Catalyseurs basés sur des oligonculeotides contraints – CoolCat

Les structures G4 contraintes sont synthétisées et caractérisées au DCM, puis utilisées conjointement avec des complexes métalliques pour tester la catalyse asymétrique au LCMB.Ces expériences sont faites sans à priori, en effet, il est, pour l'instant très difficile de trouver un rationnel entre structures des acides nucléiques/complexe métallique/ type de réaction dans la littérature.Nous utilisons des complexes métalliques ayant déjà fait leur preuve pour l'élaboration d'enzymes artificielles en association avec des protéines. Nous explorons aussi la possibilité d'orienter les réactions de catalyse par les DNAzyes (association G4/heme) en «recouvrant« l'hème d'une tétrade de guanine synthéituqe (ICMUB).

Sur le site de Grenoble (UGA), le doctorant Yoann Colas a été recruté. La synthèse des oligonucléotides contraints a été entreprise au DCM et celles des complexes métalliques au LCBM. Des conditions de sulfoxidation (LCBM) ont été mises au point. En effet, dans un premier temps Mr Colas a effectué la synthèse de G-quadruplexes contraints (RG4) de topologie dite « parallèle » ; suite à la synthèse de complexes cuivre-bipyridine (Cu.bipy), il a ensuite mis au point les conditions de sulfoxidations en reproduisant les résultats obtenus par l’équipe de Can Li (Chemical Communications 2016, 52, 9644). Comme attendu, le système Cu.bipy/RG4 parallèle a bien une activité catalytique, toutefois il n’induit pas d’asymétrie. Ces résultats démontrent que la plateforme RG4 présente les mêmes propriétés que le système naturel. Le système RG4 antiparallèle, qui permettra de conduire des réactions catalytiques asymétriques a été préparé mais le confinement ne nous a pas permis de tester son efficacité, ceci sera fait dès lors que les PRA du DCM et du LCBM le permettront. En parallèle de ces investigations, les travaux permettant l’obtention de tétrades de guanines synthétiques (TASQ) chirales ont été entrepris sur le site de Dijon (ICMUB). Une post-doctorante a été recrutée, Mme Pauline Lejault. Le cahier des charges de ces synthèses, adopté en kick-off meeting, comporte 2 éléments primordiaux : la modification du template central des TASQ pour permettre le greffage covalent sur les RG4 d’une part, puis l’insertion de bras chiraux autour de la tétrade de guanines, d’autre part. De ces 2 taches, la première est de loin la plus ardue. L’ICMUB a investi l’énergie nécessaire à l’obtention d’un template TASQ conjugable par chimie bioorthogonale (dite chimie click).

Les difficultés techniques initiales ont retardé la valorisation des livrables du projet. En particulier, la panne du dichroïsme circulaire du DCM a retardé les caractérisations des RG4 et donc l’ensemble des taches qui en dépendaient. Maintenant que les conditions d’études de la sulfoxidation sont au point, il est vraisemblable que les premiers résultats valorisables ne tardent pas.

demande de brevet européen n°20315084.2, déposée le 31 mars 2020
Poster METBIO summer School 2019 « Constrained Oligonucleotide based catalyst » 6-11 octobre 2019 – Yoann Colas

Dans ce projet, nous proposons de développer des catalyseurs nouveaux et respectueux de l'environnement pour des transformations stéréosélectives basées sur des acides nucléiques G-quadruplexes (G4) contraints dans une topologie contrôlée unique (RG4) et des complexes métalliques. Les G4 ont déjà été utilisés pour de nombreux processus catalytiques avec des complexes métalliques en tant que cofacteurs (réactions appelées réactions «DNAzyme»). Il a été démontré que la topologie G4, connue pour être assez diverse, a une grande influence sur l'excès énantiomérique obtenu; Cependant, ces différentes topologies sont en équilibre constant (interconversion) suivant les conditions expérimentales (nature du tampon, cations, pH, etc.), ce qui rend la rationalisation de l'efficacité G4 comme pré-catalyseur plutôt difficile en terme d'efficacité en soi. En outre, l'utilisation de G4 naturels exclut des conditions expérimentales qui nécessitent des conditions plus dures (température, co-solvants organiques, etc.), ce qui diminue la portée et l'intérêt des transformations catalytiques du type DNAzyme.
L'un des principaux objectifs du projet CoolCat est de contraindre chimiquement les G4 en une seule topologie (RG4) pour améliorer leur stabilité chimique et leurs capacités catalytiques et les utiliser avec des cofacteurs métalliques efficaces pour concevoir des cocktails catalytiques innovants avec des étendues d'application étendues. :
1- Premièrement, des complexes de métaux synthétiques, connus et utilisés pour le développement de métalloenzymes artificiels, seront utilisés avec les pré-catalyseurs RG4; à ce jour, seuls quelques complexes métalliques principalement en cuivre (II) ont été utilisés pour des réactions de type ADNzyme et nous prévoyons que l'utilisation de nouveaux complexes métalliques améliorera l'efficacité et la portée du processus;
2- Deuxièmement, nous développerons de nouvelles réactions de type ADNzyme enantioselective, grâce à l'ajout de cofacteurs chiraux, ici TASQ (template-assembled synthetic G-quartets). Les TASQ ont été utilisés comme des agents boostants de l'DNAzymes, le cofacteur (c'est-à-dire l'hème) etant en sandwich entre le G4 et le TASQ, créant ainsi une poche hydrophobe optimisée pour la catalyse; l'utilisation de TASQ chiral offrira ainsi la possibilité de catalyser des réactions chirales, d'un intérêt majeur pour les applications axées sur l'industrie.
Nous pensons donc que ce projet ouvrira la voie à des catalyseurs nouveaux, durables, efficaces et polyvalents.