Criblage de l'activité catalytique de gamma-peptides autoorganisés – CatFold

Les procédés catalytiques constituent les fondements des industries chimiques et pharmaceutiques modernes. Dans les pays industriels développés les procédés catalytiques créent environ 20% du produit intérieur brut (PIB) rendant la production de catalyseurs d'une importance stratégique pour l'économie du pays. Les catalyseurs chimiques qui sont notamment utilisés dans les procédés industriels de la chimie fine sont souvent constitués de métaux toxiques. A l'opposé, les biocatalyseurs offrent une alternative intéressante aux procédés chimiques traditionnels. Les enzymes sont des catalyseurs puissants respectueux de l'environnement capable d'effectuer des transformations chimiques remarquablement difficiles avec une chimio-sélectivité inégalée. Cependant en raison de problèmes de stabilité et de difficultés de productions, ils ne sont qu'exceptionnellement utilisés dans la production à grande échelle. Au cours des dernières décennies, la détermination structurale d’un nombre toujours croissant de protéines a mis en exergue l’importance du contrôle conformationnel pour expliquer l’activité et la sélectivité des enzymes . Aspirant à imiter l'efficacité enzymatique, un des objectifs actuels de la chimie vise à concevoir des catalyseurs artificiels reproduisant certaines propriétés de structure et de fonction des enzymes. Les peptides se sont révélés être des candidats prometteurs pour développer de telles plateformes de catalyse bio-inspirée. Cependant, dans de nombreux cas, l'activité catalytique et la sélectivité de la réaction se sont souvent avérées limitées par la difficulté à contrôler précisément la topologie du catalyseur peptidique. Une autre stratégie consiste à construire des systèmes de catalyse bio-inspirée à partir de plateformes artificielles hautement structurées, appelées Foldamères, différentes des peptides et oligonucléotides que la nature n’a ni exploré, ni sélectionné. Potentiellement, de tels catalyseurs peuvent présenter de nombreux avantages. Faciles à synthétiser et peu couteux à produire à grande échelle, ils peuvent, contrairement aux enzymes dont ils s’inspirent, être utilisés dans de nombreux solvants organiques ou même dans l’eau et dans une grande gamme de températures ou de pressions pour certains.
C’est dans ce cadre que notre équipe s’intéresse au développement d’architectures pseudo-peptidiques, appelées Foldameres qui sont capables d’adopter en solution des états conformationnels stables et prévisibles. Nous avons récemment décrit la synthèse et à la structure d’une nouvelle famille de gamma-amino acides hétérocycliques contraints, appelés ATC. Nous avons notamment démontré au travers d’études structurales par RMN et cristallographie des rayons X que l’enchainement de motifs ATC conduisait à des molécules adoptant une structure hélicoïdale stable rappelant certains éléments structuraux retrouvés au sein des protéines. Ces édifices présentent un degré de substitution élevé. Par ailleurs, la voie de synthèse très robuste garantit l'accès à une large diversité d’ATC énantiopures, permettant de facilement moduler la nature des chaînes latérales décorant les oligomères.
Objectifs : En accord avec le programme scientifique de l’axe 4 de l'appel D-3, le projet FoldCAT concerne la conception de catalyseurs bio-inspirés construits à partir d’oligomères d’ATC. L’objectif du projet vise à démontrer la validité de ce concept en étudiant l’impact de la conformation des architectures développées au laboratoire à la fois sur la sélectivité et sur l’induction asymétrique dans une série de réactions modèles. Un aspect clé du projet sera de mettre en évidence la relation qui existe entre d’une part la taille et/ou la conformation des systèmes et d’autre part l’activité catalytique et l’induction asymétrique. A terme ces édifices serviront de plateformes pour la conception d’enzymes synthétiques.