Faculté des sciences de base SB, Section de chimie et génie chimique, Institut des Sciences et Ingénierie Chimiques ISIC

Synthesis of a C-linked disaccharide analogue of the Thomsen Friedenreich (TF)-epitope a-O-conjugated to L-serine and formation of a cluster as potential anticancer vaccine

Awad, Loay ; Vogel, Pierre (Dir.)

Thèse sciences Ecole polytechnique fédérale de Lausanne EPFL : 2005 ; no 3354.

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    Summary
    Cell surface glycoproteins and glycolipids are responsible for cellular recognition processes. Vaccination is the procedure whereby the immune system is induced to create antibodies against a foreign molecule involved in disease or viral infection. In many disease states, the oligosaccharide chains presented on cell surface glycoprotein are altered. In some tumors, the glycan chains of glycoproteins are attenuated to only a few sugar residues. In the case of the TF-antigen, the polysaccharide chains have been shortened to a galactose-β-(1–>3)-N-acetyl-galactosamine disaccharide structure α-linked to a serine or threonine. Immunogenicity of this epitope in synthetic vaccines has been demonstrated. However, this disaccharide conjugate is relatively short-lived in the blood stream because of its hydrolysis catalysed by ubiquitous glycosidases in vivo. C-disaccharides are sugar mimetics whose interglycosidic linkage is non-hydrolysable as required for a disaccharide-based vaccine. In the first part of the work, we report the first synthesis of TF-antigen analogues applying the methodology developed by our group for the synthesis of C(1–>3)-disaccharides. Conjugate addition of diethylaluminium iodide (Et2AlI) to isolevoglucosenone leads to an aluminium enolate, which reacts with the sugar derived carbaldehyde, 2,6-anhydro-3,4,5,7-tetrakis-O-[(tert-butyldimethyl)silyl]-D-glycero-L-manno-heptose, to give an aldol. The convergent and stereoselective synthesis of this adduct allows us to obtain C(1–>3)-disaccharides. Reduction of the moiety derived from isolevoglucosenone with lithium borohydride, followed by cleavage of the 1,6-anhydro bridge produces C-disaccharides with D-galacto configuration. Königs-Knorr glycosidation of N-Fmoc-serine tert-butylester, followed by reduction of azide moiety to the corresponding acetamido group allows us to obtain TF-antigen analogues linked either by hydroxymethano (-CH(OH)-) or methano (-CH2-) group. In a second part we report the synthesis of a fully deprotected thio-glycotripeptide based on the TFantigen -C-analogues linked by hydroxymethano - N-acetyl-O-{α-D-glyco}-D-seryl-O-{α-D-glyco}-D-seryl-rac-N-(3-[(acetylthio)amino]propyl)-O-{α-D-glyco}-D-serinamide, which was covalently conjugated to the KLH protein carrier via Michael addition reaction. Biological trials with the TF (analogues)-KLH are in progress. We report also the synthesis of fully deprotected TF-antigen -C-analogues linked by hydroxymethano (-CH(OH) and methano (-CH2-) group. their conformational analysis is currently in progress.
    Résumé
    Les glycoprotéines et les glycolipides du calix des cellules sont responsables de la communication entre cellules et le monde extérieur, et leur sociologie. La vaccination est une opération consistant à stimuler la production d'anticorps qui s'associent à un composé ou un microorganismes étranger comme les bactéries et les virus. Au cours d'une maladie, l'état de la surface cellulaire peut être modifié. Par exemple certaines cellules cancéreuses se trouvent partiellement dénudées au niveau de leurs oligosaccharides de surface. C'est le cas pour les cellules portant l'antigène de Thomsen-Friedenreich où la chaîne polysaccharidique est réduite à un disaccharide, le β-D-Galp1–>3-DGalNAcp-α-O-serine ou O-thréonine. Des vaccins anti-tumoraux artificiels de l'épitope de Thomsen-Friedenreich ont montré une réponse immunitaire intéressante. Toutefois les O-disaccharides ne survivent pas longtemps dans le sang à cause de leur hydrolyse catalysée par des glycohydrolases omniprésents in vivo. Les C-disaccharides sont des mimes des O-disaccharides non hydrolysables. Ils présentent donc un intérêt pour la fabrication de vaccins artificiels anti-cancer. Dans une première partie de ce travail nous avons développé une méthode pour l'obtention de C-disaccharides du type C(1-3). La méthode utilise la réaction de Oshima-Nozaki qui condense l'isolevoglucosenone et les aldéhydes dérivés de monosaccharides en présence de Et2AlI, on obtient des aldols qui se laissent convertir en une gamme de C-disaccharides de façon hautement stéréosélective, par exemple en système de type β-DGal( 1–>3)-(1,6-anhydrohexose). Les intermédiaires sont utilisés dans la glycosidation selon Königs-Knorr sur une sérine semi-protégée (NFmoc-serine t-butyl ester). Après conversion de l'azoture en groupement N-acetamido, on aboutit à des analogues de l'épitope Thomsen-Friedenreich ou le lien interglycosidique est un groupement hydroxyméthano ou un groupement méthano. Dans une deuxième partie, la synthèse d'un thioglycopeptide déprotégé attaché au disaccharide β-DGal 1(CH(OH))–>3-D-GalNAc est réalisé. Le cluster - N-acetyl-O-{α-D-glyco}-D-seryl-O-{α-Dglyco}-D-seryl-rac-N-(3-[(acetylthio)amino]propyl)-O-{α-D-glyco}-D-serinamide est ensuite conjugué à la protéine immunogène KLH modifié de façon adéquate pour des additions selon Michael. Les produits ainsi obtenus ont été envoyés pour des tests biologiques. Les C-disaccharides déprotégés mimant les disaccharides Thomsen-Friedenreich ont été préparés pour une étude d'analyse conformationnelle.