Da monomeri gamma-lattamici a strutture biomimetiche complesse

Structural changes are often required in order to overcome problems arising from current drug-delivery strategies of biologically active peptides, which have a large potential for therapeutical applications. In fact, the properties desired but often not present in the native ligand include: receptor/acceptor selectivity; high potency; stability against proteolytic breakdown; and appropriate biodistribution and bioavailability, so that analogues are often employed in order to circumvent these drawbacks. Moreover, the binding affinity of bioactive peptides to their receptors and subsequent biological transduction relies on both the backbone conformation of the peptides, and the side-chain orientation of key pharmacophore groups. Thus, topographical considerations are an important approach for exploring the stereochemical requirements for receptor recognition and signal transduction, so that novel designed amino acids having constrained a side chain are incorporated into peptide templates. In fact, the use of enantiomerically pure beta-substituted amino acids into bioactive peptide ligands at key pharmacophore residues was proven to be a powerful tool for understanding ligand–receptor binding interactions and peptidomimetic design. In recent years, we synthesized a lot of novel conformationally constrained amino acids by using asymmetric synthetic strategies directed to obtain mimetics of bioactive oligopeptides. Within this topic, starting from gamma-lactams obtained from a Baylis-Hillman adduct, we synthesized a protected analogue of beta-methylaspartic acid, which displays a toxic action on Escherichia coli and was recently found to be precursor of the unit C of cryptophycin I, a potent anticancer agent from Nostoc cyanobionts. Moreover, we synthesized cyclic analogues of alfa-methylhomoserine and alfa-methylaspartate. Oligomers of beta-amino acids (‘‘beta-peptides’’) can be a useful alternative to alfa-peptides since they display a high tendency to give defined secondary structures in solutions (foldamers) and are unaffected by proteases. Many pyrrolidine ring-based foldamers have been studied and, among these, oligomers built on a trans-ACPC system show a 12-helix conformation. In particular, the amphipathic ones can react as antibiotics. Thus, we already synthesized a 12-helix examer, starting from amino acids tethered to a pyrrolidin-2-one ring. Next, our research was focused on the introduction of a quaternary carbon centre in the gamma-lactam system, with the aim to study conformational changes in the foldamer structure (Thorpe-Ingold effect). Then we synthesized a hexamer, having all quaternary centre residues, whose structure has been determined as 8-helix by means of 1H NMR data supported by MD simulations. We directed our attention towards preparation of mixed foldamers where the unit displaying a quaternary carbon centre is present together with the unit where this centre is missing. Finally, within the synthesis of constrained analogues of nucleosides, we focused our attention on the preparation of chiral Pyrrolidinyl Urethane Nucleic Acids (PyUNA) and we synthesized protected analogues of natural nucleosides obtaining at first a thymine-thymine dimer.

Le attuali strategie di drug delivery di peptidi biologicamente attivi, che possiedono un vasto potenziale nelle applicazioni terapeutiche, impongono modifiche strutturali degli stessi, allo scopo di migliorare le proprietà biologiche del ligando originale. Per superare problemi di selettività, efficienza e stabilità nei confronti dei processi proteolitici, nonché di biodistribuzione e biodisponibilità, sono spesso impiegati analoghi sintetici di peptidi bioattivi. Inoltre, l’affinità di binding dei peptidi bioattivi per i loro recettori e la conseguente trasduzione biologica del segnale dipendono sia dalla conformazione dello scheletro peptidico sia dall’orientamento delle catene laterali dei gruppi che costituiscono il farmacoforo. Quindi le considerazioni topografiche sono un approccio importante per esplorare i requisiti stereochimici essenziali per il riconoscimento dei recettori e la trasduzione del segnale, così che nuovi amminoacidi conformazionalmente costretti sono incorporati nei templati peptidici. Infatti l’impiego di amminoacidi beta-sostituiti enantiomericamente puri, nei ligandi peptidici bioattivi, a livello dei residui chiave del farmacoforo é un mezzo interessante per la comprensione delle interazioni di binding ligando-recettore e per il design di peptidomimetici. Negli ultimi anni la ricerca nel nostro gruppo è stata rivolta alla sintesi di nuovi amminoacidi conformazionalmente costretti, utilizzando strategie di sintesi asimmetrica con l’obiettivo di ottenere mimetici di oligopeptidi naturali bioattivi. In questo ambito, a partire da derivati gamma-lattamici ottenuti da un addotto di Baylis-Hillman, sono stati sintetizzati analoghi protetti dell’acido 2S,3R-3-metilaspartico, che mostra proprietà citotossiche su E.coli ed è il precursore dell’unità C della criptoficina I, un agente anticancro isolato da cianobatteri Nostoc. Sono stati preparati, inoltre, analoghi ciclici dell’alfa-metilomoserina e dell’alfa-metilaspartato. Gli oligomeri dei beta-amminoacidi (beta-peptidi) possono costituire un’utile alternativa agli alfa-peptidi in quanto sono in grado di formare in soluzione strutture secondarie definite (foldameri) e non vengono attaccati dalle proteasi. In particolare, sono stati studiati numerosi esempi di foldameri a base pirrolidinica, tra i quali il sistema dell’acido trans-ACPC. Gli oligomeri realizzati con questo monomero presentano una struttura ad elica 12 e, se resi anfifilici, sono in grado di agire come antibiotici. In questo ambito, nel nostro gruppo di ricerca è stata realizzata in precedenza la sintesi di un esamero ad elica 12, a partire da un beta-amminoacido costruito sul sistema gamma-lattamico. Successivamente il nostro interesse è stato rivolto alla preparazione di sistemi con centro quaternario, e allo studio dell’effetto di tale centro sulla conformazione del foldamero (effetto Thorpe-Ingold). E’ stata quindi realizzata la sintesi di un esamero avente tutti i residui con centro quaternario, e calcoli di dinamica molecolare, confermati dalla spettroscopia NMR, hanno evidenziato la formazione di un’elica 8. E’ stato inoltre condotto lo studio del passaggio della struttura secondaria da elica 12 a elica 8, grazie alla realizzazione di due esameri misti, uno con centro quaternario nel residuo 3 (a partire dall’estremità N-terminale) e uno con centro quaternario nei residui 2 e 4 (dall’estremità N-terminale). Infine, nell’ambito della sintesi di analoghi conformazionalmente costretti di nucleosidi, la nostra attenzione è stata rivolta alla preparazione di acidi pirrolidin uretano nucleici (PyUNA, Pyrrolidinyl Urethane Nucleic Acids) chirali. Sono stati sintetizzati quindi gli analoghi protetti dei nucleosidi naturali ed è stata realizzata la sintesi di un dimero T-T.