« La chimie de photocycloaddition thiol-ène pour la synthèse efficace de peptides bicycliques et une bibliothèque de peptides codés génétiquement »

Aujourd'hui, nous partageons avec vous une importante étude menée par l'équipe de Xinxiang Lei de l'Université de Lanzhou, publiée dans Angewandte Chemie International Edition. Ces travaux constituent la première application de la chimie photochimique thiol-ène à la bicyclisation efficace de peptides non protégés, permettant le développement d'une nouvelle méthode rapide, hautement sélective et biocompatible. Les chercheurs ont ingénieusement utilisé le réticulant tri-alcène TAIC, peu coûteux et facilement disponible. Sous activation par la lumière visible, la cyclisation est achevée en seulement 6 minutes. Ils ont intégré avec succès cette méthode à la technologie du phage display pour construire une bibliothèque de peptides bicycliques codée génétiquement, permettant ainsi le criblage de nouveaux ligands présentant une affinité submicromolaire ultra-élevée pour la cyclophiline A, une cible thérapeutique importante. Cette étude offre une nouvelle plateforme puissante et polyvalente pour la découverte de médicaments peptidiques contraints.

01 Contexte de la recherche

Les peptides bicycliques, grâce à leur structure rigide unique et à leur excellente stabilité, présentent un immense potentiel pour cibler les interactions protéine-protéine (IPP), traditionnellement difficiles à aborder pour les petites molécules. Ils sont devenus un élément fondamental de la découverte de médicaments. Cependant, leur développement a longtemps été freiné par le manque de méthodes de cyclisation efficaces et hautement sélectives. Les méthodes traditionnelles, telles que l'utilisation de réticulants comme le TBMB, se heurtent souvent à des difficultés comme des conditions de réaction drastiques, de nombreuses réactions secondaires et une faible compatibilité avec les environnements biologiques complexes, ce qui les rend difficilement applicables aux plateformes de criblage à haut débit comme le phage display. Bien que des stratégies améliorées, comme les approches catalysées par des métaux, aient été développées par la suite, des problèmes tels que la toxicité des métaux et la stabilité des ligands persistent. Par conséquent, le développement d'une nouvelle méthode permettant une bicyclisation peptidique rapide et spécifique dans des conditions douces et physiologiquement compatibles est une nécessité urgente en biologie chimique et en découverte de médicaments. La chimie photoclick thiol-ène est reconnue pour sa rapidité, son efficacité et son excellent contrôle spatio-temporel. Cette étude vise à l'étendre en tant qu'outil innovant pour résoudre ce problème clé.

02 Points forts innovants

• Première application de la chimie photochimique thiol-ène à la bicyclisation de peptides : L’équipe de recherche a judicieusement choisi le réticulant tri-alcène TAIC, disponible dans le commerce. En utilisant un photoinitiateur peu coûteux sous une lumière douce, elle a obtenu une cyclisation efficace et hautement sélective de trois thiols de cystéine sur des peptides non protégés via un mécanisme radicalaire. La réaction peut être menée quantitativement en seulement 6 minutes dans des conditions douces compatibles avec tous les acides aminés protéinogènes.

• Compatibilité parfaite avec le phage display, permettant la construction d'une bibliothèque de peptides bicycliques codés génétiquement : Il s'agit d'une avancée majeure de ces travaux. Les chercheurs ont optimisé les conditions de photocyclisation afin de minimiser leur impact sur la viabilité des phages. Pour la première fois, ils ont réalisé la bicyclisation in situ de peptides linéaires présentés directement à la surface des particules phagiques, combinant ainsi la précision de la synthèse chimique et le haut débit du criblage biologique.

• Découverte réussie de composés chefs de file à haute affinité : En utilisant cette plateforme de criblage contre la cyclophiline A, une cible thérapeutique importante, ils ont obtenu avec succès des ligands peptidiques bicycliques présentant des constantes de liaison inférieures au micromolaire. Leur affinité a été multipliée par plusieurs dizaines par rapport aux précurseurs linéaires et ils ont montré une résistance aux protéases nettement supérieure, démontrant ainsi l’intérêt pratique de la méthode.

Figure 1. a) Stratégies de cyclisation classiques pour la formation de peptides bicycliques. b) Construction de peptides bicycliques par photochimie thiol-ène et son application à la construction d'une banque de peptides bicycliques présentée sur phage.

03 Résultats et discussion

3.1 Optimisation systématique des conditions de réaction et vérification mécanistique

L'étude a d'abord optimisé systématiquement le système de réaction de photocycloaddition thiol-ène. Après criblage de réticulants et de photo-initiateurs, le composé tri-alcène hydrosoluble TAIC a été identifié comme réticulant idéal, associé au phényl-2,4,6-triméthylbenzoylphosphinate de lithium comme photo-initiateur. Le meilleur rendement de conversion a été obtenu en réalisant la réaction dans un mélange acétonitrile/eau sous irradiation UV à 365 nm pendant 6 minutes. Des expériences de contrôle clés ont confirmé l'inhibition complète de la réaction en l'absence de lumière, de photo-initiateur ou en présence du piégeur de radicaux TEMPO, ce qui a permis d'élucider son mécanisme radicalaire et de fournir une base chimique fiable pour des applications ultérieures.

Figure 2. a) Bicyclisation du peptide linéaire 5a par réaction de photocycloaddition thiol-ène. b) Analyse HPLC (220 nm) du peptide 5a après réaction de photocycloaddition thiol-ène dans un système solvant H₂O/MeCN (v/v, 80:20). c) Analyse HPLC (220 nm) du peptide 5a après réaction de photocycloaddition thiol-ène dans différents systèmes solvants mixtes tampon/MeCN (v/v, 80:20). d) Bicyclisation du peptide linéaire 5b par réaction de photocycloaddition thiol-ène et réticulation par TBMB. e) Analyse HPLC comparative (220 nm) du peptide 5b cyclisé par réaction de photocycloaddition thiol-ène et par TBMB.

3.2 Universalité de la bicyclisation et comparaison avec les méthodes traditionnelles

Dans des conditions optimales, cette stratégie a démontré une large applicabilité à divers substrats. Une série de peptides linéaires contenant trois cystéines, de longueurs et d'espaceurs variables, ont tous été efficacement convertis en leurs produits peptidiques bicycliques correspondants. De manière cruciale, comparée à la méthode d'alkylation utilisant le réticulant traditionnel TBMB, cette stratégie de photocyclisation a présenté des avantages significatifs en termes de vitesse de réaction, de rendement et de contrôle des sous-produits. L'analyse HPLC a révélé que la méthode de photocycloaddition permettait une bicyclisation rapide et à haut rendement avec un minimum de sous-produits, tandis que la méthode TBMB présentait une conversion plus faible et un mélange de produits complexe, soulignant ainsi la supériorité de la chimie de photocycloaddition.

Figure 3. Étendue du substrat de la bicyclisation peptidique.

3.3 Vérification de la biocompatibilité, construction et criblage de la bibliothèque de phages

Afin de vérifier le potentiel d'application biologique, l'étude a évalué sa compatibilité avec les protéines et les phages. Les expériences ont montré que, dans des conditions optimisées (150 μM de TAIC, 75 μM de photoinitiateur, lumière à 365 nm pendant 6 minutes), l'infectiosité du phage n'était pas significativement affectée, son activité étant maintenue de manière nettement supérieure à celle obtenue avec le traitement TBMB traditionnel. Cette excellente biocompatibilité a permis la construction réussie d'une vaste bibliothèque de peptides bicycliques présentés par phages (taille de la bibliothèque ~10⁹) et son application réussie au criblage à haut débit de ligands contre la cyclophiline A, une cible d'intérêt thérapeutique.

Figure 4. Validation de la biocompatibilité et construction et criblage de la bibliothèque de phages.

3.4 Identification et caractérisation des performances des ligands à haute affinité

Grâce au criblage d'une banque de phages, l'étude a identifié deux peptides bicycliques à haute affinité, CM1 et CM2, contre la cyclophiline A. L'analyse par résonance plasmonique de surface a montré que, comparé à son précurseur linéaire M1, le peptide bicyclique CM1 présentait une affinité de liaison significativement accrue, la constante de dissociation à l'équilibre passant du niveau micromolaire à 364 nM. Par ailleurs, CM1 a démontré une excellente stabilité dans le plasma de souris, avec une demi-vie bien supérieure à celle du peptide linéaire. Des expériences de titration par résonance magnétique nucléaire ont révélé que CM1 se lie à proximité du site actif de la cyclophiline A, ses perturbations de déplacement chimique correspondant fortement à celles de résidus connus du site actif, ce qui explique, d'un point de vue structural, la base moléculaire de sa haute spécificité.

04 Conclusion et perspectives d'avenir

Cette étude a permis de développer avec succès une plateforme de bicyclisation peptidique efficace et polyvalente, basée sur la chimie photoclick thiol-ène. Tirant parti de ses avantages en termes d'efficacité, de sélectivité et de biocompatibilité, elle pallie non seulement les limitations des méthodes traditionnelles, mais surtout, grâce à son intégration avec la technologie du phage display, elle établit une synergie entre la photochimie et le criblage biologique. Ceci ouvre de nouvelles perspectives pour la découverte à grande échelle de ligands peptidiques bicycliques à haute affinité et pour le ciblage de cibles considérées comme « intraitables ». À l'avenir, cette plateforme offre des perspectives prometteuses pour l'extension à des technologies de criblage avancées telles que le mRNA display et les scénarios de cyclisation in vivo ou in situ. En combinant le contrôle précis de la synthèse chimique avec le haut débit du criblage biologique, elle a le potentiel de devenir une plateforme standard pour la découverte de médicaments peptidiques. Elle présente des perspectives particulièrement larges pour l'étude des interactions protéine-protéine complexes, insufflant une nouvelle dynamique à la découverte de thérapies peptidiques de nouvelle génération, et devrait jouer un rôle significatif dans les domaines plus vastes de l'ingénierie biomoléculaire et du développement de médicaments.

Article original :

Ming, Wei, et al. « Chimie de photo-clic thiol-ène pour une synthèse efficace de peptides bicycliques et une bibliothèque de peptides codés génétiquement. »Angewandte Chemie International Edition(2025): e18628.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202518628