Bascule dans la synthèse peptidique en phase solide

Innovation industrielle vers la synthèse peptidique sans TFA

La synthèse peptidique en phase solide (SPPS) a longtemps dépendu de l’acide trifluoroacétique (TFA) comme réactif standard pour la déprotection globale des chaînes latérales et le clivage de la résine, grâce à son efficacité dans la rupture des liaisons des groupes protecteurs.

Cependant, les préoccupations croissantes concernant l’impact environnemental, la stabilité chimique et les limites des processus ont accéléré la recherche de stratégies alternatives.

Le TFA est classé comme substance chimique persistante et est de plus en plus associé à des pressions réglementaires, notamment les restrictions proposées par l’UE sur les substances per- et polyfluoroalkyles (PFAS), qui pourraient inclure le TFA dans les cadres futurs.

Les principales limites de la SPPS à base de TFA comprennent :

• Charge en solvants non recyclables et préoccupations en matière de durabilité environnementale
• Dépendance aux groupes protecteurs sensibles à l’acide
• Problèmes d’agrégation causés par des groupes protecteurs hydrophobes (par exemple, tBu, Boc, Trt)
• Dégradation de séquences sensibles telles que les peptides N-méthylés dans des conditions acides fortes
• Exigences de déprotection prolongée pour des groupes tels que Pbf-Arg, augmentant le risque de clivage du squelette peptidique

Ces défis ont stimulé le développement de stratégies de groupes protecteurs orthogonaux de nouvelle génération pour la synthèse peptidique dans des conditions plus douces et plus durables.

Une nouvelle plateforme SPPS photocatalytique Fmoc/Pic

Une étude récente publiée par le groupe du professeur Ping Wang de l’Université Jiaotong de Shanghai (JACS) présente une nouvelle stratégie de groupe protecteur Fmoc/Pic (pyridylméthyle) qui permet :

• Protection orthogonale des chaînes latérales
• Déprotection pilotée par la lumière visible via le clivage photocatalytique de la liaison C–hétéroatome
• Déprotection globale sans acide
• Compatibilité totale avec les synthétiseurs peptidiques automatisés

Ce système remplace la chimie traditionnelle sensible à l’acide par une plateforme catalytique photorédox, offrant une alternative durable à la synthèse peptidique à base de TFA.

Déprotection photocatalytique via la chimie de la lumière visible

La méthode repose sur la catalyse photorédox pour réaliser un clivage efficace des liaisons C–hétéroatomes dans les groupes protecteurs des chaînes latérales des acides aminés.

En utilisant la sérine protégée Fmoc/Pic comme substrat modèle, des conditions optimisées ont été identifiées :

• Source de lumière : lampe fluorescente compacte (LFC) de 10 W
• Catalyseur : Ru(bpy)₃Cl₂ (1,5 mol%)
• Agent réducteur : Acide ascorbique (5,0 équiv.)
• Système solvant : PBS/MeOH (pH 5,0)

Dans ces conditions, la déprotection complète a été obtenue en 20 minutes avec une conversion quantitative.

Les principales informations mécanistiques incluent :

• Réactivité optimale observée à pH 4,0–5,0, indiquant l’importance de la protonation du pyridinium
• L’irradiation par LED bleue ou verte a réduit l’efficacité due à un alignement d’absorption sous-optimal avec Ru(bpy)₃²⁺
• Des catalyseurs photocatalytiques alternatifs tels que l’Eosine Y ont montré un potentiel redox insuffisant
• Le catalyseur photocatalytique organique 4-CzIPN a démontré une efficacité comparable, confirmant la faisabilité sans métal

Des expériences de contrôle ont confirmé que la lumière, le catalyseur photocatalytique et le réducteur sont tous essentiels pour la transformation.

Large champ d’application des acides aminés et compatibilité des groupes fonctionnels

La plateforme Fmoc/Pic a été étendue avec succès à une large gamme d’acides aminés avec des conceptions de groupes protecteurs adaptées :

• Acide aspartique & Acide glutamique : La protection Dmpic prévient la cyclisation et la formation de pyroglutamate
• Arginine, Lysine, Tryptophane, Histidine : Des dérivés Pic modifiés réduisent les réactions secondaires indésirables
• Compatible avec les phospho-acides aminés et les acides aminés non naturels

Fait important, le système permet le clivage sélectif des liaisons C–O, C–N et C–S dans des conditions douces identiques, tout en maintenant une compatibilité totale avec :

• Boc
• Benzyle
• Groupes protecteurs phénoliques
• Fonctionnalités esters

Cela représente une amélioration significative par rapport à la chimie de déprotection médiée par l’acide traditionnelle.

Comparaison avec la SPPS conventionnelle à base de TFA

Par rapport aux stratégies de déprotection médiées par le TFA standard, le système Fmoc/Pic offre :

• Conditions de réaction aqueuses douces
• Pas de génération de cations tert-butyle réactifs
• Élimination des réactions secondaires telles que :
  • Formation de sulfonium
  • S-alkylation irréversible
  • Modification de la chaîne latérale aromatique

Notamment, la déprotection de Arg(Pbf) — l’une des étapes les plus difficiles de la SPPS — est réalisée rapidement et proprement dans des conditions photochimiques sans dégradation du squelette.

Cela offre un avantage significatif pour les peptides contenant des résidus sensibles tels que la cystéine, la tyrosine et le tryptophane.

Compatibilité des résines et SPPS de photoclivage entièrement automatisée

Pour éliminer complètement l’utilisation du TFA, des résines sensibles à l’acide telles que la résine amide Sieber et la résine 2-chlorotrityle ont été employées pour la synthèse peptidique en position C-terminale.

Après l’assemblage du peptide, la déprotection globale et le clivage ont été réalisés via irradiation par lumière visible.

Les principales réalisations incluent :

• Synthèse efficace de 9 peptides amides C-terminaux (rendements de 52–65% pour des peptides bioactifs tels que l’oxytocine et la terlipressine)
• Excellente stabilité des séquences contenant de la méthionine sans additifs de protection contre l’oxydation
• Synthèse réussie de peptides longs et complexes (>40 acides aminés) avec multiples modifications Pic
• Amélioration de l’hydrophilie des peptides et réduction des temps de rétention en HPLC

Notamment, des peptides thérapeutiques difficiles tels que :

• Calcitonine de saumon
• Pramlintide
• Fragments peptidiques de la protéase HIV-1

ont été synthétisés avec succès avec une efficacité et une pureté élevées.

Automatisation intégrale de la SPPS photocatalytique

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