New methodologies for total protein synthesis
Nouvelles méthodologies pour la synthèse totale de protéines
Résumé
Proteins play a crucial role in living organisms and in almost all biological mechanisms. The total chemical synthesis of proteins allows an atom by atom control of their structure and thus constitutes a powerful tool of investigation of biological processes involving these molecules. The solid phase peptide synthesis (SPPS) introduced by B. Merrifield in 1963 has revolutionized the field. Few years later, the discovery of chemical ligation methods and the development of peptide segment assembling strategies has been applied to the synthesis of many proteins. However, the difficulty in accessing large proteins reflects the absence of robust methods for the routine synthesis of such macromolecules.Novel synthetic methods based on Native Chemical Ligation and SEA/SeEA ligations have been developed in the frame of this thesis. In particular, I explored the interest of latent or in situ formed selenesters for facilitating the access to large proteins.The first part of this thesis describes the chemical properties of the bis(2-selenylethyl)amido (SeEA) group, i.e. the selenium analog of the bis(2-sulfanylethyl)amido (SEA) group, and its usefulness for accelerating peptide bond formation. This method was used for the synthesis of the NK1 protein (natural variant of the hepatocyte growth factor, HGF) constituted of 180 amino acids.The second part describes the in situ formation of selenesters through the design of novel selenium catalysts. These catalysts were used to accelerate the SEA ligation as well as the synthesis of thioester peptides from SEA peptides. Both reactions are central in the total synthesis processes developed in this thesis. Their usefulness is illustrated by the total synthesis of granulysin.The last part describes a method for the sequential ligation of peptide segments on a water compatible solid support which is complementary to the solution methods discussed above. This process has been automated and has a great potential for the automated chemical synthesis of proteins.
Les protéines jouent un rôle essentiel dans le fonctionnement des organismes vivants et sont au cœur de nombreux mécanismes biologiques. La synthèse totale chimique des protéines permet un contrôle précis de leur composition et constitue donc un outil puissant d’investigation des processus biologiques impliquant ces molécules. La synthèse peptidique en phase solide (SPPS) décrite par B. Merrifield en 1963 a révolutionné le domaine. Quelques années plus tard, les méthodes de ligations chimiques et le développement de stratégies d’assemblage de segments peptidiques ont permis la synthèse de nombreuses protéines par voie chimique. Cependant, la difficulté des chimistes à produire de grandes protéines traduit l’absence de méthodes robustes pour la synthèse en routine de tels macromolécules.De nouvelles méthodologies de synthèse totale basées sur la Native Chemical Ligation et les ligations SEA et SeEA ont été développées dans le cadre de cette thèse. En particulier, l’utilisation de sélénoesters latents ou formés in situ a été étudiée pour faciliter l’accès à des protéines de grande taille.La première partie de cette thèse porte sur le potentiel du groupement bis(2-sélényléthyl)amido SeEA, à savoir l’analogue sélénié du groupement bis(2-sulfanyléthyl)amido SEA, pour accélérer la formation de liaisons peptidiques par formation d’intermédiaires sélénoesters. Cette méthode a permis la synthèse de la protéine NK1 (variant naturel du facteur de croissance des hépatocytes HGF) constituée de 180 acides aminés.La seconde partie décrit la formation in situ de sélénoesters à partir de segments peptidiques SEA grâce à la conception de nouveaux catalyseurs à base de sélénium. Ces catalyseurs ont été utilisés pour accélérer deux réactions essentielles dans les procédés de synthèse totale développés dans cette thèse, à savoir la ligation SEA ainsi que la synthèse de peptides thioesters à partir de peptides SEA. L’efficacité de l’un de ces catalyseurs a été illustrée par la synthèse totale de la granulysine.La dernière partie de cette thèse décrit une stratégie d’assemblage séquentielle de segments peptidiques en phase solide, qui constitue une alternative aux méthodes d’assemblage en phase liquide. Ce procédé a été automatisé et présente un grand potentiel pour la synthèse automatisée de protéines par voie chimique.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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