Les travaux de thèse exposés dans ce manuscrit portent sur l'étude chimique de quatre éponges marines collectées à Madagascar : Monanchora unguiculata, Amphimedon sp., Aulospongus gardineri et Biemna laboutei. Pour les trois premières, l'extraction, l'isolement et l'identification des métabolites secondaires par différentes techniques chromatographiques (CLMP, CLHP…) et spectroscopiques (UV-visible, SMHR, RMN 1D et 2D…) ont été envisagés. Quinze métabolites secondaires de type alcaloïdes guanidiniques, dérivés de la bromotyrosine, N-acyléthanolamines et polyynes, ont été isolés de ces éponges. Huit sont de structures nouvelles. La valorisation des molécules isolées a ensuite été envisagée via l'évaluation de leurs activités biologiques. Deux d'entres elles, la fromiamycaline (M70) et la ptilomycaline F (MU7) ont montré une excellente activité antipaludique et quatre, la fromiamycaline (M70) et les ptilomycalines E (MU6), G (MU8) et H (MU9) une cytotoxicité sur cellules KB prometteuse. L'étude de la dernière éponge, Biemna laboutei, portait sur des molécules précédemment isolées au sein du LCSNSA. Les travaux entrepris comprenaient une vérification des configurations relatives de neuf alcaloïdes guanidiniques déterminées par RMN grâce à la probabilité DP4+. Les configurations relatives déterminées par RMN de sept des molécules ont ainsi pu être confirmées et trois d'entre elles, les nétamines G (E8), P (E17) et R (E19) ont fait l'objet d'une étude plus approfondie par modélisation moléculaire afin de déterminer leur configuration absolue par comparaison de leur spectre de Dichroïsme Circulaire Électronique expérimental avec un spectre calculé. / The work described in this manuscript concerns the chemical study of four sponges from Madagascar: Monanchora unguiculata, Amphimedon sp., Aulospongus gardineri and Biemna laboutei. For the first three sponges, the study was devoted to the extraction, isolation and identification of secondary metabolites by various chromatographic (MPLC, HPLC…) and spectroscopic (UV, HRMS, 1D and 2D NMR…) techniques. Fitfteen secondary metabolites including guanidine alkaloids, bromotyrosin derivated, N-acylethanolamines and polyynes were isolated from these sponges. Eight are new molecules. The biological activities of the isolated compounds were then evaluated. Two of them, fromiamycalin (M70) and ptilomycalin F (MU7) showed a very good antimalarial activity and four of them, fromiamycalin (M70) and ptilomycalins E (MU6), G (MU8) and H (MU9) a promising cytotoxicity against KB cells. The study of the last sponge, Biemna laboutei, was performed on molecules already isolated in the LCSNSA. This work included the determination of the relative configuration of nine guanidine alkaloids by using the DP4+ probability. The relative configuration of seven molecules was confirmed. Three of them, netamines G (E8), P (E17) and R (E19) were selected for a study by molecular modeling to determine their absolute configuration by comparison of their experimental Electronic Circular Dichroism spectrum with a calculated spectrum.

Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit portent sur l'étude de quatre éponges marines issues de la zone Sud-Ouest de l'Océan Indien : Plakortis kenyensis, Theonella swinhoei, Haliclona fascigera et Fascaplysinopsis reticulata. Les travaux entrepris comprenaient l'étude chimique de ces éponges incluant l'extraction, l'isolement et l'identification des métabolites secondaires par différentes techniques chromatographiques (CLMP, CLHP...) et spectroscopiques (UV-visible, HRMS, RMN 1D et 2D...). Douze métabolites secondaires ont été isolés de ces éponges dont six de structures nouvelles, à savoir : l'acide 2,5-époxydocosan-6-én-21-ynoïque (HF1), un acide gras atypique isolé de l'éponge Haliclona fascigera ; la 8-oxo-tryptamine (FR2), la 6,6’-bis-(débromo)- gelliusine F (FR3), la 6-bromo-2’-déméthyl-3’-N-méthyl-1’,8-dihydroaplysinopsine (FR6), la 5,6-dibromo-2’- déméthyl-3’-N-méthyl-1’,8-dihydroaplysinopsine (FR7) et la 5,6-dibromo-3’-déimino-2’-déméthyl-3’-oxo-1’,8- dihydroaplysinopsine (FR8), cinq alcaloïdes indoliques isolés de l'éponge Fascaplysinopsis reticulata. La valorisation des molécules isolées a ensuite été envisagée via l'évaluation de leurs activités biologiques. Parmi les douze molécules isolées, sept ont montré une activité antipaludique, trois une activité inhibitrice du quorum sensing de la bactérie bioluminescente Vibrio harveyi et cinq une activité anti-microfouling par inhibition de l'adhésion et/ou de la croissance de souches microbiennes marines. / The work described in this manuscript concerns four sponges from the South-West Indian Ocean: Plakortis kenyensis, Theonella swinhoei, Haliclona fascigera and Fascaplysinopsis reticulata. The chemical study of the sponges including extraction, isolation and identification of secondary metabolites was undertaken using various chromatographic (MPLC, HPLC ...) and spectroscopic (UV-visible, HRMS, 1D and 2D NMR ...) techniques. Twelve secondary metabolites including six new molecules were isolated from these sponges. The new molecules are: 2,5-époxydocosan-6-en-21-ynoic acid (HF1) an unusual fatty acid isolated from the sponge Haliclona fascigera; 8-oxo-tryptamine (FR2), 6,6'-bis (debromo)-gelliusine F (FR3), 6-bromo-2'-demethyl-3'-N- methyl-1',8-dihydroaplysinopsine (FR6), 5,6-dibromo-2'-demethyl-3'-N-methyl-1',8-dihydroaplysinopsine (FR7) and 5,6-dibromo-3’-deimino-2’-demethyl-3’-oxo-1’,8-dihydroaplysinopsine (FR8), five indole alkaloids isolated from the sponge Fascaplysinopsis reticulata. The biological activities of the isolated molecules were then evaluated. Among the twelve isolated molecules, seven were active against the malaria parasite Plasmodium falciparum, three were identified as inhibitors of the quorum sensing-regulated bioluminescence in Vibrio harveyi and five, showing marine bacterial adhesion and/or growth inhibition, exhibited potential anti- microfouling activity.

Le métabolisme secondaire joue un rôle écologique majeur dans les interactions des organismes avec leur environnement. Une étude intégrée de la biologie, de l’écologie des organismes et des variations de leur métabolisme est essentielle pour comprendre le rôle des métabolites secondaires au sein des écosystèmes. Or ce type d’approche est rare en milieu marin.Le petit clade d’éponges Homoscleromorpha constitue un vrai potentiel de découverte de nouvelles espèces et de molécules bioactives valorisables. Par ailleurs, leur position de dominance dans certaines communautés benthiques de Méditerranée en faisait un modèle de choix pour démarrer des recherches en écologie chimique marine.Ce travail a débuté avec la description d’une espèce du genre Oscarella, O. balibaloi ainsi que de nouvelles molécules produites par cet organisme. Cette nouvelle espèce avec deux autres espèces communes du même genre, O. tuberculata et O. lobularis constituent parfois de vrais faciès au sein des communautés du coralligène et des grottes semi-obscures. L’étude comparée du cycle de vie de ces Oscarella a montré dans tous les cas une reproduction saisonnière, avec des différences dans les périodes de gamétogénèse et d’émission des larves, et des sensibilités variables face aux changements des conditions de régime thermique. Deux composés majoritaires de type lysophospholipides ont été isolés et caractérisés pour la première fois dans O. tuberculata, et retrouvés dans O. lobularis. Leur rôle potentiel de médiateurs moléculaires impliqués dans le processus de reproduction (embryogenèse et développement) a été proposé, et devra être confirmé par des études expérimentales. Une nouvelle famille de sesterterpènes glycosylés (dénommés balibalosides) a été découverte dans O. balibaloi.Une étude pluriannuelle des variations du métabolisme de ces espèces a été réalisée à travers trois approches complémentaires permettant de tester les modalités d’allocation des ressources à la production de métabolites secondaires. Les patrons de variation des niveaux d’expression de métabolites ciblés, des signatures métaboliques et des bioactivités des extraits d’éponges ont montré une influence significative du cycle de reproduction sur le métabolisme secondaire. Les méthodes globales (métabolomique et bioactivité) ont permis de montrer que le cycle de variation du métabolisme secondaire était marqué par une modification importante de sa production accompagnée par une baisse de bioactivité pendant les périodes les plus coûteuses de la reproduction (reproduction asexuée, embryogenèse et développement larvaire). Ces résultats montrent un compromis d’allocation des ressources entre un métabolisme primaire (la reproduction) et la production des métabolites secondaires, et soutient ainsi la théorie de défense optimale.L’approche de métabolomique s’est avérée un bon indicateur de la chimio-diversité. Appliquée à l’étude des relations inter-spécifiques, cette méthode de chimio-systématique a permis de proposer une classification des espèces méditerranéennes d’Homoscleromorpha. Cette classification soutient les résultats les plus récents de phylogénie moléculaire et propose la restauration de deux anciens clades au sein des Homoscleromorpha: les Plakinidae, un groupe qui ne contient aujourd’hui que des espèces à squelette, et les Oscarellidae qui ne contient que des espèces sans squelette. Les approches développées au cours de cette thèse permettent de nombreuses perspectives en chimio-systématique et écologie chimique marine. L’utilisation des signatures métaboliques peut être transposée à d’autres questions de systématique, particulièrement pour démontrer l’existence d’espèces cryptiques, et pour soutenir des hypothèses phylogénétiques au sein d’autres clades problématiques [...] / Secondary metabolism plays a major ecological role in the interactions between the organisms and their environment. An integral study of the organisms’ biology and ecology and the variations of their metabolism is essential for understanding the role of secondary metabolites in the ecosystems. This kind of approach is rare in the marine environment. Small sponge clade Homoscleromorpha constitutes a real potential for the discovery of new species and potentially bioactive molecules. In addition, its dominance in some Mediterranean benthic communities makes it a good model in marine chemical ecology research. This work has started with a description of new species of Oscarella genus, O. balibaloi. This new species forms sometimes, with two other commun Oscarella species, O. tuberculata and O. lobularis, special facies within the coralligenous and semi-dark cave communities. All three Oscarella species are caraterized by a seasonal reproductive cycle with differences in the period of gametogenesis and larval emission as well as the variation in sensitivity facing the changes in thermal regime. Two major lysophospholipid compounds were isolated and caracterized for the first time in O. tuberculata and confirmed in O. lobularis. Their potential role as signal molecules in the reproduction process (embryogenesis and development) was proposed and should be confirmed by experimental studies. One new familly of glycosilated seterterpens (named balibalosides) was found in O. balibaloi. A pluriannual study of species metabolism was performed using three complementary approaches and enabled to test the models of resource allocation to secondary metabolite production. Variation patterns in the expression level of target metabolites, in the metabolic fingerprints and the bioactivities of sponge extracts reflected the significant influence of the reproductive cycle to the secondary metabolite production. Holisitic approaches (métabolomics and bioactivity) pointed out the important modification in the secondary metabolism variation pattern followed by the decrease in bioactivity during the costly period of reproduction (asexual reproduction, embryogenesis and larval development). These results highlight the trade-off in resource allocation between the primary (reproduction) and secondary metabolism and therefore support the Optimal Defense Theory. Metabolomic approach applied to the study of interspecific relations turned out as a good indicator of chemical diversity which allowed the classification of Mediterranean Homoscleromorpha sepcies. The obtained classification was congruent with recent molecular phylogeny results proposing the restauration of two ancient clades within Homoscleromorpha, the Plakinidae, a group of species possesing skeleton and the Oscarellidae, a group of species lacking skeleton. Approaches developed during my thesis opened a numerous perspectives in chemosystematics and marine chemical ecology. The use of metabolic fingerprints can be transposed to other questions in systematics, particularly to demonstrate the existance of cryptic species and to support phylogenetic hypothesis within other problematic clades. [...]