Développement d’une nouvelle série d’analogues de sialyl Lewis X en tant qu’antagonistes des sélectines

Abstract

Les infections respiratoires virales sévères, telles que celles provoquées par les virus influenza ou d’autres pathogènes respiratoires, sont fréquemment associées à une réponse immunitaire excessive, contribuant à la progression vers des formes graves de la maladie. Parmi les mécanismes impliqués, l’infiltration massive de leucocytes, médiée notamment par les sélectines E et P, joue un rôle central dans l’aggravation de l’inflammation pulmonaire. Notre laboratoire développe une nouvelle famille de mimétiques des sélectines E et P, dans laquelle un galactopyranoside portant une chaîne oxyacétique en position C3 (première génération), ou un galactopyranoside bicyclique intégrant différents bioisostères, est relié au fucose par une unité tartrate d’ester. Cette unité centrale est capable d’induire une conformation gauche entre ces deux unités glucidiques, favorable à l’activité biologique. Les analogues du sialyl Lewis X (sLeX), possédant une affinité plus grande pour les sélectines que leurs ligands naturels à la surface des leucocytes, peuvent compétitionner avec ceux-ci et empêcher la migration des leucocytes au site de l’inflammation. Afin d'améliorer l'activité et la stabilité biologique de cette famille d’analogues de sLeX, nous présentons dans cette thèse une stratégie de synthèse pour remplacer les groupements ester de l’unité tartrate par des amides. Ces nouveaux mimétiques tartramides pourraient présenter des préférences conformationnelles différentes de celles des composés analogues contenant un tartrate d’ester. Nous avons donc recueilli le plus d’informations possible sur leurs préférences conformationnelles au cours de leur synthèse. Les conformations des analogues tartramides synthétisés ont été évaluées par RMN, en comparant les constantes de couplage des protons du tartrate et du tartramide ainsi que l’orientation par 2D NOESY, afin d’évaluer la relation spatiale entre le fucose et le galactose. Ces analyses indiquent que les dérivés amides présentent effectivement une conformation différente : une conformation trans (T) pour les esters et les mono-amides, et une conformation gauche⁻ (G⁻) pour les amides tertiaires. En raison de l’inversion de l’angle de torsion entre le fucose et le galactose dans la conformation G⁻, les mimétiques (R,R)- et (S,S)-tartramides ont été synthétisés afin d’évaluer l’impact de ces biais conformationnels et spatiaux sur l’activité antagoniste des sélectines. Certains composés des première et deuxième générations contenant un tartrate d’ester ont démontré un profil biologique prometteur. Nous nous sommes donc également intéressés à explorer leur potentiel sous forme de dérivés tartramides, qui ont été synthétisés en suivant deux principales stratégies de synthèse. Une première voie implique une réaction de glycosylation entre le motif galactose et le tartramide fucosylé. Dans la deuxième voie, l’amide est formé après la glycosylation via le dérivé tartrate d’ester. Lors de cette première voie de synthèse, certains problèmes ont été observés. Il a été remarqué que le tartramide réagissait avec le promoteur et donnait donc de faibles rendements lors de la réaction de glycosylation entre les motifs galactoside et tartramide fucosylé. La deuxième voie de synthèse a donc relativement été privilégiée. Certains groupements présents sur les analogues précédemment obtenus ont significativement amélioré l’activité biologique, tels qu’un groupement tétrazole ou un groupement benzyle. Nous avons donc aussi exploré l’ajout d’un tétrazole à la place d’un acide carboxylique au niveau du galactopyranoside en position C3 de la première génération. De même que, dans cette première génération, le groupement benzyle de la chaîne alkyl du galactopyranoside s’était avéré intéressant. Un ajout d’un benzyle en position C9 du système bicyclique de la deuxième génération est également en cours. Les analogues de sLeX obtenus lors de mon doctorat seront soumis à des analyses biologiques, incluant la résonance des plasmons de surface in vitro (test dynamique), un test d’adhésion cellulaire in vitro (test statique) ainsi qu’un modèle de lavage péritonéal des cellules inflammatoires in vivo. Les études préliminaires ont montré que le composé (R,R)-tartramide présente une activité comparable à celle de la forme (S,S)-tartramide en tant qu’inhibiteur des sélectines E et P. Ces résultats suggèrent que la pré-organisation en conformation gauche entre les unités fucose et galactoside, bien qu’impliquant des angles de torsion gauche inversés soit tout aussi bénéfique pour l’activité biologique. Severe viral respiratory infections, such as those caused by influenza viruses or other respiratory pathogens, are often associated with an excessive immune response, contributing to the progression toward severe forms of the disease. Among the mechanisms involved, the massive infiltration of leukocytes mediated in part by E- and P-selectins plays a central role in exacerbating pulmonary inflammation. Our laboratory is developing and studying a new family of E- and P-selectin mimetics, in which a galactopyranoside bearing an oxyacetic chain at the C3 position (first generation), or a bicyclic galactopyranoside incorporating various bioisosteres (second generation), is linked to a fucose unit through a tartrate ester moiety. This central unit can induce a gauche conformation between the two carbohydrate residues, which is favorable for biological activity. Analogues of sialyl Lewis X (sLeX), with greater affinity for selectins than natural ligands, are expected to compete with them on the surface of leukocytes, thereby inhibiting leukocyte migration to sites of inflammation. To improve the biological activity and stability of our family of compounds, this thesis presents a synthetic strategy to replace the ester groups of the tartrate unit with amides. New tartramide mimetics may adopt different conformational preferences compared to their ester-containing counterparts. Therefore, we sought to gather as much information as possible about their conformational preferences during their synthesis. The conformations of the synthesized tartramide analogues were analyzed using NMR, with particular focus on comparing proton coupling constants between tartrate and tartramide derivatives, as well as examining spatial orientation via 2D NOESY to assess the relative positioning between the fucose and galactose. Analysis suggests that the amide derivatives exhibit distinct structural preferences (T conformations for esters and mono-amides and a G⁻ conformation for tertiary amides). The G⁻ conformation, characterized by an inversion of the torsion angle between fucose and galactose, prompted the synthesis of both (R,R)- and (S,S)-tartramide mimetics. Analogues were designed to evaluate how conformational and spatial biases influence selectin antagonistic activity. Several first- and second-generation compounds containing ester tartrates demonstrated promising activity, leading to the successful synthesis of their corresponding tartramide derivatives. Two synthetic approaches were developed. The first strategy involved a glycosylation reaction between a galactose unit and a fucosylated tartramide. In contrast, the second route formed the amide bond after performing the glycosylation using an ester tartrate intermediate. However, challenges arose with the first method, as the tartramide was found to react with the glycosylation promoter, resulting in low yields. As a result, the second synthetic route was generally preferred. The activity of certain substituents in previously synthesized analogues, such as the tetrazole and benzyl groups, showed improvement. We are currently exploring the incorporation of a tetrazole group in place of the carboxylic acid at the C3 position of the first-generation galactopyranoside. Additionally, in the first generation, the benzyl group attached to the alkyl chain of the galactopyranoside proved to be promising. Efforts are also underway to introduce a benzyl group at the C9 position of the second-generation bicyclic compound. The sLeX analogues synthesized during my PhD are being tested in various biological assays, including in vitro surface plasmon resonance (dynamic assay), an in vitro cell adhesion assay (static assay) and an in vivo inflammatory cell peritoneal lavage model. Preliminary results show that the (R,R)-tartramide compound exhibits biological activity comparable to that of the (S,S)-tartramide as a E- and P-selectin inhibitors. The findings suggest that a gauche preorganization between the fucose and galactoside units although involving opposite gauche torsion angles may be as favorable for biological activity.