Partage de littérature : Construction rapide d’une liaison Tyr C6–Trp C′ : Application à la synthèse totale du micitide 982, un peptide cyclique non canonique

Aujourd'hui, nous partageons un article de recherche dirigé par le professeur Hugh Nakamura de l'Université des sciences et technologies de Hong Kong (HKUST), publié dans Angewandte Chemie International Edition. Cette étude a permis de développer une stratégie de synthèse efficace intégrant un couplage croisé électrophile catalysé par le nickel et assisté électrochimiquement, associé à une macrocyclisation de Larock régiosélective. Cette stratégie a permis la construction réussie de la liaison biaryle tyrosine C6–tryptophane C5′ (Tyr C6–Trp C5′) fortement contrainte et la synthèse totale du micitide 982, un peptide synthétisé par les ribosomes et modifié post-traductionnellement (RiPP). Ces travaux offrent une approche modulaire et généralisable pour la synthèse de peptides cycliques complexes analogues.

01 Contexte de la recherche

Les peptides synthétisés par les ribosomes et modifiés post-traductionnellement (RiPP) suscitent un vif intérêt dans la recherche sur les produits naturels en raison de leur diversité structurale et de leurs remarquables activités biologiques. De nombreux RiPP contiennent des liaisons biaryles non canoniques, qui présentent souvent une atropisomérie et posent des défis de synthèse considérables. Le micitide 982, un RiPP découvert en 2023, possède une structure centrale composée d'un cycle à 13 chaînons fortement contraint, formé par trois acides aminés (L-tyrosine, L-proline et L-tryptophane) et réticulé par une rare liaison biaryle Tyr C6–Trp C5′ (Figure 1a). Du fait de son extrême rareté (seulement 5 mg ont été isolés à partir de 10 L de bouillon de fermentation) et de sa bioactivité inconnue, la synthèse chimique est devenue essentielle pour l'étude de ses fonctions. Cependant, les stratégies de macrocyclisation classiques par formation de liaisons amides se sont révélées inefficaces – les rendements étant inférieurs à 5 % – en raison de la contrainte excessive imposée par la rigidité et la linéarité du pont biaryle. Une nouvelle stratégie de synthèse était donc nécessaire de toute urgence.

02 Points forts innovants

• Développement d'une stratégie de couplage électrochimique en tandem et de macrocyclisation : surmontant les limitations de la macrocyclisation traditionnelle à base d'amide pour les peptides fortement contraints, ce travail ouvre la voie à l'intégration du couplage croisé électrocatalytique au Ni et de l'annulation d'indole de Larock catalysée par le Pd, permettant une incorporation efficace et douce de motifs biaryles dans des échafaudages peptidiques complexes.
• Réalisation de la première synthèse totale du micitide 982 : Cette stratégie relève avec succès le défi de la construction de la liaison contrainte Tyr C6–Trp C5′, confirmant la structure proposée du produit naturel.
• Démonstration d'une modularité élevée et d'une large applicabilité : L'utilisation d'un précurseur peptidique portant des groupes halogènes et alcynes terminaux permet l'incorporation modulaire en fin de processus de diverses unités biaryles, facilitant grandement la construction d'analogues structuraux (Figure 1d, Figure 3).

Figure 1.a) Peptides cycliques non canoniques représentatifs. b) Voie de biosynthèse proposée. c) Biosynthèse. d) Ce travail.

03 Résultats et discussion

• Échec de la macrocyclisation conventionnelle et vision stratégique

Les auteurs ont d'abord tenté des voies de macrocyclisation classiques par liaison amide. Les précurseurs 2 et 3 ont été synthétisés et soumis à divers réactifs de couplage (EDCI, DCC, HATU, etc.), mais toutes les tentatives ont échoué, le produit cyclique 4 étant obtenu avec un rendement inférieur à 5 % (Figure 2a). Ces résultats soulignent l'incompatibilité des méthodes traditionnelles avec la forte tension de cycle induite par le motif biaryle rigide et mettent en évidence la nécessité d'une approche de cyclisation alternative.

• Conception d'une nouvelle stratégie convergente et rétrosynthèse

Une nouvelle voie de synthèse convergente a été conçue (Figure 2b). L'idée clé consistait à introduire d'abord le motif biaryle sur un tripeptidique portant des groupements bromure et alcyne terminaux par couplage croisé catalysé par le nickel, suivi d'une cyclisation de Larock pour former simultanément la liaison biaryle et le macrocycle. Rétrosynthétiquement, la molécule cible a été décomposée en iodure de biaryle 22 et en tripeptidique 19, qui seraient ensuite couplés en deux étapes.

Figure 2. a) Résumé de haut niveau des échecs documentés. b) Une approche synthétique du micitide 982 (1).

• Optimisation cruciale du couplage électrochimique catalysé par le Ni

Le couplage entre le peptide de liaison 19 et l'unité biaryle 22 constituait une première étape cruciale. Les premières tentatives, utilisant un mélange stœchiométrique de Zn/Mn comme réducteur dans des systèmes catalysés par le nickel, ont donné de faibles résultats (rendement d'environ 11 %). L'équipe a alors introduit la synthèse électrochimique, utilisant un courant électrique à la place des réducteurs métalliques. Finalement, dans des conditions employant NiBr₂/dtbbpy (L12) comme système catalytique et un courant constant de 4 mA à température ambiante, le produit de couplage souhaité 23 a été obtenu avec un rendement de 47 % (Schéma 1). Cette étape s'est déroulée dans des conditions douces, démontrant une excellente compatibilité avec le substrat peptidique complexe.

• La macrocyclisation de Larock construit la structure de base

À partir du précurseur linéaire 23, une réaction de Larock intramoléculaire catalysée par Pd(OAc)₂/tBu₃P a permis de former avec succès le cycle à 13 chaînons fortement contraint via la formation de la liaison Tyr C6–Trp C5′, conduisant au peptide cyclique central 24 avec un rendement de 45 % (Schéma 1). La spectroscopie RMN a confirmé que sa structure correspondait à celle du produit naturel.

Schéma 1. Construction concise de la liaison Tyr C6-à-Trp C5 et synthèse totale du micitide 982

• Étude théorique sur la stabilité conformationnelle

Pourquoi la cyclisation de Larock a-t-elle réussi là où la cyclisation d'amide a échoué ? Des calculs DFT ont révélé que le produit cyclisé existe sous la forme de deux atropisomères, 26 et 27. La barrière d'énergie rotationnelle entre eux était élevée (32,6 kJ/mol), et l'isomère 26 était thermodynamiquement plus stable de 11,4 kJ/mol, existant sous la forme d'un seul conformère isolable dans un rapport > 99:1 à température ambiante (Schéma 2). Les calculs ont également indiqué que la cyclisation se déroulait via un état de transition plus stable conduisant à 26, confirmant ainsi que ce dernier est le produit cinétiquement favorisé.

 Schéma 2. Stabilité thermodynamique des conformères 26 et 27.

• Démonstration de l'applicabilité modulaire

Pour illustrer la généralité de cette plateforme, quatre blocs de construction biaryles différents (28–31) ont été synthétisés. Tous ont été incorporés avec succès dans le lieur peptidique 19 par la séquence en deux étapes « couplage électrochimique – cyclisation de Larock », permettant d’obtenir des analogues de peptides cycliques structurellement diversifiés (32–35) avec de bons rendements globaux (Figure 3). Ceci démontre clairement le potentiel de cette stratégie pour la construction de banques de peptides cycliques liés par des biaryles.

Figure 3. Étendue du substrat pour la biarylation modulaire

04 Conclusion

Cette étude a développé une stratégie de synthèse convergente combinant un couplage électrocatalytique croisé d'électrophiles au nickel et une macrocyclisation de Larock catalysée par le palladium, surmontant ainsi la difficulté de construire la liaison biaryle Tyr C6–Trp C5′ fortement contrainte et permettant la première synthèse totale du micitide 982 à l'échelle du gramme. L'avantage principal de cette approche réside dans sa grande modularité et sa convergence : la conception d'un précurseur peptidique universel portant des terminaisons halogènes et alcynes permet l'introduction flexible de diverses unités biaryles en fin de synthèse. Comme démontré, cette méthode est non seulement applicable à la synthèse de produits naturels complexes, mais permet également la construction rapide de chimiothèques d'analogues, offrant un outil puissant pour la découverte de médicaments à base de peptides cycliques. Ce travail transcende les limitations des approches enzymatiques traditionnelles, illustrant la puissance de la chimie de synthèse pour créer des biomolécules complexes et ouvrant de nouvelles perspectives pour la synthèse et l'étude des RiPP et autres molécules bioactives à base de biaryles.

Article original :

Ogawa H, Nagata Y, Chan TK, et al. Construction rapide d'une liaison Tyr C6–Trp C5′ : application à la synthèse totale du micitide 982, un peptide cyclique non canonique[J]. Angewandte Chemie, 2025 : e202516053.

 https://doi.org/10.1002/anie.202516053