amb diferents sals. Els resultats obtinguts indiquen que el plegament d’estructures esquaramídiques només inhibeix la interacció de la unitat esquaramida amb anions quant el confórmer plegat està completament poblat.

[eng] This Doctoral Thesis, entitled “Squaramides as folding promoters in peptidomimetic compounds: Design, synthesis and conformational studies”, describes the development of squaramidic folding modules and their use in the design and synthesis of peptidomimetic compounds. Firstly, three minimalist squaramidic compounds have been synthesized and their conformational properties have been evaluated. These compounds contain functional groups that could promote folding induced by the formation of an intramolecular hydrogen bond in peptomimetic compounds, since these functional groups allow the coupling of the foldable module to peptidic chains. These three compounds differ in the chain length that link the hydrogen bond donor and acceptor groups. The conformational study has permitted to determine the best foldable module and it has been inserted in a linear peptomimetic structure to evaluate its ability to induce the folding of the structure, behaving like a -turn mimetic. However, the outcome of this design proved to be flexible and gives a mixture of folded and non-folded conformers in solution. In order to improve the the folding capabilities of the squaramidic modules developed at the beginning of this thesis, as well as those developed before in our research group, we proposed a new design. In it, one of the squaramidic NH groups has been substituted by an N-Me group and the folding ability of the modules has been considerably increased. These results have demonstrated that a secondary - tertiary squaramide is better than a disecondary squaramide to induce the folding of a linear structure. The new turn module has been used in the design and synthesis of a parallel and an antiparallel -hairpin like structures. Their conformational properties have been evaluated, confirming that the turn module has been improved and the folded structures are the main conformers in solution. The developed structure of the turn module formed by a secondary - tertiary squaramide unit has been conveniently modified again to be able to insert it in a peptide sequence. A larger -hairpin mimetic, formed by ten amino acids and the folding module, has been prepared by a conventional solid-phase procedure. This new peptidomimetic compound has been studied in aqueous solution and two main species have been observed, being both antiparallel - hairpin structures. One of the conformers is the structure proposed in the design, with the turn module mimicking a natural -turn. In the other conformer the turn region is analogous to a natural -turn, constituted by a thirteen membered cycle. This third -turn module has also been inserted in a linear precursor to induce the folding of the structure, favoring by this way a macrocyclization reaction. A macrocyclic RGD mimetic has been obtained using this strategy. In addition, interaction studies with different salts have been performed. These studies reveal that the interaction between the squaramide of a foldable module and an anion is inhibited only when the folded conformation is completely populated.