Ce travail est consacré au développement d’une nouvelle méthode de synthèse d’analogues bioactifs de protéinesen utilisant des réactions successives de cycloaddition entre les alcynes terminaux et les azotures (CuAAC).Pour pouvoir effectuer des cycloadditions itératives, nous avons étudié la stabilité et les conditions de coupure dedifférents groupements masquants des alcynes terminaux. Cette étude a été valorisée par le développement d’unestratégie originale pour réaliser un triple cycloaddition successive une même molécule basée sur la protectiontemporaire de la fonction alcyne.La méthode a été appliquée à la synthèse d'un analogue de la stéfine A humaine, un inhibiteur naturel deprotéases à cystéine d’intérêt thérapeutique. Pour cela, nous avons mis au point des conditions de CuAACsuccessive compatibles avec des peptides déprotégés de façon beaucoup à obtenir in fine un analogue bis-triazolede la stéfine A. Les études par dichroïsme circulaire et d’inhibition de diverses protéases à cystéines confirmentque notre analogue synthétique conserve la structure et l’activité biologique de la protéine native.La stratégie de ligation triazole successive a été étendue par la mise au point de conditions pour réaliser desligations sur phase solide. La méthodologie développée permet la synthèse de protéines de façon plus rapide etplus simple que par des procédés classiques de ligation successive en solution. Dans l’optique de la synthèse destructures glycopeptidiques capables d’induire une réponse immunitaire contre MUC1 tumorale, nous avons réaliséla synthèse d’analogues peptidiques de MUC1 par ligation successive sur phase solide de 160 acides aminés. / The aim of this work was the development of a novel method for the synthesis of triazolo-proteins by multiplesuccessive copper-catalyzed azide-alkyne cycloadditions (CuAAC).In order to achieve several successive cycloadditions, we have studied the stability and cleavage conditions ofseveral alkyne protective groups. This study leaded us to the development of an original strategy in order toachieve three successive cycloadditions on a same scaffold by temporal protection of alkyne functionalities.The method has been applied to the synthesis of an analogue of human stefin A, a natural inhibitor of severaltherapeutically relevant cysteine proteases. Therefore, we have developed CuAAC conditions compatible withunprotected peptide ligation. The strategy allowed us to obtain a bis-triazolo analogue of human stefin A. Circulardichroism and enzymology assays on several cysteine cathepsins revealed that the synthetic analogue hasretained the folding and full biological activity of the native protein.In order to expand the possibilities of this strategy, we have developed reaction conditions allowing us to performsuccessive triazole ligation on solid phase. This methodology avoids the need for a time-consuming and laborintensivepurification step before and after each ligation. With the aim of exploring the use of analogues of thetumor-associated form of the glycoprotein MUC1 to induce a specific immune response, we have synthesized atriazolo-analogue of MUC1 of 160 aminoacids using solid phase peptide ligation.

Les acides aminés ont de nombreuses fonctions dans l’organisme en plus de leur rôle comme constituants élémentaires des protéines. Ils peuvent par exemple servir de neurotransmetteur ou de signal pour l’activation de voies de signalisation intracellulaires. Leur passage à travers la membrane plasmique est facilité par des transporteurs de la famille des protéines SLC. Les transporteurs hétérodimériques d’acides aminés HAT appartiennent aux SLC. Les HAT sont constitués d’une chaîne légère SLC7 assurant la spécificité de transport et d’une chaîne lourde SLC3 impliquée dans l’adressage du complexe protéique à la membrane. Ma thèse a porté sur l’étude du rôle d’un homologue de SLC7 chez la drosophile, Minidiscs (Mnd), dans le fonctionnement du système nerveux. Mnd appartiendrait aux transporteurs du système L, principalement connus pour leur rôle dans la prolifération cellulaire. Mes travaux de thèse ont permis de mettre en évidence la localisation de Mnd dans le cerveau de drosophile dans certains neurones (corps pédonculés, neurones dopaminergiques) et dans certaines cellules gliales (glie corticale). La présence de Mnd dans le cerveau semble intervenir dans la modulation de certains comportements, tels que le réflexe de géotaxie négative. Ces travaux ont aussi montré que, comme les HAT de mammifères, Mnd s’associe de façon covalente à un partenaire protéique. Les expériences de transport semblent par ailleurs confirmer l’appartenance de Mnd au système L.Ces résultats suggèrent que Mnd est probablement impliqué dans la régulation de l’activité neuronale et donc dans le fonctionnement du système nerveux, ce qui n’avait encore jamais été décrit pour un transporteur du système L. / Amino acids have many functions in the body in addition to their role as basic constituents of proteins. They can for example serve as a neurotransmitter or signal for the activation of intracellular pathways. Carriers of the SLC protein family facilitate their path through the plasma membrane. The heterodimeric amino acid transporters HAT belong to SLC proteins. HAT are composed of a light chain SLC7 ensuring the specificity of transport and a heavy chain SLC3 involved in the addressing of the protein complex to the plasma membrane. My thesis focused on studying the role of a SLC7 homologue in drosophila, Minidiscs (Mnd), in the functioning of the nervous system. Mnd might belong to system L carriers, mainly known for their role in cell proliferation. My thesis work led to highlight the location of Mnd in the drosophila brain in some neurons (mushroom bodies, dopaminergic neurons) and some glial cells (cortical glia). The presence of Mnd in the brain seems to be involved in the modulation of some behaviors such as negative geotaxis reflex. This work also showed that, as for mammal HAT, Mnd is associated covalently to a protein partner. Transport experiments seem also to confirm the belonging of Mnd to the system L. These results suggest that Mnd is probably involved in the regulation of neuronal activity and thus in the functioning of the nervous system, which had never been described for a system L carrier.

Les procédés multi-colonnes de chromatographie ont connu depuis quelques années un développement tel qu'ils sont devenus des standards industriels à toutes échelles, depuis celle des produits pharmaceutiques à haute valeur ajoutée jusqu'à celle des grands intermédiaires chimiques. La spécificité du présent travail consiste à étudier, pour ces procédés, l'influence d'un gradient d'élution. Il s'agit de faire varier au cours du temps la force éluante de la phase mobile. L'objectif est d'augmenter la productivité et le taux de récupération d'un produit à haute valeur ajoutée, tout en répondant à des contraintes de pureté. L'utilisation d'un gradient de solvant, courante en chromatographie analytique, fait l'objet d'un intérêt plus récent en chromatographie préparative. Les applications visées concernent des séparations de mélanges complexes où l'espèce cible a une affinité intermédiaire pour le support solide par rapport à celle des autres espèces, ce qui est souvent le cas lors de la purification de biomolécules issues de matières premières naturelles ou issues des biotechnologies. Dans ce cas, la séparation conduit à trois fractions, des impuretés faiblement retenues, la fraction intermédiaire et des impuretés fortement retenues. Pour notre étude, un mélange modèle, peu coûteux et non toxique, de cinq acides aminés a été choisi. Ces acides aminés ont été choisis en tenant compte de leur caractère apolaire et hydrophobe. Les séparations ont été réalisées par chromatographie en phase inverse. Dans un premier temps, une étude expérimentale, réalisée à l'aide d'une chaîne HPLC, a permis de déterminer les paramètres des isothermes d'adsorption de chaque acide aminé pour différentes teneurs en solvant organique de l'éluant. Une loi empirique a permis de relier le facteur de rétention k à la composition de la phase mobile (K = f (xméthanol)). Un travail de modélisation/simulation, reposant sur l'approche d'une cascade de mélangeurs, a ensuite permis de simuler les séparations obtenues dans le cas d'une seule colonne, puis dans le cas d'un système multi-colonnes. L'utilisation des lois reliant les facteurs de rétention k à la concentration en modifieur a alors permis de réaliser des simulations pour différents gradients de solvants. Dans le cas d'une seule colonne, le gradient a été optimisé en minimisant la durée de la séparation et en respectant une contrainte sur la résolution des pics des 2 espèces les plus difficiles à séparer. Une bonne adéquation a été observée entre les simulations et les résultats expérimentaux obtenus avec un gradient sur une seule colonne. Des expérimentations numériques ont alors été réalisées dans le cas du système multi-colonnes. Les paramètres opératoires optimaux ont été déterminés dans le cas du mélange étudié. Ces réglages seront ainsi utilisés lors de la validation expérimentale qui sera réalisée sur l'unité pilote. Cette unité comporte trois colonnes. Il s'agit d'un procédé séquentiel cyclique. Pour le mode opératoire retenu, chaque cycle comporte 8 étapes. A chaque étape les alimentations et soutirages des différentes colonnes sont modifiées. Pour le soutirage qui correspond à la fraction de l'espèce cible, les critères étudiés seront la pureté et le taux de récupération / Multi-column chromatographic processes have known, for a few years, a development on all scales, from high added value pharmaceutical products to major chemical intermediates. The specificity of the present work is to study the influence of a gradient elution for these processes. It consists in varying the eluent strength of the mobile phase over the time. The aim is to increase the productivity and the recovery ratio of a high added value product, while satisfying the constraints of purity. Solvent gradient is currently used in analytical chromatography and presents a recent interest in preparative chromatography. The applications concern separations of complex mixtures where the target species has an intermediate affinity for the solid phase compared to other species, which is often the case during the purification of biomolecules extracted from natural raw materials or resulting from biotechnologies. In this case, separation leads to three fractions, impurities weakly retained, an intermediate fraction and impurities strongly retained. For our study, a model mixture, inexpensive and nontoxic, of five amino acids was selected considering their nonpolar and hydrophobic character. The separations were carried out by reversed phase chromatography. An experimental study using a HPLC system was first carried out with single-element solution of each amino acid in isocratic mode. This enabled to determine adsorption isotherm parameters. An empirical law giving the retention factor as a function of eluent composition was determined (K = f (xmethanol)). A work of modeling / simulation, assuming linear isotherm and based on the mixed cells approach, permitted to simulate the separations obtained in the case of a one-column process, then in the case of a multi-column system. The use of retention factors laws allowed to carry out simulations for different solvent gradients. In the case of a single column, a simple methodology was developed to calculate the optimal solvent gradient. The gradient was optimized by minimizing the separation time and by respecting a constraint on the peaks resolution of the two species which are the most difficult to separate. A really good adequacy was observed between simulations and the experimental results. Numerical experimentations, executed in the case of the multi-columns process, made it possible, yet, to find the optimal operating parameters in the case of the studied mixture. These settings will be applied in the experimental validation which will be realized on the pilot unit. This unit has three columns. It is a cyclic sequential process. For the selected operating mode, each cycle contains eight steps. At each step, inlets ant outlets streams of different columns are switched. The criteria for the target species fraction are purity and recovery

Les acides aminés sont des molécules importantes pour la synthèse des protéines, la fourniture de substrats énergétiques ou la production de facteurs de régulation de l'activité cellulaire. L'ornithine aminotransférase {OAT} est une enzyme clef du métabolisme des acides aminés qui relie l'arginine, un acide aminé indispensable à la synthèse protéique au cours de la croissance, et le glutamate, la glutamine et l'a-cétoglutarate, qui peuvent être transformées en glucose. Nous nous sommes intéressés à la caractérisation biochimique de l'activité de l'OAT et à ses variations chez la souris, en utilisant deux contraintes physiologiques, le développement postnatal et l'exposition au froid. Au cours d'une première étude, nous avons caractérisé une activité OAT fonctionnelle dans tous les organes étudiés. Nous avons démontré l'existence d'un dimorphisme sexuel de l'activité, en faveur des femelles, dans la plupart des organes. Dans une seconde étude, nous avons montré des variations organe et sexe spécifiques de l'activité OAT au cours du développement postnatal en réponse aux besoins spécifiques en acides aminés : une régulation de l'expression de l'OAT par la testostérone et le changement de régime alimentaire lors du sevrage ; une contribution potentielle importante et insoupçonnée du muscle squelettique au métabolisme de l'ornithine. Enfin, nous avons mis en évidence que l'exposition au froid augmente ou diminue l'activité OAT de façon tissu-spécifique en liaison avec les besoins énergétiques de l'organisme. Nos résultats montrent que l'activité OAT est modulée dans les différents organes en fonction des besoins en acides aminés et en substrats. Cela suggère un rôle important du métabolisme des acides aminés dans les réponses adaptatives des organismes à leur environnement / Amino acids are important molecules for protein synthesis and energetic substrates supply. Ornithine aminotransferase {OAT} is a key enzyme of amino acids metabolism linking arginine, an essential amino acid for protein synthesis during growth, and glutamate, glutamine and alpha-ketoglutarate which could be converted into glucose. We principally focused on biochemical characterization of OAT activity and its variations in the mouse using two physiological constraints, postnatal development and cold exposition. During a first study, we characterized a functional OAT activity in all the males and females mice organs studied. We showed the existence of a sexual dimorphism of OAT activity in almost all the organs studied, with a higher OAT activity in females. ln a second study, we showed that the variations of OAT activity were organ and sex specific during the postnatal development in response to the specific needs in amino acids during the growth. We linked these variations to the regulation of OAT expression by testosterone and the change of the diet during weaning. We demonstrated an important and unsuspected contribution of skeletal muscles in pups' ornithine metabolism. Finally, we showed that cold exposition modulates OAT activity in a tissue specific way, in relation with energetic needs and the multiple roles of the substrates generated by the metabolic pathways of OAT. Our results show that in the different organs, OAT activity is modulated in function of amino acids needs, energetic substrates or detoxification needs of the organism during the different metabolic constraints. This is suggesting an important role for the amino acids metabolism in adaptive responses of organisms to their environment

Les complexes polyazaaromatiques de ruthénium (II) présentent un certain nombre de propriétés remarquables qui conduisent à des applications aussi variées que l'élaboration d'agents anticancéreux, l'inhibition de l'activité de certaines protéines ou encore la conversion d'énergie solaire en énergie chimique. Au cours de ce travail, nous avons exploré en partie chacune de ces trois thématiques. Dans la première partie, nous avons synthétisé un nouveau complexe polyazaaromatique de ruthénium (II), le [Ru(phen)2(HATPHE)]2+. Ce complexe se différencie du [Ru(phen)2(PHEHAT)]2+ qui possède les trois mêmes ligands car dans ce cas, le PHEHAT est chélaté au ruthénium via son second site de chélation. Cette différence, apparemment anodine, se traduit par une modification drastique des propriétés photophysiques du complexe. Alors que le [Ru(phen)2(PHEHAT)]2+ n'émet pas dans l'eau et ne s'aligne pas sur la droite de corrélation spectroélectrochimique, le [Ru(phen)2(HATPHE)]2+ se comporte comme la plupart des autres complexes de Ru(II). En étudiant et en comparant les propriétés photophysiques de ces deux complexes, nous sommes parvenus à rationaliser leurs différences et à proposer un schéma qui reprend leurs différents états excités. Parallèlement, le comportement du [Ru(phen)2(HATPHE)]2+ a été examiné en présence de polynucléotides. L'un deux, l'ADN- (double brin d'oligonucléotide fermé à ses deux extrémités), nous a permis de démontrer l'importance de la déformation de la double hélice lors de l'intercalation d'un ligand plan étendu entre les paires de bases d'un polynucléotide. La deuxième partie de ce travail est consacrée à la photochimie d'un complexe Ru-TAP en présence d'un acide aminé. Cette étude fondamentale a permis de mettre en évidence la formation d'un photoadduit entre le [Ru(TAP)2(phen)]2+ et le tryptophane. Nous avons également étudié les mécanismes qui régissent la synthèse de cet adduit par le biais de l'étude cinétique de la formation et de la recombinaison des espèces transitoires générées au cours de la photoréaction. Enfin, la troisième partie est consacrée à la synthèse et l'étude spectroscopique de complexes trinucléaires de ruthénium (II), l'un d'entre-eux pouvant servir de dendron pour la synthèse de composés de plus haute nucléarité. L'étude des propriétés photophysiques de ces complexes utilisant le PHEHAT comme ligand pontant, nous a permis de mettre en évidence un transfert d'électron intramoléculaire de l'extérieur vers l'intérieur pour un de ces trois composés. Cette propriété est particulièrement intéressante pour la synthèse de nouvelles antennes collectrices d'énergie lumineuse. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les transformations photochimiques sont des outils puissants pour créer de la diversité moléculaires à partir de substrats facilement accessibles; elles requièrent le réactif le plus simple : un photon. Les réactions de cycloaddition [2+2] photochimiques de composés carbonylés ou carboxylés α,β-insaturés avec des oléfines sont les réactions photochimiques les plus largement utilisées en synthèse organique. Les photoadduits cyclobutaniques sont très appliqués en synthèse multi-étapes de produits naturels ou dérivés et sont également prisés comme intermédiaires de synthèse du fait de la grande réactivité intrinsèque liée à leur tension de cycle. Dans la première partie de cette thèse, nous nous sommes intéressés à une approche photochimique pour la synthèse de β-acides aminés cyclobutaniques substitués. Notre objectif était de mettre en place une synthèse robuste et efficace sur l’échelle du gramme des acides cis- et trans-2-aminocyclobutane-1-carboxyliques (cis- et trans-ACBC) diversement substitués en position 3 ou 4. La construction du cycle à quatre chaînons a été réalisée via une réaction de cycloaddition [2+2] photochimique entre le tert-butoxyéthène et le maléimide ou l’anhydride maléique. Les fonctions amine et acide carboxylique ont ensuite été générées par des processus consécutifs ou “one-pot” impliquant un réarrangement de Hofmann. Les mélanges racémiques des 3- et 4-cis-syn-hydroxy-ACBCs ont été dédoublés via l’utilisation d’une oxazolidinone chirale, donnant accès aux β-acides aminés énantiopures ciblés sur grande échelle, sous la forme déprotégée ou protégée orthogonalement. Le contrôle d’une procédure d’épimérisation cis-trans a permis l’accès aux composés trans-syn-3-hydroxy-ACBC à partir des substrats cis-syn-3-hydroxy-ACBC. Enfin, les composés ACBCs diversement substitués en position 3 et de configuration cis-anti ou trans-anti ont pu être préparés grâce à une réaction de Mitsunobu ou d’autres transformations de type SN2, à partir des réactifs cis-syn- ou trans-syn-3-hydroxy-ACBC correspondants. Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons étudié des processus photochimiques tandem et cascade initiés par une réaction de cycloaddition [2+2] photochimique. En collaboration avec un chercheur post-doctorant, nous avons réalisé la synthèse contrôlée d’une librairie d’acétals cyclobuténiques et d’oxétanes polycycliques, via des photoréactions tandem et cascade entre des cyclopent-2-énones et des partenaires alcènes. Le processus tandem résulte d’une réaction de cycloaddition [2+2] photochimique suivie d’une fragmentation de type Norrish I et d’un transfert d’hydrogène en position γ, conduisant aux aldéhydes cyclobuténiques protégés in situ sous la forme de dérivés acétals stables. La triple cascade réactionnelle a permis l’accès à de nouveaux oxétanes tricycliques angulaires par le biais d’une réaction de Paternò-Büchi intramoléculaire à partir des aldéhydes cyclobuténiques précédemment cités. La généralisation de ces deux processus domino a été étudiée à partir d’un panel de cyclopent-2-énones et de trois partenaires alcènes représentatifs. La formation de certains des composés obtenus a pu être expliqué par à une réaction supplémentaire de type SN’. Une étude préliminaire de cette transformation non-attendue a été réalisée. / Photochemical transformations are powerful tools for the creation of molecular diversity from simple and readily available starting materials; they employ the simplest of reagents, a photon. Photochemical [2+2] cycloaddition reactions of α,β-unsaturated carbonyl or carboxyl compounds with olefins are one of the most widely applied photochemical reactions in organic synthesis. The cyclobutane photoadducts have been used ubiquitously in multi-step syntheses of a wide array of natural products or related derivatives, and they have also been used as intermediates in other synthetic procedures which exploit their strained molecular skeletons and their resulting intrinsic chemical reactivity.In the first part of this thesis, we focused on a photochemical approach for the synthesis of ring-substituted cyclobutane β-amino acids. Our objective was to establish a robust, large-scale and efficient synthesis of cis- and trans-2-aminocyclobutane-1-carboxylic acids (cis- and trans-ACBC) diversely substituted at the 3- or 4-positions. The cyclobutane ring was constructed using a photochemical [2+2] cycloaddition reaction between tert-butyl vinyl ether and either maleimide or maleic anhydride. The amine and carboxylic acid functions were subsequently installed through consecutive or one-pot protocols including a Hofmann rearrangement. The protected racemates of 3- and 4-cis-syn-hydroxy-ACBCs obtained in this way were resolved using a chiral oxazolidinone auxiliary to provide a large scale access to enantiomerically pure samples of the target β-amino acids in either free or orthogonally protected form. A controlled cis-to-trans epimerization procedure from cis-syn-3-hydroxy-ACBC substrates permitted facile access to target trans-syn-3-hydroxy-ACBCs. Finally, diversely substituted 3-ACBCs with cis-anti or trans-anti relative configurations were synthesized using Mitsunobu or other SN2-type reactions, starting from corresponding cis-syn- or trans-syn-3-hydroxy-ACBC derivatives.In the second part of the thesis, we investigated photochemical tandem and cascade processes which began with a photochemical [2+2] cycloaddition reaction. In collaboration with a post-doctoral researcher, we reacted cyclopent-2-enones and alkenes to afford libraries of cyclobutene acetals and polycyclic oxetanes, in a controlled manner, via tandem and triple cascade photoreactions. The tandem process consisted of a photochemical [2+2] cycloaddition followed by Norrish I/γ-H transfer which led to cyclobutene aldehydes; these reactive photoadducts were trapped in situ as stable acetal derivatives. The triple cascade process provided access to unprecedented angular tricyclic oxetanes via an intramolecular Paternò-Büchi reaction of the above-mentioned cyclobutane aldehydes. The scope of these two domino processes was investigated using panels of 2- and 4-substituted cyclopent-2-enones and three representative alkene partners. The formation of some of the compounds obtained during this study was attributed to an additional SN’ reaction. Preliminary investigations on this unexpected transformation were performed.

Les acides α-aminés quaternaires permettent l’accès à des structures et dérivés peptidiques présentant des propriétés biologiques intéressantes. De nombreuses voies de synthèses asymétriques sont décrites dans la littérature. La voie de synthèse la plus utilisée est l’alkylation d’acides α-aminés tertiaires. Dans les versions énantioselectives décrites, peu utilisent la chiralité initiale des acides α-aminés tertiaires comme inducteurs de chiralité. La mémoire de chiralité est un des principes permettant l’accès à des acides α-aminés quaternaires énantioenrichis avec, comme unique source de chiralité, la chiralité initiale centrale des acides α-aminés tertiaires. Les objectifs de cette thèse sont de développer de nouveaux procédés pour la synthèse d’acides α-aminés quaternaires par mémoire de chiralité. Deux axes principaux ont été étudiés : 1) Le couplage oxydant d’énolates par mémoire de chiralité permettant l’accès à de nouveaux acides α-aminés quaternaires. 2) L’alkylation par mémoire de chiralité dans des microréacteurs basés sur l’adaptation en flux continu des travaux antérieurs du laboratoire ce qui permet la synthèse reproductible d’une quantité plus importante d’acides α-aminés quaternaires. Ces deux axes ont été étudiés afin d’améliorer la stratégie de synthèse d’acides α-aminés par mémoire de chiralité précédemment développée au laboratoire. / Quaternary α-amino acids allow access to molecular structures and peptides derivatives with interesting biological activites. Many asymmetric synthesis are described in the literature. The most common one is the alkylation of tertiary α-amino acids. Only few methods use the chirality of the starting material as a chiral inductor. Among them, Memory of Chirality is one strategy allowing the access to enantioenriched quaternary α-amino acids using, as a unique source of chirality, the central initial chirality of tertiary α-amino acids. The objective of this PhD is the investigation of new methods for the quaternary α-amino acid synthesis by Memory of Chirality. Two main axes have been studied: 1) Oxidative heterocoupling of enolates by Memory of Chirality that allow access to new enantioenriched quaternary α-amino acids. 2) Alkylation by Memory of Chirality using a microflow system with the objective to adapt in continuous flow the previous works performed in our laboratory. That would allow the reproductible and scalable synthesis of enantioenriched quaternary α-amino acids. This two axes enable the improvement of the synthesis of quaternary α-amino acid synthesis by Memory of Chirality strategy previously developed in our laboratory.

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Les maladies tropicales négligées, causées par des trypanosomes telles que la leishmaniose, la trypanosomiase africaine (maladie du sommeil) et la trypanosomiase américaine (la maladie de Chagas), imposent une morbidité et un taux de mortalité graves ayant un grand impact sur les populations les plus pauvres. Les traitements contemporains de ces maladies sont limités en raison des effets secondaires toxiques et de l’émergence des souches résistantes. Dans le but de répondre au besoin croissant de traitement, l’exploration de nouveaux agents antiprotozoaires est donc plus que nécessaire. La recherche décrite dans cette thèse vise à développer une nouvelle thérapie pour traiter ces infections parasitaires en ciblant de multiples fonctions vitales pour la survie du parasite. Une série de peptides, petites molécules et combinaison de peptides et petites molécules conjugués ont été préparés et étudiés. Par exemple, les lipopeptides almiramides N-méthylés présentent une activité antiparasitaire avec un indice thérapeutique élevé en ciblant le glycosome, un organite typique des trypanosomes. Une étude de la relation structure-activité a été réalisée pour examiner l’influence de la N-méthylation et de la conformation sur l’activité contre diverses souches de Leishmania et sur la cytotoxicité. La synthèse et l’analyse biologique de vingt-cinq analogues ont démontré que les dérivés portant un acide aminé Na-méthylé aux deux extrémités présentaient une activité supérieure à celle des peptides perméthylés et une puissance relativement élevée contre les souches résistantes. Le remplacement des résidus d’acides aminés dans le peptide par un α-amino γ-lactam (Agl) et N-aminoimidazalone (Nai) réduit l’activité antiparasitaire; cependant, les amides peptidiques possédant des résidus d’Agl à la deuxième position conservaient une puissance significative dans les séries non méthylées et perméthylées. L’étude systématique des effets de la N-méthylation et de la géométrie de tour sur l’activité antiparasitaire a montré la pertinence d’un conformère étendu sur les résidus centraux et la mobilité conformationnelle par isomérisation des amides tertiaires et la géométrie des tours aux extrémités des peptides actifs. L’alcaloïde naturel anisomycine a été étudié en raison de son importance en tant qu’inhibiteur de la synthèse des protéines avec une vaste activité antiparasitaire. L’évaluation des relations structure-activité antiprotozoaires de l’anisomycine a été réalisée en modifiant les groupements fonctionnels du cycle de pyrrolidine ainsi que sa partie aromatique. L’examination de la cytotoxicité et l’activité antiprotozoaire contre diverses souches de Leishmania en comparant avec le produit naturel ont révélé une stratégie de préparation d’analogues à forte puissance et à faible toxicité pour l’hôte. L’étude préliminaire de l’activité antiprotozoaire et de la sélectivité a favorisé ii l’exploration de conjugués phénoliques de l’anisomycine. Une série d’analogues de l’anisomycine ont été synthétisés en conjuguant l’anisomycine sur des peptides almiramides et des résidus d’acides aminés qui peuvent respectivement cibler les fonctions glycosome et transporteur du parasite. La cytotoxicité et l’activité antiprotozoaire contre diverses souches de Leishmania, Trypanosoma brucei et Trypanosoma cruzi ont démontré que la conjugaison de divers acides aminés et résidues insaturées donnait des agents antiparasitaires prometteurs qui ciblaient sélectivement les différents parasites avec une cytotoxité minimale en comparaison avec celle du produit naturel. L’activité antiprotozoaire de l’anisomycine et de ses dérivés a incité à poursuivre l’exploration des relations structure-activité pour le développement d’un traitement antiparasitaire. Compte tenu de l’utilité de l’anisomycine dans cette étude, une synthèse formelle du produit naturel a été développée. En utilisant la (2S,4R)-4-hydroxyproline comme précurseur chiral peu coûteux, une voie de synthèse a été développée impliquant le couplage Negishi. L’introduction dans les analogues de la décacéoxy-anisomycine a également été réalisée par un protocole similaire. Les études de relation structure-activité des peptides almiramides et des analogues de l’anisomycine décrites dans cette thèse ont ouvert une voie prometteuse pour le développement de nouveaux agents antiparasitaires à haute puissance et à faible toxicité pour l’hôte. En ciblant plusieurs points d’intervention, les nouveaux agents offrent la promesse de ralentir les modes de résistance. En outre, la synthèse d’analogues désacétoxy-anisomycine a ouvert la porte à des intermédiaires clés pour une exploration plus approfondie des dérivés de l’anisomycine et pour améliorer la synthèse de prototypes thérapeutiques afin de relever des défis importants dans l’atténuation des maladies tropicales négligées. / Neglected Tropical Diseases (NTDs) which are caused by trypasonomatid infections, such as leishmaniasis, human African trypanosomiasis (HAT) and Chagas disease are known to inflict serious morbidity and mortality with greatest impact on the poorest populations. Contemporary anti-trypanosomatid therapy is limited due to toxic side effects and the rise of resistant stains. A growing need has emerged for novel anti-protozoal agents. The research described in this thesis seeks to develop novel therapy to treat trypasonomatid infection by targeting multiple vital functions for parasite survival. A series of peptide, small molecule, and peptide-small molecule conjugates have been prepared and studied. For example, the almiramide N-methylated lipo-peptides exhibit anti-parasitic activity with high therapeutic index by targeting the glycosome, an organelle without a mammalian counterpart. A structure-activity relationship study has been performed to examine the influences of N-methylation and conformation on activity against various strains of leishmaniasis protozoan and on cytotoxicity. The synthesis and biological analysis of twenty-five analogs demonstrated that derivatives with a single methyl group on specific residue amide nitrogen exhibited greater activity than the permethylated peptides and relatively high potency against resistant strains. Replacement of amino amide residues in the peptide by turn inducing α-amino γ-lactam (Agl) and N-aminoimidazalone (Nai) counterparts reduced typically anti-parasitic activity; however, peptide amides possessing Agl residues at the second residue retained significant potency in the unmethylated and permethylated series. Systematic study of the effects of methylation and turn geometry on anti-parasitic activity indicated the relevance of an extended conformer about the central residues and conformational mobility by tertiary amide isomerization and turn geometry at the extremities of the active peptides. The natural alkaloid anisomycin was studied because of significance as a protein synthesis inhibitor with broad anti-parasitic activity. Assessment of the structure - anti-protozoan activity relationships of anisomycin was performed by modifying pyrrolidine and aromatic functional groups. Examination of cytotoxicity and antiprotozoal activity against various strains of Leishmania and comparison with the natural product revealed a strategy for preparing analogs with high potency and low host toxicity. The preliminary study of antiprotozoal activity and selectivity promoted the exploration phenolic conjugates of anisomycin. A serie of anisomycin analogs were synthesized by conjugating anisomycin onto almiramide peptides and amino acids residues which iv may respectively target the glycosome and transporter functions of the parasite. The cytotoxicity and antiprotozoal activity against various strains of Leishmania, Trypanosoma brucei and Trypanosoma cruzi demonstrated that conjugation of various amino acid and unsaturated moieties yielded promising agents that selectively targeted the different parasites with minimal cytotoxity compared to that of the natural product. The antiprotozoal activity of anisomycin and derivatives has led to a better understanding of structure-activity relationships for the development of anti-parasitic therapy. Considering the utility of anisomycin in this study, a formal synthesis of the natural product was developed. Employing (2S,4R)-4-hydroxyproline as an inexpensive chiral building block, a route was conceived featuring the Negishi coupling. Entry into deacteoxy-anisomycin analogs was also achieved by a similar protocol. The structure-activity relationship studies of almiramide peptides and anisomycin analogs described in this thesis have opened a promissing gateway for developing new anti-parasitic agents with high potency and low host toxicity. By targeting multiple points of intervention, the new agents offer promise to minimize modes of resistance. Moreover, the synthesis of deacetoxyanisomycin analogs has paved the way to key intermediates for further exploration of anisomycin derivatives and for improving the synthesis of therapeutic prototypes to tackle important challenges in mitigating Neglected Tropical Diseases.

L'homéostasie cellulaire implique une régulation fine de la production ainsi que de l'élimination des protéines. La dérégulation de cette homéostasie entraîne des effets néfastes touchant de nombreuses voies de signalisation et de métabolisme et pouvant conduire à diverses maladies telles que le cancer ou la neurodégénérescence. De ce fait, la dégradation des protéines est un processus hautement contrôlé effectué par le système ubiquitine-protéasome (UPS) qui permet le ciblage, l’étiquetage et la dégradation des protéines mal repliées, endommagées ou en fin de vie. Le protéasome est un complexe multiprotéique vital présent dans toutes les cellules eucaryotes dont la biogenèse, la fonction de dégradation et la régulation dans le cytoplasme sont bien connues. Cependant, la fonction du protéasome dans le noyau, notamment en réponse au stress, est encore peu comprise. Les cellules ont développé de nombreux mécanismes adaptatifs en réponse à la variation de l'apport en nutriments comme l’augmentation de la dégradation et le recyclage des protéines. Chez l’humain, le protéasome est dégradé dans le cytoplasme par autophagie lors d’une privation de nutriments mais les mécanismes de régulation du protéasome nucléaire en réponse au stress métabolique restent peu connus. Nous avons trouvé que le protéasome 26S et la sous-unité régulatrice PSME3 forment des foyers nucléaires dans différents types cellulaires de mammifère en réponse à une privation en nutriments. Les foyers, nommés SIPAN pour Starvation-Induced Proteasome Assemblies in the Nucleus, ne sont colocalisés avec aucune structure ou corps nucléaires connus. La formation des SIPAN est réversible lors d’une réintégration des nutriments, suggérant une réponse spécifique liée à un stress métabolique. La manipulation de la quantité d’acides aminés intracellulaire a révélé que les acides aminés non-essentiels jouent un rôle important dans la formation et la résolution des SIPAN. Une analyse métabolomique a permis de trouver des voies reliées au métabolisme des nucléotides et des acides aminés qui pourraient fournir des facteurs clés pour la dissipation des foyers du protéasome. Le fort dynamisme des SIPAN, la présence d’événements de fusion et leur instabilité vis-à-vis des conditions cellulaires suggèrent que les SIPAN résultent d’une séparation de phase liquide-liquide (LLPS). De plus, nous avons trouvé que l’ubiquitine conjuguée est présente dans les SIPAN et que l’ubiquitination et la déubiquitination semblent être impliquées dans la formation et la résolution, respectivement. Nous avons ensuite découvert que la perte du récepteur à l’ubiquitine RAD23B empêche la formation des SIPAN. En effet, les domaines de liaison au protéasome UBL et de liaison à l’ubiquitine UBA1/UBA2 sont nécessaires pour la formation des SIPAN. De manière intéressante, la perte de RAD23B ou du complexe régulateur PSME3 retarde l’induction de l’apoptose et promeut la survie cellulaire. Enfin, en utilisant un inducteur de l’apoptose, nous avons observé l’apparition de ces foyers du protéasome dans le noyau des cellules dont certaines caractéristiques sont similaires aux SIPAN. Notre étude aborde une question très importante dans la compréhension des rôles et du dynamisme du protéasome nucléaire, en particulier dans l'adaptation au stress, qui peut réguler le niveau des protéines nucléaires. De façon générale, cela nous aidera à mieux comprendre le rôle du protéasome dans l’homéostasie nucléaire et son implication dans les maladies humaines. / Cellular homeostasis involves specific regulation of the production as well as the elimination of proteins. The deregulation of this equilibrium leads to harmful effects affecting many signaling and metabolic pathways and can lead to various diseases, such as cancer or neurodegeneration. Hence, protein degradation is a highly controlled process performed by the ubiquitin-proteasome system (UPS) that allows targeting, labeling and degradation of misfolded, damaged, or end-of-life proteins. The proteasome is a vital multiprotein complex found in all eukaryotic cells whose biogenesis, degradative function, and regulation in the cytoplasm are well known. However, the function of the proteasome in the nucleus, particularly in response to stress, is still poorly understood. Cells have evolved many adaptive mechanisms in response to varying nutrient supply such as increased protein degradation and recycling. In humans, the proteasome is degraded in the cytoplasm by autophagy during nutrient deprivation, but the regulatory mechanisms of the nuclear proteasome in response to metabolic stress remain poorly understood. We have found that the 26S proteasome and regulatory subunit PSME3 form nuclear foci in different mammalian cell types in response to nutrient deprivation. These foci, called SIPAN for Starvation-Induced Proteasome Assemblies in the Nucleus, do not colocalize with any known nuclear structures or bodies. The formation of SIPAN is reversible upon nutrient replenishment, suggesting a specific response to metabolic stress. Manipulation of the intracellular amino acid pool revealed that non-essential amino acids play important roles in the formation and resolution of SIPAN. A metabolomics study has identified pathways related to nucleotide and amino acid metabolism that may provide key factors for the dissipation of the proteasome foci. The strong dynamism of SIPAN, the presence of fusion events and their instability towards cellular conditions suggest that SIPAN result from liquid-liquid phase separation (LLPS). Additionally, we have found that conjugated ubiquitin is present in SIPAN and that ubiquitination and deubiquitination appear to be involved in their formation and resolution, respectively. We then discovered that the depletion of the ubiquitin receptor RAD23B prevents the formation of SIPAN. Indeed, the UBL proteasome binding domain and UBA1/UBA2 ubiquitin binding domains are required for SIPAN formation. Interestingly, the depletion of RAD23B or the proteasome regulatory particle PSME3 delays the induction of apoptosis and promotes cell survival. Finally, we found that an apoptosis-inducing agent promotes proteasome foci formation in the nucleus of cells, and these organelles share similarities with SIPAN. Our study addresses a very important question in understanding the roles and dynamism of the proteasome in the nucleus, specifically during stress adaptation, which can regulate the level of nuclear proteins. In general, this will help us to better understand the role of the proteasome in nuclear homeostasis and its involvement in human diseases.