Depuis une vingtaine d’années, l’utilisation massive des antibiotiques a provoqué l’apparition de souches bactériennes résistantes contre la plupart des familles d’antibiotiques disponibles sur le marché pharmaceutique. L’apparition de souches multirésistantes voire totorésistantes notamment dans le milieu hospitalier, pose de manière croissante des difficultés thérapeutiques et constitue un grave problème de santé publique. Lors de mon doctorat, deux approches ont été abordées.La première approche consiste à inhiber les enzymes DapF et MurE impliquées dans la voie de biosynthèse du peptidoglycane, composant principal de la paroi des cellules bactériennes. Nous avons donc préparé des acides aminés comportant des groupes fonctionnels triazolyle ou alcynyle, analogues stériquement contraints de l’acide 2,6-diaminopimélique (méso-DAP).La deuxième approche développée au laboratoire repose sur le développement d’adjuvants d’antibiotiques, permettant de cibler spécifiquement les protéines responsables des mécanismes de résistances (Histidines kinases, HKs). Ce travail a permis l’obtention de trente-trois molécules dérivées du thiophène, dont huit présentent une activité biologique contre trois HKs différentes (1,63 < CI50 (μM) < 243,9). De plus, sur les huit molécules biologiquement actives, deux ont présenté une inhibition de la croissance bactérienne contre des bactéries à gram-positif et/ou à gram-négatif (B. subtilis, S. aureus, B. anthracis, E. coli…) et une restaure la sensibilité de souches bactériennes (E. coli productrice de β-lactamases à spectre large (BLSE) et S. aureus résistant à la méticilline (SARM)) à l’antibiotique approprié (céfotaxime). / Over the two past decades, the massive use of antibiotics has led to the emergence of resistant bacterial strains against most families of antibiotics available on the pharmaceutical market. The emergence of multiresistant and totoresistant bacterial strains particularly in hospitals, which create increasing problem in the development of new therapeutics and constitutes serious public health threat problems. During my PhD, two approaches were discussed.The first approach of this project consist in targeting the DapF and MurE enzymes, which are implicated in the biochemical pathway for peptidoglycan biosynthesis, a key component of the bacterial cell wall. Consequently, we prepared amino acids derivatives with triazolyl and alkynyl groups, sterically hindered analogs of 2,6-diaminopimelic acid (meso-DAP).The second approach is the development of antibiotic adjuvants, to target specific proteins implicated in the development of bacterial resistance mechanisms (Histidine kinases, HKs). This work has enabled the development of thirty-three thiophene derivatives, eight of them have biological activity against three HKs (1.63 < IC50 (μM) < 243.9). In addition, among the eight molecules with biological activity, two of them present inhibition of bacterial growth (bactericide) against both gram-positive and/or gram-negative bacteria (B. subtilis, S. aureus, B. anthracis, E. coli…) and one of them restores the sensibility of bacterial strains (E. coli producing extended spectrum of β-lactamases (ESBL) and S. aureus resistant to methicillin (MRSA)) to the appropriate antibiotic (cefotaxim).

Le Gentiopicroside (GPS) est un secoiridoïde isolé de Gentiana lutea qui est appelé Qin Jiao en chinois. C'est l'une des plantes médicinales les plus couramment utilisée en Chine. Le GPS a des activités biologiques et pharmacologiques allant des propriétés antiviral, anti-inflammatoire, analgésique, anti-hépatotoxique et cholérétiques. Toutefois, la modification structurelle et la synthèse totale du GPS est toujours un défi pour les chimistes organiciens.Dans ce mémoire, nous avons traité la conception, la synthèse et l'évaluation pharmacologique d'une série de composés dérivés du GPS comme inhibiteurs potentiels du virus de l'hépatite C (HCV). Certaines fonctions communes dans la conception de médicaments, tels que des halogènes, du soufre, de l'azoture et un groupe amino, ont été introduites au fragment sucre du GPS. Dans le même temps, nous avons étudié trois approches pour synthétiser la partie aglycone du GPS, deux d'entre elles sont basées sur des cycloadditions [3+3] inter- ou intramoléculaire organocatalyzées à partir des aldéhydes insaturés B et D. La troisième est basée sur le réarrangement d'énol-esters α,β-insaturés F, catalysé par un N-hétérocyclique carbène (NHC). L'intermédiaire commun pour ces approches est un ester insaturé A qui a été préparé en quatre étapes à partir de D-(-)-mannitol et de méthylcrotonate commerciaux. La cycloaddition [3+3] entre l'énal 54 et l'énol stabilisé 59 ne fournit pas le cyclo-adduit attendu même si sur un modèle de réaction les 3,4-dihydropyranne 68 et pyranone 69 ont été formées. Le traitement de l'énol-ester 77 avec un NHC donne un accès à un précurseur potentiel dans la synthèse totale du GPS. / Gentiopicroside (GPS) is a secoiridoid compound isolated from Gentiana lutea which is called Qin Jiao in Chinese. It is one of the most common herbal medicines used in China. The biological and pharmacological activities of GPS contain antiviral, anti-inflammatory, analgesia, antihepatotoxic and choleretic activities. GPS is involved in ongoing phase III clinical trials as the first class new drug. However, the structural modifications and total synthesis of GPS is still a challenge for organic chemists.In this thesis we have processed the design, synthesis and pharmacological evaluation of a series of GPS derivatives as potential hepatitis C virus (HCV) entry inhibitors. Some common functional elements in drug design, such as halogen, sulfur, azide and amino group, have been successfully introduced on the sugar moiety of GPS. In the mean time, we studied three approaches to synthesize the aglycone part of GPS. Two of them are based on organocatalyzed inter- or intramolecular [3+3] cycloadditions from unsaturated aldehydes B and D. The third one was based on an NHC-catalysed rearrangement of α,β-unsaturated enol-esters F. The common key intermediate for these approaches was the unsaturated ester A which was prepared in four steps from commercially available D-(-)-manitol and methylcrotonate. The formal [3+3] cycloaddition between enal 54 and the stabilized enol 59 did not provide the expected cyclo-adduct even if on a model reaction 3,4-dihydropyran 68 and pyranone 69 were formed. The α-substituted position of enal 54 could explain this default in reactivity under proline organocatalysis. The treatment of enol-ester 77 with N-Heterocyclic-Carbene gave an access to the advanced precursor 78 potentially useful in the total synthesis of GPS.

L'eau est un vecteur important pour la transmission de maladies infectieuses. Les méthodes classiques utilisées pour évaluer la qualité microbiologique de l'eau sont cependant inaptes à garantir l'absence de tous les microorganismes pathogènes. Le développement de nouvelles méthodes moléculaires permettant la détection rapide, sensible, spécifique et abordable de ces microorganismes pourrait diminuer le nombre de cas d'infections reliées à la consommation d'eau potable. Ce mémoire décrit la démarche empruntée pour adapter, utiliser et comparer des méthodes microbiologiques classiques à bord du laboratoire mobile Atlantis (LMA) lors d'une campagne de surveillance de la qualité l'eau en région éloignée. Nous élaborons ensuite sur le processus permettant le transfert technologique de deux méthodes moléculaires ciblant deux indicateurs de contamination fécale, Escherichia coli et les entérocoques. Les résultats de ces recherches permettent de conclure que le LMA pourra jouer un rôle prometteur pour la surveillance des maladies infectieuses d'origine hydrique.

Les objectifs de cette étude consistent à dresser un portrait de la présence de coliformes totaux et fécaux dans une source d'eau potable et à développer des modèles décrivant la variabilité temporelle de ces indicateurs. Le cas à l'étude est la principale source d'eau potable de la Ville de Québec, à savoir la rivière Saint-Charles. Le portrait temporel comprend une description de la présence saisonnière, journalière et intra-journalière des coliformes totaux et fécaux dans la source d'eau. Ce portrait est basé sur des données historiques acquises par la Ville et des données issues d'une campagne d'échantillonnage intensive réalisée dans le cadre de ce projet. La présence des coliformes totaux et fécaux dans l'eau a été analysée en fonction de divers paramètres environnementaux et de la qualité de l'eau. Des modèles multivariés basés sur des séries temporelles ont été développés afin d'expliquer et de prédire la présence des coliformes totaux et fécaux dans l'eau. Les modèles obtenus décrivent de manière très satisfaisante la variabilité temporelle des coliformes dans la source d'eau à l'étude. Selon les résultats de cette étude, les paramètres expliquant la présence des coliformes dans l'eau diffèrent selon la saison de l'année. L'analyse des modèles démontre que la pluviométrie, la hauteur d'eau au barrage, les heures d'ensoleillement, la turbidité, l'alcalinité et la température extérieure sont les meilleurs prédicteurs des variations temporelles des coliformes dans la source d'eau potable.

L’hépatite C est une maladie silencieuse, souvent asymptomatique, mais qui entraîne des lésions du foie et peut évoluer vers une cirrhose et, dans certains cas, vers un cancer. Le carcinome hépatocellulaire engendré par l’hépatite C constitue la première cause de transplantation hépatique. Les virus de l’hépatite C (VHC) et de la diarrhée virale bovine (VDVB) sont deux pestivirus possédant un ARN monocaténaire, de la famille des Flaviviridae. Bien qu’ayant des génomes différents, ils présentent une organisation structurelle et des processus de développement de l’enveloppe cellulaire comparables. Le screening de la chimiothèque du laboratoire a permis d’identifier cinq composés chefs de files, actifs à l’encontre du virus de l’hépatite C. Deux de ces composés de la série imidazo[1,2-a]pyridine ont fait l’objet d’un travail de pharmacomodulation dans le cadre des thèses de Jean-Baptiste Véron et Nicolas Henry. La première partie de mon travail de recherche a donc consisté à poursuivre ces travaux de pharmacomodulation afin de tenter d’améliorer l’activité de cette série chimique à l’égard du VHC ainsi que son index thérapeutique. La synthèse convergente de ces molécules a été effectuée grâce à des couplages métallo-catalysés.La seconde partie de mon projet de recherche a porté sur l’étude de la bifonctionnalisation des positions 7 et 8 du noyau imidazo[1,2-a]pyridine. Ces travaux ont permis de développer de nouvelles méthodologies pour introduire une diversité fonctionnelle sur ces positions. Ces molécules ont également été évaluées à l’encontre du VHC et l’une d’entre elle a montré une activité intéressante à l’encontre de ce virus. L’activité à l’encontre du VHC et l’index thérapeutique ont été améliorés pour deux molécules, analogues du BPIP. / Hepatitis C is a silent disease, often asymptomatic, responsible for hepatic lesions which may lead to cirrhosis and in some cases, to cancer. Hepatocellular carcinoma caused by hepatitis C virus is the leading cause of liver transplantation. Bovine viral diarrhoea (BVDV) and hepatitis C (HCV) viruses are two pestiviruses from the Flaviviridae family that have a single-stranded RNA. Despite having different genomes, they present a similar structural organization and processes of development of the cell envelope.The laboratory’s chemical library screening has identified five hits, active against the HCV. Two of these compounds from the imidazo[1,2-a]pyridine serie were pharmacomodulated as part of the Ph.D. thesis of Jean-Baptiste Véron and Nicolas Henry.The first part of my research work was therefore to continue the pharmacomodulation study of these chemical series to improve their activity against HCV and their therapeutic index. To do so, the convergent synthesis of these molecules was performed using metal-catalyzed couplings.The second part of my project has focused on the study of the difunctionalization of positions 7 and 8 of the imidazo[1,2-a]pyridine nucleus. This work helped to develop new methodologies for introducing a functional diversity on these positions. The antiviral activity of these molecules was also assessed against HCV and one of them has shown interesting activity against this virus.In conclusion, activity against HCV and therapeutic index have been improved for two molecules, analogues of BPIP.

La recherche sur le cancer se tourne vers le développement de la nanomédecine, c’est-à-dire l’utilisation de nanoparticules pour augmenter l'efficacité thérapeutique et réduire la toxicité du traitement. Dans ce contexte, ces travaux ont été consacrés à la conception de nano objets pour des applications en thérapie anticancéreuse. Ces systèmes ont été élaborés à partir d'un châssis moléculaire cyclodécapeptidique présentant plusieurs ligands peptidiques RGD ciblant l’intégrine αvβ3, récepteur transmembranaire jouant un rôle clé dans l’angiogenèse. Dans un premier temps, nous avons synthétisé plusieurs composés en faisant varier la structure du châssis peptidique afin de moduler la présentation des ligands RGD lors de leur interaction avec l’intégrine αvβ3. L’évaluation biologique in vitro des différents composés synthétisés suivi d’une étape de simulation de dynamique nous a permis de déterminer une présentation optimale des ligands RGD. Nous avons ensuite développé une nouvelle voie de synthèse combinant deux réactions orthogonales catalysées au cuivre permettant l’accès à ces vecteurs peptidiques avec de meilleurs rendements et avec un temps de synthèse réduit par rapport à la voie classique. Finalement, nous avons greffé les clusters de RGD sur des nanoparticules lipidiques, puis polymériques, afin d’apporter un élément de ciblage. Ces deux projets ont été réalisés à travers des collaborations, respectivement avec le laboratoire du Prof. Patrick Couvreur (nanoparticules de squalène) et avec le laboratoire du Dr Marie-Thérèse Charreyre (nanoparticules de copolymères NAM/NAS). Ces systèmes ont ensuite été étudiés in vitro pour des applications en thérapie et en imagerie / Cancer research is now taking advantage of nanomedicine that is to say the use of nanoparticles to increase treatment efficiency and reduce toxicity. In this context, this work has been devoted to the design and synthesis of nano objects for applications in cancer therapy. These systems are based on a cyclodecapeptidic molecular scaffold presenting several RGD peptidic ligands targeting the αvβ3 integrin, a transmembrane receptor playing a key role in angiogenesis. We first synthesized several compounds by modifying the structure of the peptidic scaffold in order to alter the presentation of the RGD ligands during their interaction with the αvβ3 integrin. Biological in vitro evaluation of the different synthesized compounds followed by dynamics simulation allowed us to identify an optimal presentation of the RGD ligands. We then developed a new synthesis combining two orthogonal copper-catalyzed reactions yielding those peptidic vectors with lower reaction times and better yields compared to the classic synthesis. We finally grafted the RGD clusters on lipidic, then polymeric nanoparticles to add targeting moieties. Both projects were realized through collaborations, respectively with Prof. Patrick Couvreur’s lab (squalene nanoparticles) and Dr. Marie-Thérèse Charreyre’s lab (NAM/NAS copolymers). Those systems were then evaluated in vitro for applications in therapy and imaging.

La recherche sur le cancer se tourne vers le développement de la nanomédecine, c’est-à-dire l’utilisation de nanoparticules pour augmenter l'efficacité thérapeutique et réduire la toxicité du traitement. Dans ce contexte, ces travaux ont été consacrés à la conception de nano objets pour des applications en thérapie anticancéreuse. Ces systèmes ont été élaborés à partir d'un châssis moléculaire cyclodécapeptidique présentant plusieurs ligands peptidiques RGD ciblant l’intégrine αvβ3, récepteur transmembranaire jouant un rôle clé dans l’angiogenèse. Dans un premier temps, nous avons synthétisé plusieurs composés en faisant varier la structure du châssis peptidique afin de moduler la présentation des ligands RGD lors de leur interaction avec l’intégrine αvβ3. L’évaluation biologique in vitro des différents composés synthétisés suivi d’une étape de simulation de dynamique nous a permis de déterminer une présentation optimale des ligands RGD. Nous avons ensuite développé une nouvelle voie de synthèse combinant deux réactions orthogonales catalysées au cuivre permettant l’accès à ces vecteurs peptidiques avec de meilleurs rendements et avec un temps de synthèse réduit par rapport à la voie classique. Finalement, nous avons greffé les clusters de RGD sur des nanoparticules lipidiques, puis polymériques, afin d’apporter un élément de ciblage. Ces deux projets ont été réalisés à travers des collaborations, respectivement avec le laboratoire du Prof. Patrick Couvreur (nanoparticules de squalène) et avec le laboratoire du Dr Marie-Thérèse Charreyre (nanoparticules de copolymères NAM/NAS). Ces systèmes ont ensuite été étudiés in vitro pour des applications en thérapie et en imagerie / Cancer research is now taking advantage of nanomedicine that is to say the use of nanoparticles to increase treatment efficiency and reduce toxicity. In this context, this work has been devoted to the design and synthesis of nano objects for applications in cancer therapy. These systems are based on a cyclodecapeptidic molecular scaffold presenting several RGD peptidic ligands targeting the αvβ3 integrin, a transmembrane receptor playing a key role in angiogenesis. We first synthesized several compounds by modifying the structure of the peptidic scaffold in order to alter the presentation of the RGD ligands during their interaction with the αvβ3 integrin. Biological in vitro evaluation of the different synthesized compounds followed by dynamics simulation allowed us to identify an optimal presentation of the RGD ligands. We then developed a new synthesis combining two orthogonal copper-catalyzed reactions yielding those peptidic vectors with lower reaction times and better yields compared to the classic synthesis. We finally grafted the RGD clusters on lipidic, then polymeric nanoparticles to add targeting moieties. Both projects were realized through collaborations, respectively with Prof. Patrick Couvreur’s lab (squalene nanoparticles) and Dr. Marie-Thérèse Charreyre’s lab (NAM/NAS copolymers). Those systems were then evaluated in vitro for applications in therapy and imaging.