Au cours de ce travail, la génération de second harmonique optique des molécules biologiques a été étudiée. Cette technique optique non linéaire possède un caractère cohérent qui permet d'accéder aux propriétés de symétrie des molécules dont la taille est très inférieure aux longueurs d'onde optiques visibles utilisées et l'hyperpolarisabilité quadratique des acides aminés aromatiques a été mesurée en solution par diffusion non linéaire. L'hyperpolarisabilité des acides aminés non aromatiques a été obtenue de manière indirecte grâce à des mesures effectuées sur le collagène, une protéine ne contenant pas d'acide aminé aromatique. Le collagène possède en fait une très forte réponse non linéaire et fait l'objet d'études intenses en microscopie optique non linéaire. Par un modèle de sommation cohérente des champs harmoniques réémis, l'origine de la très forte efficacité non linéaire de cette protéine, liée à sa grande rigidité et à son organisation spatiale en triple hélice, a pu être obtenue. En parallèle, l'étude de plusieurs petits peptides synthétiques possédant de un à quatre tryptophanes a permis de comprendre la construction de la réponse optique non linéaire de ces objets à partir de motifs répétés. Par ailleurs, pour apporter des informations supplémentaires sur les nano systèmes, un nouveau montage expérimental a été développé. La grande sensibilité du montage a permis notamment d'atteindre la sensibilité d'une seule particule dans le volume sondé et de mettre en place un système de cartographie en trois dimensions par diffusion Hyper Rayleigh. La démonstration a été réalisée pour des nanoparticules métalliques uniques d'argent piégées dans une matrice de gélatine.

La qualité nutritionnelle des protéines alimentaires dépend de deux paramètres clés : la digestibilité iléale vraie et l'utilisation métabolique des acides aminés (AA) absorbés. Les objectifs de cette étude étaient de déterminer l'influence de deux facteurs alimentaires (facteurs antinutritionnels et peptides) sur les flux iléaux de protéines endogènes; de valider la technique d'intubation utilisée chez l'homme pour prélever des effluents iléaux; de comparer le métabolisme postprandial d'AA alimentaires suivant leur forme d'ingestion; d'évaluer la validité du modèle porc pour prédire la digestibilité protéique chez l'homme. Les investigations se sont déroulées chez le rat, le porc et l'homme. Les effluents iléaux étaient collectés chez le rat après euthanasie, chez le porc vivant équipé d'une canule en aval de la valve iléo-caecal et chez l'homme conscient équipé d'une sonde naso-iléale. L'azote (N) et les AA endogènes iléaux étaient déterminés suite à un repas protéiprive (PP), un repas contenant de la caséine, intacte (C) ou hydrolysée (HC), marquée avec l'isotope stable 15N ou un repas à base d'AA libres (A) mimant la composition de la caséine et privé de certains AA non essentiels afin de mesurer directement leur flux endogènes. De plus, la centrifugation et ultrafiltration des effluents HC permettaient de déterminer les protéines endogènes iléales et le recyclage d'N alimentaire (15N). Les facteurs antinutritionnels issus d'un extrait brut de haricots (Phaseolus vulgaris), ingérés au niveau habituel de consommation chez l'homme, augmentaient les flux iléaux de protéines endogènes (rat, repas PP). Après adaptation au repas, le bilan azoté corporel per se n'avait pas d'influence sur les flux iléaux de protéines endogènes (rat, repas PF et A) mais les peptides alimentaires (repas HC) augmentaient les flux iléaux d'AA et N endogènes par rapport au repas PP. Les peptides alimentaires (HC), comparés aux peptides libérés naturellement dans l'intestin au cours de la digestion (C), n'augmentaient pas les flux iléaux de protéines endogènes (rat, porc, homme). Le recyclage d'N alimentaire dans les protéines endogènes était maximal chez le rat nourri en continu, plus faible chez le porc nourri en aigu et minimum chez l'homme nourri en aigu (respectivement : 65, 21 et 11%). Par ailleurs, ces recherches ont montré que l'intubation naso-iléale utilisée pour prélever des effluents iléaux chez l'homme était une méthode juste et que le porc était un modèle valide pour prédire la digestibilité iléale vraie chez l'homme. Enfin, la forme d'ingestion des AA alimentaires (HC ou C) influençaient le devenir métabolique des AA alimentaires, en particulier par rapport aux cinétiques de catabolisme des AA. Cependant, la valeur nutritionnelle était, au final, similaire pour HC et C.

Le virus de l'immunodéficience bovine (VIB) est un rétrovirus qui partage des propriétés similaires avec les autres lentivirus, dont le virus de l'immunodéficience humaine (VIH). L'expression des gènes lentiviraux dépend des protéines régulatrices virales Tat et Rev qui interviennent, dans le cycle de réplication virale, aux niveaux transcriptionnel et post-transcriptionnel, respectivement. Les longues répétitions terminales (LTR) du génome viral fournissent, quant à elles, les signaux d'initiation, d'amplification et de terminaison de la transcription. La protéine Tat, pour exercer son activité transactivatrice, interagit avec une séquence d'ARN appelée TAR ("transactivaton response element") présente sur tous les transcrits viraux. Tat recrute le facteur positif de l'élongation de la transcription b (pTEFb) au niveau du promoteur viral des LTR pour augmenter l'efficacité de transcription de l'ARN polymérase II. La protéine nucléaire Rev est impliquée dans le transport nucléo-cytoplasmique des ARN viraux mono- et non épissés. Récemment, une protéine hybride Tat/Rev constituée de 236 acides aminés (Tat 236) a été découverte à partir de virions isolés de la rate de lapins qui avaient été infectés trois ans auparavant, suggérant une évolution temporelle du virus in vivo. L'objectif de ce travail était de déterminer si des variations génétiques et/ou fonctionnelles pouvaient se retrouver dans d'autres parties du génome du variant du VIB impliquées dans la régulation de l'expression génique virale, notamment au niveau du LTR et du gène accessoire rev du VIB. Ainsi, en utilisant la technique d'amplification en chaîne des gènes (PCR), une séquence LTR mutante (LTRm) fut mise en évidence, démontrant la présence de trois mutations aux positions 191, 250 et 271 lorsque comparée à celle du LTR pré-infection obtenue du génome des virus ayant servi à l'infection des lapins. La séquence du LTR pré-infection était 100% identique à celle du LTR sauvage (LTRs) retrouvée dans la littérature. En utilisant un test de transactivation CAT in vitro avec la protéine Tat103 comme agent transactivateur, le LTRm démontra une activité promotrice d'au moins deux fois supérieure à celle obtenue avec le LTRs. Pour tenter d'associer ces mutations au nouveau caractère phénotypique de LTRm, des mutants de restauration furent développés par PCR-mutagenèse pour revenir au phénotype LTRs. L'ensemble des résultats obtenus suggère que les mutations en positions 250 et 271 seraient impliquées dans l'activité promotrice augmentée de LTRm. Finalement, l'analyse de séquences du gène rev pré- et post- infection a montré deux mutations aux positions 48 (Val → Ile) et 76 (Pro → Leu), la dernière étant localisée dans un domaine riche en arginine. Fait intéressant, la mutation à la position 76 avait aussi été rapportée auparavant dans la portion Rev de Tat236. Les résultats obtenus suggèrent une évolution temporelle du VIB dans le cours d'infections in vivo au niveau du LTR et du gène rev, similaire à celle antérieurement décrite pour le gène tat. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : lentivirus, région du LTR, gène rev, diversité génétique

Les mécanismes de complexation et d'accumulation des radionucléides au niveau cellulaire et moléculaire sont complexes et mal connus car les études sur ces sujets sont peu nombreuses. Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié les interactions de l'europium (analogue des actinides trivalents) et d'un actinide : l'uranium (VI), avec des molécules biologiques d'intérêt : les phytochélatines. Leur rôle est de protéger les cellules contre les intrusions de métaux lourds non essentiels (donc toxiques). Ces protéines sont donc susceptibles d'être impliquées dans les mécanismes de séquestration des radionucléides chez le vivant. Elles ont toutefois une structure complexe, c'est pourquoi, afin de mieux comprendre leur réactivité, nous avons étendu nos études aux sous entités qui les constituent (acides aminés et glutathion). <br />Nous avons en particulier déterminé la spéciation en solution (stoechiométrie, structure) ainsi que les constantes d'équilibre associées à la formation de ces espèces. Ces études ont été menées par Spectrofluorimétrie Laser à Résolution Temporelle (SLRT), ElectroSpray-Spectrométrie de Masse (ES-SM), Résonance Magnétique Nucléaire (RMN), spectroscopie Infra-Rouge à Transformée de Fourier (IRTF) et Spectroscopie d'Absorption X (EXAFS). La détermination des constantes d'équilibre nous a permis de conclure que le pouvoir complexant de ces molécules vis-à-vis des radionucléides était modéré (log10K1 < 3, à pH 3 ou 6), les espèces formées sont mononucléaires avec une seule molécule de ligand (1:1). L'interaction se fait via les groupements durs (oxygénés). La complexation directe de l'europium par des molécules de phytochélatines à pH acide a été étudiée conjointement par SLRT et ES-SM. Le pouvoir complexant de ces molécules est bien supérieur à celui du GSH dont elles sont pourtant issues. Outre les travaux menés sur des solutions synthétiques reproduisant les conditions « biologiques » (pH proche de la neutralité, force ionique 0,1 mol/L, etc.), des tests de contamination cellulaire ont été réalisés. La quantification de l'europium intégré a montré que celles-ci sont capables d'incorporer significativement l'europium.

L'intérêt des composés organiques fluorés est de nos jours de plus en plus important en raison de leur large domaine d'application (agrochimie, nucléaire, matériaux, chimie médicinale...). Par exemple, en chimie médicinale, la présence d'un ou plusieurs atomes de fluor au sein de biomolécules conduit très souvent à une amélioration de leur profil thérapeutique. Par ailleurs, le cyclopropane, le plus petit et le plus tendu des cycloalcanes, permet également de modifier les caractéristiques pharmacologiques de composés biologiques de par sa géométrie inhabituelle. En effet, la rigidification structurale apportée par ce motif influe sur la biodisponibilité d'une biomolécule en améliorant sa sélectivité et son affinité pour un récepteur biologique. Dans ce contexte, nous avons choisi d'associer les propriétés remarquables de l'atome de fluor à la contrainte structurale du cyclopropane dans le but d'élaborer deux nouvelles classes de fluoropeptidomimétiques.Tout d'abord, nous nous sommes intéressés à la modification de la chaîne latérale d'acides aminés naturels en développant la synthèse des analogues cyclopropaniques fluorés de la méthionine, de la leucine, de la lysine et de l'arginine. Nous avons ensuite appliqué l'un de nos acides aminés cyclopropaniques fluorés à la synthèse totale de l'analogue fluoré d'un inhibiteur de la sérineprotéase NS3/4A, le TMC 435.Enfin, dans le but de proposer une voie de synthèse générale permettant l'accès aux pseudopeptides fluorés comportant un monofluorocyclopropane à la place du lien peptidique, nous avons développé une nouvelle stratégie basée sur une étape d'addition nucléophile de réactifs organométalliques sur des N-(tert-butanesulfinyl)-α-fluoroimines chirales.

Thèse diffusée initialement dans le cadre d'un projet pilote des Presses de l'Université de Montréal/Centre d'édition numérique UdeM (1997-2008) avec l'autorisation de l'auteur.

L’intercalation de molécules organiques dans les Hydroxydes Doubles Lamellaires conduit à la formation d’hybrides organo-minéraux lamellaires aux propriétés originales. La valorisation de ces matériaux pour des applications diverses nécessite d’une part, le développement d’une méthode de synthèse simple et efficace pour garantir la pureté des hybrides, et d’autre part, d’établir les relations composition-structure (feuillet cationique, anion et eau interfoliaire). C’est pour atteindre ces deux objectifs, que nous avons menés les travaux présentés dans ce mémoire. La stratégie de synthèse adoptée dans ce travail de thèse nous a permis d’obtenir des taux d’intercalation meilleurs que ceux obtenus par les autres méthodes (coprécipitation, reconstruction, etc.) pour des molécules organiques simples (acides dicarboxyliques) ainsi que pour des molécules plus complexes (acides aminés et oligopeptides). Les acides aminés sont classés en trois groupes selon leur taux d’intercalation, qui est influencé par la chaîne latérale des acides aminés. Ainsi, la distance interfoliaire et les défauts d’empilements augmentent avec la longueur de la chaîne, alors que la diminution de la charge du feuillet contribue à la contraction du domaine interfoliaire et à une meilleure structuration du matériau, en lien avec l’orientation des anions. On peut noter que l’effet de la charge du feuillet sur la distance interfoliaire pour les hybrides est l’inverse de celui observé pour les anions inorganiques. L’hydratation du matériau joue également un rôle clé sur l’orientation des anions interfoliaires et la structuration du matériau. Ainsi, la déshydratation du matériau favorise les orientations couchées des anions en augmentant les interactions anion-feuillet, ce qui augmente la stabilité de l’hybride et favorise sa structuration. Nous avons également montré que la présence des groupements amine favorise les interactions anion-feuillet. Aussi, le changement d’orientation des acides aminés intercalés nécessite une exposition des matériaux à des humidités relatives plus élevées que pour les anions dicarboxylates. En outre, nous avons vérifié l’intercalation préférentielle des anions avec des densités de charge élevées. En conséquence, les acides aminés se retrouvent intercalés sous forme totalement déprotonée quelle que soit la charge du feuillet. Enfin, ce mémoire propose une ouverture sur la réactivité des hybrides synthétisés. Celle-ci est abordée au travers d’exemples portant sur la décomposition d’espèces en milieu confiné et sur l’interaction avec le CO2 atmosphérique / The intercalation of organic molecules within the interlayer domain of Layered Double Hydroxides leads to the formation of organo-mineral hybrids with original properties. The industrial applications of these materials requires on one hand to develop a simple and efficient method of synthesis to ensure a high purity of these hybrids, and on the other hand to establish their structure-composition relationships (cationic layer, anion, and interlayer water). These are the objectives that motivated the work presented in this manuscript. The strategy of synthesis adopted in this work, allowed us to obtain higher rates of intercalation than those obtained by other methods (coprecipitation, reconstruction, etc.), for simple organic molecules (dicarboxylic acids) as well as for more complex molecules (amino acids and oligopeptides). The amino acids are classified into three groups according to their rate of intercalation, which is influenced by the nature of their side chain. Additionally, the interlayer distance and stacking faults are influenced by the length of the molecular chain and by the anion orientation which in turn depends on the density charge of the layer. Interestingly, the effect of the density charge on the interlayer distance for the hybrids is the opposite of what is observed for the inorganic anions. The hydration state of the system plays also a key role in the reorientation of the interlayer anions and on the material structuring. In particular, the dehydration of the material promotes lying orientations of the interlayer anions in the order to maximize the anion-layer interactions. This enhances the stability of the material and reduces the number of stacking faults. We have also showed that the presence of amino groups strengthens the anion-layer interactions and the reorientation of the anions occurs at higher humidity compared to dicarboxylate anions. Furthermore, we have verified the preferential intercalation of anion species with high charge densities. Therefore, the intercalated amino acids are found totally deprotonated in the interlayer domain regardless of the layer charge density. Finally, the reactivity of the hybrids is probed through two examples, one dealing with the thermal decomposition of the intercalated anions in confined medium, and the other dealing with their interaction with atmospheric CO2

Ce travail décrit la synthèse, l’étude structurale et une première évaluation des propriétés biologiques d’une nouvelle famille de mimes de l’arginine issus de motifs pyridine et pyrazine. Pour cela, nous avons mis au point la synthèse de nouveaux peptidomimétiques dans lequels la fonction amidine est remplacée par une amidoxime mime potentiel du résidu arginine. La fonctionnalisation chimique de ces motifs a permis à partir de la pyridine (ou pyrazine) 2,3-disubstituée l’obtention de nouveaux coudes non-peptidiques possédant des motifs amidoximes estérifiés par des acides aminés ou modifiés par des hydrazides d'acides aminés, des N-acylamidrazones et des résidus de 1,2,4-oxadiazole et de 1,2,4-triazole. L’analyse structurale réalisée par RMN, IR, modélisation moléculaire et par XRD a confirmé les propriétés des hétérocycles pyridine et pyrazine, en particulier dans la stabilisation des conformations et le noyau pyrazine qui semble jouer un rôle essentiel sur la stabilisation de la conformation. L’étude d'un nouveau pseudotripeptide à base de pyrazine-ProlylPhenylalanine a révélé la formation d'une liaison hydrogène entre le proton du groupe OH et l'oxygène du carbonyle de la phénylalanine C-terminale. La liaison hydrogène, ferme un pseudocycle à 7 atomes (C7). De plus, une augmentation considérable du rotamère trans (jusqu'à 98%) dans un solvant faiblement polaire (CHCl3) a été observée. Enfin, les premières amidoximes testées ont permis de révéler la libération de NO en concentration suffisante pour produire un effet pharmacologique / This work describes the synthesis, structural study and preliminary biological evaluation of new variety of pyridine and pyrazine-based arginine mimics. Initially, we have developed a convenient synthesis of new peptidomimetics with amidoxime function as a replacement of amidine one. The latter can imitate arginine residue in biological structures. Chemical functionalization of these scaffolds led to novel 2,3-disubstituted pyridine(pyrazine) turn structures bearing amidoximes esterified with amino acid or modified with amino acid hydrazides, N-acylamidrazones, 1,2,4-oxadiazole and 1,2,4-triazole residues. Additionally, all structures were analyzed by NMR, IR, molecular modelling and XRD. Conformational studies confirmed that pyridine and pyrazine heterocycles can be used to increase rigidity and the pyrazine core has stronger effect on conformation stabilization. Examination of a new ProPhe pyrazine-based pseudotripeptide revealed the hydrogen bond formation between the proton of the OH and the carbonyl oxygen of the C-terminal phenylalanine. This hydrogen bond adopts a seven-membered ?-turn conformation. Therefore, a dramatic increase of the trans rotamer up to 98% was observed in weakly polar solvent, which is CHCl3. Finally, preliminary results of the NO release assay on amidoximes demonstrated sufficient values for pharmacological effect

Les travaux présentés dans ce manuscrit s’inscrivent dans le contexte général de l’essor de la biocatalyse et de son utilisation en synthèse organique. Le thème principal porte sur l’étude et le développement de différentes voies d’accès stéréosélectives à des acides alpha-aminés bêta-hydroxylés substitués. L’utilisation d’un biocatalyseur permettant d’accéder à des acides alpha-aminés bêta-hydroxylés par une aldolisation entre la glycine et divers aldéhydes, en présence de phosphate de pyridoxal, a été étudiée. Des aldéhydes aliphatiques, aromatiques et hétéroaromatiques ont pu être impliqués avec succès comme partenaires électrophiles dans ces réactions qui permettent un excellent contrôle de la configuration du carbone asymétrique créé en alpha du groupe carbonyle mais s’effectuent généralement avec des diastéréosélectivités plus modestes. Par ailleurs, un dédoublement cinétique enzymatique d’esters alpha,bêta-dihydroxylés, précurseurs d’acides alpha-aminés bêta-hydroxylés substitués en alpha, a été étudié. La méthode développée repose sur la monoacylation d’esters alpha,bêta-dihydroxylés, acycliques ou cycliques, en présence d’une lipase et d’un donneur d’acyle. De façon indépendante, la mise au point de séquences réactionnelles monotopes faisant intervenir une étape d’oxydation biocatalytique a été étudiée pour accéder à des composés aminés hautement fonctionnalisés. / The research work presented in this manuscript pertains to the field of biocatalysis and some applications in organic synthesis. The main subject is the development of stereoselective synthetic methods allowing access to substituted alpha-amino beta-hydroxy acids. The use of a biocatalyst enabling the preparation of optically enriched alpha-amino beta-hydroxy acids in a single step from glycine by an aldol reaction, in the presence of pyridoxal phosphate, was investigated. Aliphatic, aromatic and heteroaromatic aldehydes could be successfully used as electrophilic partners in such reactions that allow an excellent control of the stereocenter created at the alpha position of the carbonyl group whereas moderate levels of diastereoselectivity were generally observed. The enzymatic kinetic resolution of acyclic or cyclic alpha,beta-dihydroxy esters, which are precursors of alpha-substituted alpha-amino beta-hydroxy acids, was also achieved by monoacylation in the presence of a lipase and an acyl donor. Independently, a one-pot sequence involving a biocatalytic oxidation was developed to access highly functionalized nitrogen containing compounds.

Le développement anarchique de tumeurs peut conduire à la formation de régions hypoxiques carencées en nutriments. A cause de l’instabilité génétique des cellules cancéreuses, certaines peuvent développer des résistances à ces conditions proapoptotiques. Parmi ces mécanismes de résistance, ceux impliqués dans la survie des cellules face à la carence prolongée en acides aminés n’ont pas été élucidés. La carence en acides aminés est particulièrement délétère pour les cellules de par leur importance dans le métabolisme cellulaire et l’impossibilité pour 9 d’entre eux d’être synthétisée de novo. L’objectif de ce travail était de déterminer les mécanismes permettant aux cellules cancéreuses de survivre face à la carence prolongée en acides aminés. Pour cela, nous avons développé un outil cellulaire par génétique fonctionnelle. Des fibroblastes embryonnaires de souris ont été soumis à une pression de sélection en les cultivant dans un milieu fortement carencé en acides aminés pendant plusieurs mois. Des clones capables de survivre et de proliférer dans ce milieu ont été générés. Le travail de thèse a d’abord consisté à caractériser la résistance de plusieurs clones à la carence en acides aminés et notamment, les voies de signalisation régulées par cette situation. Parmi ces dernières, nous avons pu observer que les clones par rapport aux cellules parentales présentaient une altération de la voie GCN2, et plus précisément, une sous-expression d’un des acteurs majeurs de cette voie, la protéine ATF4. Par des expériences de shRNA, nous avons pu mettre en évidence que cette sous-expression favorisait la survie des clones en milieu carencé en acides aminés. L’association entre survie et sous-expression d’ATF4 a également pu être faite dans une lignée de cancer du pancréas, BxPC-3. En rétablissant l’expression d’ATF4, les cellules résistantes redevenaient sensibles aux effets apoptotiques de la carence en acides aminés, confirmant le rôle apoptotique d’ATF4 lors de carence en acides aminés prolongée. Nous nous sommes également intéressés aux mécanismes que les cellules utilisaient pour se fournir en acides aminés à partir des protéines du milieu extracellulaire. Nous avons pu identifier qu’une des lignées de clones présentait un fort niveau de macropinocytose et que son inhibition lors de carence en acides aminés diminuait ses capacités de survie lors de carences en acides aminés. Notre approche a ainsi pu mettre en évidence des mécanismes de résistances des cellules à la carence en acides aminés. Ces mécanismes ont ensuite pu être observés dans des lignées cancéreuses, confirmant la pertinence de notre modèle pour l’identification de tels mécanismes. / Tumor development can be characterized by the formation of hypoxic area deprived in nutrients. Due to their genetic instability, tumor cells can become resistant to this apoptotic condition. Among the resistance mechanisms, those involved in cell survival against amino acids restriction is poorly known. Amino acids deprivation is particularly deleterious as nine of them cannot be synthetized de novo. The aim of this work was to identify the mechanisms by which tumor cells can survive to long-term amino acids deprivation. For that purpose, we exerted a selective pressure on mouse embryonic fibroblast by exposing them to amino acids deprivation for several months. We generated clones able to survive and proliferate in deprived amino acids medium. Firstly, we characterized the capacity of proliferation and survival of several resistant clones in amino acid deprivation condition. Secondly, we studied several signaling pathways which are regulated during this condition. We have found that every clones present an alteration of the GCN2 pathway, and notably, a low expression of its major actor, the protein ATF4, when compared to the parental cells. We have shown with shRNA experiment that this underexpression promotes cell survival during amino acid deprivation. The association between decreased expression of ATF4 and better survival in amino acid deprivation condition was also found in a pancreatic cancer cell line, BxPC-3. ATF4 overexpression in this resistant cell line restores the apoptotic effect of ATF4 during amino acid deprivation. We have also studied how cells can provide themselves in amino acids from the extracellular environment. We have observed that one of the clone cell line presents a high level of macropinocytosis and that, the inhibition of this mechanism decreases its survival during amino acid deprivation. Thanks to our approach, we were able to highlight mechanisms which confers to cell resistance to amino acid deprivation. By observing those mechanisms in cancer cell lines, we confirmed the relevance of our approach to identify such mechanisms.