L’emplacement spécifique dans le corps où s’accumule le tissu adipeux est un déterminant important de la santé cardiométabolique. L’accumulation de gras au niveau abdominal et viscéral est particulièrement dommageable. Au cours des 10 dernières années, l’émergence des sciences de type omiques, notamment la métabolomique, nous ont permis d’identifier certains acides aminés en circulation qui sont associés à l’obésité et aux dysfonctions métaboliques. Les acides aminés les plus étudiés sont certainement ceux à chaîne ramifiée, soit la leucine, l’isoleucine et la valine. Le niveau circulant de ces trois acides aminés est associé positivement à l’obésité ainsi qu’au développement du diabète de type 2 et des maladies cardiovasculaires à long terme. Le glutamate est un autre acide aminé en circulation dont les niveaux sont augmentés en contexte d’obésité et de dysfonction métabolique. Il est fortement associé à l’accumulation de gras au niveau abdominal et viscéral. Bien qu’il soit un sous-produit du catabolisme des acides aminés à chaîne ramifiée, le glutamate est beaucoup moins étudié que ceux-ci. L’objectif de ce projet de recherche était d’évaluer si le glutamate circulant représente un biomarqueur intéressant pour identifier les individus ayant une obésité abdominale/viscérale et un risque cardiométabolique augmenté. Dans une première étude portant sur 59 femmes en santé, nous avons montré que le glutamate circulant permettait, à lui seul, d’identifier 78% des femmes ayant une obésité viscérale (aire de tissu adipeux viscéral ≥100 cm2 ). Dans un deuxième article, nous avons étudié un échantillon de plus grande envergure (n=198) et comprenant les deux sexes. Nous avons alors montré que le glutamate circulant seul permettait d’identifier 90% des hommes et des femmes ayant une obésité abdominale et ~80% des personnes à haut risque cardiométabolique. Globalement, ces résultats indiquent que le glutamate circulant est un biomarqueur potentiellement intéressant et qu’il mérite des recherches plus approfondies. / The specific location where adipose tissue accumulates in the body is an important predictor of cardiometabolic health. Accumulation of fat in the abdominal and visceral region is particularly deleterious. In the last 10 years, development of omics sciences, notably metabolomics, has brought to light the circulating amino acid alterations associated with obesity and metabolic dysfunction. Branched-chain amino acids, namely leucine, isoleucine and valine, are certainly the most studied. Circulating levels of these three amino acids has been shown to be positively associated with obesity and to be predictive of long-term type 2 diabetes and cardiovascular diseases incidence. Glutamate is another amino acid circulating in the blood, and its level are elevated in obese and metabolically unhealthy individuals. Moreover, it is strongly associated with abdominal and visceral fat accumulation. Glutamate has been much less studied than the branched-chain amino acids, even though it is a by-product of their catabolism. The aim of the present project was to assess the potential of circulating glutamate level to identify individuals presenting abdominal/visceral obesity and a high cardiometabolic risk. In a first study of 59 healthy women, we showed that circulating glutamate had the ability to identify 78% of women presenting visceral obesity (visceral adipose tissue area ≥100 cm2 ). In a second study, we investigated a larger sample (n=198) which included both sexes. We showed that circulating glutamate was able to identify 90% of men and women with abdominal obesity and ~80% of individuals considered at high cardiometabolic risk. Overall, these results indicate that circulating glutamate represents a potentially interesting biomarker and deserves further investigation.

Pas de résumé disponible / Pas de résumé disponible

Le contrôle de la fabrication des structures cristallines des médicaments est un enjeu crucial pour l'industrie pharmaceutique. Plusieurs exemples ont montré qu'une mauvaise maîtrise du polymorphisme conduisait à des situations dramatiques. Récemment, une méthode permettant la maîtrise du polymorphisme de molécule organique dissoute en solution à l'aide de la polarisation d'un faisceau laser a été découverte aux Etats-Unis. Cette thèse étudie l’effet du laser sur des solutions aqueuses de molécules de glycine, L – (+) – histidine, D – (-) – et L – (+) – acide glutamique. Afin de réaliser l’étude, un montage expérimental a été construit permettant le contrôle de nombreux paramètres et une méthode spécifique de travail a été développée afin de limiter fortement l’aléa expérimental. Une étude multi-paramètres incluant l’effet comparé des polarisations linéaire et circulaire dans du H2O et du D2O de la nucléation induite par laser non-photochimique (NPLIN) de la glycine a été menée. Une étude préliminaire de l’effet du laser sur les solutions d'histidine et de l' acide glutamique a également été réalisée. Il est montré que le solvant est un facteur déterminant du contrôle du polymorphisme. Toutefois, la conjonction de la polarisation et de la concentration a une influence sur les polymorphes de glycine obtenus dans le H2O. Les résultats obtenus permettent de contribuer à la compréhension du mécanisme en améliorant l'hypothèse initiale de l'effet Kerr. / Polymorphism control of drug molecules is one the main challenges facing drug companies. Several examples have shown than an uncontrolled polymorphism crystallization could lead to dramatic situation. One the most recent progress in the polymorphism control is the unwanted discovery of polymorphic selective crystallization of organic molecule dissolved in solution based on the laser beam polarization. This thesis deals with the implantation of this method in France for the first time based on a methodology limiting experimental hazard and a special design experimental device dedicated to this study. This work is based on an important review of known results of the field and published for the first time. An important multifactor study was done on glycine, histidine and glutamic acid, which allows to improve knowledges on the putative initial mechanism based on the Kerr effect. It has been established that the solvent is the dominant factor, letting laser polarization as the third factor for polymorphism control after concentration.

Le glutamate (Glu) est le principal neurotransmetteur excitateur du système nerveux central. Ses analogues peuvent se comporter comme des ligands sélectifs et sont intéressants pour élucider le rôle spécifique des différents types de transporteurs ou de récepteurs du système glutamatergique. Ce travail avait pour objectif de synthétiser de nouveaux analogues fonctionnalisés du Glu en utilisant les aminotransférases en tant que biocatalyseurs de façon à convertir les analogues de l'acide 2-oxoglutarique (KG) en analogues du Glu. La plupart des analogues du KG se sont avéré substrats de l'Aspartate Aminotransférase d'E. coli (AspAT) permettant la préparation stéréosélective des analogues du Glu correspondants. Une étude de modélisation moléculaire a été réalisée afin d'expliquer la spécificité de substrat de l'AspAt. Quatre analogues se sont comportés comme des ligands sélectifs et offrent des perspectives pour le développement de nouveaux analogues actifs dans le système glutamatergique

Résumé : Grâce à des caractéristiques physiques particulières, le [indice supérieur 64]Cu (T[indice inférieur 1/2]= 12.7 h; β[indice supérieur+], 0.65 MeV [17.8 %]; β[indice supérieur −], 0.58 MeV [38.4 %]) est un candidat idéal pour l’imagerie TEP et la radiothérapie ciblée du cancer. Son utilisation est actuellement limitée par la disponibilité de chélateurs bi-fonctionnels (CBFs) offrant une résistance élevée aux réactions de transmétallation in vivo. Récemment nous avons développés deux nouveaux CBFs cycliques, DOTHA[indice inférieur 2] et NOTHA[indice inférieur 2], portant des ligands hydroxamates pour la complexation au [indice supérieur 64]Cu. Ces CBFs possèdent une cinétique de marquage rapide dans des conditions très douces, une stabilité élevée in vivo et un profil de biodistribution favorable avec une clairance rapide. Nous proposons maintenant d’étendre notre approche à la préparation de CBFs acycliques plus flexibles et compacts afin de moduler les propriétés biologiques et la pharmacocinétique des traceurs peptidiques. Le but de mon projet de maîtrise est de développer une série de chélateurs acycliques dérivés de l'histidine et de l'acide glutamique et fonctionalisés avec des groupements hydroxamates pour identifier un CBF offrant un complexe stable in vivo avec le [indice supérieur 64]Cu(II). Les CBFs ont été préparés en solution pour faciliter l’optimisation de chaque étape réactionnelle. Les groupements chélatants hydroxamates ont été sélectionnés pour leur habilité à former des complexes stables avec différents métaux et ils ont été liés en position N-terminale et sur la chaîne latérale des acides aminés grâce à des réactions de substitution nucléophile. Les groupements para-methoxy-benzyles ont été judicieusement sélectionnés pour la protection des groupements hydroxamates afin de faciliter, au besoin, une déprotection sélective sous des conditions très douces. L’optimisation du marquage a été effectuée avec l’isotope stable du cuivre et ensuite avec le [indice supérieur 64]Cu en faisant varier le contre ion métallique, le pH, la concentration, et la température. Le CBF offrant la plus grande stabilité, soit celui dérivé de l’histidine, a été conjugué à un peptide, le H[indice inférieur 2]N-PEG-[D-Tyr[indice supérieur 6],βAla[indice supérieur 11],Thi[indice supérieur 13],Nle[indice supérieur 14]]bombesin(6-14) (BBN), se liant fortement aux récepteurs de la relâche de la gastrine surexprimés dans les cancers du sein et de la prostate. La stabilité et l’activité spécifique du CBF-histidine et du radiotraceur marqués au [indice supérieur 64]Cu s’est avérée faible in vitro. Il est connu que l’activité antibactérienne de ligands hydroxamates est associée à leur capacité à complexer le fer. En perspective, comme nos chélateurs complexent très fortement le Fe(III), une alternative pour ces composés serait d’évaluer leur capacité à inhiber la croissance et la prolifération des bactéries. || Abstract : Thanks to its particular physical characteristics, [superscript 64]Cu (T[subscript ½= 12.7 h; β[superscript +], 0.65MeV [17.8 %]; β[superscript −], 0.58MeV [38.4 %]) is an ideal candidate for PET imaging and targeted cancer radiotherapy. Currently, its use is limited by the availability of bi-functional chelators (BFCs) which give high resistance to in vivo transmetallation reactions. Recently, we developed two new cyclic BFCs, DOTHA[subscript 2] and NOTHA[subscript 2], bearing hydroxamate pendant arms for the complexation with [superscript 64]Cu. Those BFCs have fast labeling kinetics under very mild conditions, a high in vivo stability and a biodistribution profile which is favorable with a fast clearance. Now, we propose to expand our approach to the preparation of acyclic BFCs, which are more flexible and compact, in order to better modulate biological properties and the pharmacokinetics of the peptidic tracers. The goal of my Master’s degree project is to develop a series of acyclic chelators derived from histidine and glutamic acid and functionalized with hydroxamate pendant arms to identify a BFC that shows highly stable in vivo complexes with [superscript 64]Cu(II). BFCs have been prepared in solution to facilitate the optimization of each reactive step. Hydroxamate chelating groups have been selected for their ability to form stable complexes with different metals and they have been conjugated in N-terminal position and on the lateral chain of amino acids via nucleophilic substitution reactions. Para-methoxy-benzyl groups have been judiciously selected for the protection of the hydroxamate groups to facilitate, if needed, a selective deprotection under mild conditions. The labeling optimization has been performed with a stable copper isotope, and then with [superscript 64]Cu varying the metallic counter-ion, pH, concentration and temperature. The BFC having the highest stability, the one derived from histidine, was conjugated to a peptide, H[subscript 2]N-PEG-[D-Tyr[superscript 6],βAla[superscript 11],Thi[superscript 13],Nle[superscript 14]]bombesin(6-14) (BBN), strongly bounding the gastrin releasing peptide receptor, which is overexpressed in breast and prostate cancers. Both the stability and specific activity of BFC-histidine of the radiotracer labeled with [superscript 64]Cu were low in vitro. It is known that the antibacterial activity of hydroxamate ligands is associated with their ability to complex iron. In perspective, because our hydroxamate ligands strongly complex Fe(III), an alternative for these compounds would be to assess their ability to inhibit the growth and proliferation of bacteria.

Des nanoparticules multifonctionnelles polymères, préparées par auto-assemblage de plusieurs dérivés du poly (L-glutamate de gamma-benzyle) (PBLG), ont été conçues afin d’assurer le ciblage des tissus osseux et la libération contrôlée de molécules actives. Des propriétés d'attachement aux tissus osseux leur ont été conférées par la présentation en surface de différents ligands ostéotropes, l'alendronate et l' acide poly(glutamique), seuls ou en combinaison. Leur affinité pour les tissus osseux a été évaluée in vivo ainsi que leur distribution fine dans ces tissus. Par ailleurs, des propriétés anticancéreux ont été conférées aux nanoparticules grâce à un mécanisme originale d’association du cisplatin par complexation. Le procédé mis en œuvre permet d’obtenir des cinétiques de libération très progressives de dérivés actifs du platine et déclenchée par la présence des ions chlorure. Enfin, leur cytotoxicité a été mesurée. Cette stratégie constitue donc une approche prometteuse en vue d’améliorer le traitement des métastases osseuses. / Multifunctional bone targeted polymeric nanoparticles prepared by self-assembly of several poly(gamma-benzyl-L-glutamate) (PBLG) derivates have been developed. Their bone binding properties were provided by two different osteotropic moieties, alendronate or/and poly(glutamic acid) exposed on the nanoparticle surface. Their affinity for bone tissues has been evaluated in vitro, ex vivo and in vivo, including their detailed distribution in bone tissues structures. Further, in view of bone cancer therapeutics, nanoparticles were provided with anticancer properties thanks to the complexation of cisplatin, which leaded to very well controlled release properties. Finally, cytotoxicity were studied. Therefore, this strategy constitute a promising approach for the improvement of bone cancer therapeutics.

Le repliement des protéines est principalement gouverné par les interactions spécifiques des structures secondaires. 1, 2 Toutefois, il existe expérimentalement peu d’informations sur les propriétés mécaniques fondamentales des hélices α et des feuillets β isolées. Les recherches antérieures sur l'étude du déploiement des hélices sont peu concluantes 3-5 et à notre connaissance l'étude des propriétés mécaniques d'un feuillet β isolé, intramoléculaire est sans précédent. Les copolymères PEG114-b-poly(L-lysine)134-(2-pyridyl disulfure),PEG114-b-poly(L-lysine)-b-PEG114 et poly(L-acide glutamique)85-b-(2-pyridyldisulfure) été synthétisés et utilisés comme systèmes modèles pour tester les propriétés mécaniques des motifs secondaires de type hélice α et feuillet β. Les résultats obtenus se sont révélés être en bon accord avec les résultats théoriques obtenus en utilisant un modèle statistique basé sur AGAGIR 6. La différence de force de déroulement comparant les hélices de poly(L-Lysine) ≈ 30 pN et de poly(L-acide glutamique) ≈ 20 pN des copolymères diblocs a été attribuée à l'hydrophobicité différente des chaînes latérales. La plus grande hydrophobie dumotif lysine conduit à de plus grandes interactions entre les chaînes latérales qui empêchent les fluctuations aléatoires au sein de l’hélice, et conduisent à une stabilité supérieure de l'hélice α. Lorsque les expériences ont été conduites dans des conditions favorisant la solubilité des chaînes latérales de lysine, les interactions ont diminué à une force de ≈ 20 pN, similaire à la force des interactions observées pour le poly(L-acide glutamique). Nous supposons qu'un minimum de ≈ 20 pN est nécessaire pour rompre la liaison hydrogène en maintenant l'hélice α, car cette force a été obtenue dans des conditions où les interactions de la chaîne latérale étaient minimisées. La présence de plateaux de force constants et d'inflexions correspondantes démontre une force de dépliement indépendante de la longueur, qui supporte un mécanisme de déroulement tour-par-tour pour l'hélice. De plus, la plus grande hydrophobie des chaînes latérales a été suggérée non seulement pour stabiliser la structure en hélice, mais également pour inhiber la formation d'une structure de type β-turn métastable intermédiaire lorsque les forces entropiques dominent. Des études préliminaires ont été effectuées sur le système de PEG114-bpoly(L-Lysine)134-(2-pyridyl disulfure) après induction d’une transition - β par un traitement thermique dans des conditions basiques. Une inflexion à une force≈ 70 pN a été obtenue, ce qui suggère la formation d'une interaction de type feuillet β. Une stratégie bottom-up a ainsi été proposée avec succès, démontrant le potentiel d'utilisation de tels systèmes artificiels pour simplifier et modéliser des systèmes biologiques réels. La compréhension de ces modèles isolés plus simples aidera sans doute la compréhension de systèmes plus complexes. / Proteins fold by the initial, preferential folding of secondarystructures 1, 2, however surprisingly little is known about the basic mechanicalproperties of isolated α-helices and β-sheets from an experimental standpoint.Previous investigations into studying the generic unfolding behaviour of α-heliceshave proved inconclusive 3-5, and to our knowledge the study of an isolated,intramolecular β-sheet is unprecedented.Bioinspired PEG114-b-poly(L-glutamic acid)85-(2-pyridyl disulphide),PEG114-b-poly(L-lysine)134-(2-pyridyl disulphide) and PEG114-b-poly(Llysine)134–b-PEG114 were designed, synthesized and utilized as model systems toprobe the mechanical properties of α-helix and β-sheet secondary motifs. Theobtained results were shown to be in good agreement with theoretical resultsobtained by utilizing a AGAGIR-based statistical mechanical model 6. Thedifference in unravelling force comparing the helices of poly(L-Lysine) ≈30 pNand poly(L-glutamic acid) ≈20 pN diblock copolymers was attributed to thediffering hydrophobicity of the side chains. The greater hydrophobicity of thelysine allowed greater interactions between the side chains and sterically hinderedrandom helix-coil fluctuations, which lead to a superior α-helix stability. Whenexperiments were conducted in conditions promoting the solubility of the lysineside chains, the interactions decreased to a force of ≈20 pN, similar to the force ofinteractions observed for the poly(L-glutamic acid). We infer that a minimum of≈20 pN is needed to rupture the hydrogen bonding maintaining the α-helix as thisforce was obtained in conditions where the side chain interactions wereminimized.The presence of constant force plateaus and corresponding inflectionsdemonstrates a length independent unfolding force, which supports a turn-by-turnunfolding mechanism for the α-helix.In addition, the greater hydrophobicity of the side chains was suggestedto not only stabilize the α-helix structure, but also to inhibit the formation of anintermediate metastable β-hairpin-like structure when entropic forces dominate.Preliminary studies were also conducted on the PEG114-b-poly(LLysine)134-(2-pyridyl disulphide) system after a α-β transition had been inducedby heat in basic conditions, where an inflection at a much higher force of ≈ 70 pNwas obtained suggesting the formation of a β-sheet interaction.A bottom-up, investigative strategy has thus been successfully proposeddemonstrating the potential of utilizing such artificial systems to simplify andexemplify real biological systems. The comprehension of these simpler isolatedmodels will no doubt aid the understanding of more complex systems.