Cette thèse est fondée sur le développement de nouvelles méthodes de criblage et d’analyse appliquées aux extraits naturels. Le premier axe de ce travail a consisté à isoler une molécule très minoritaire dans un mélange réactionnel de synthèse biomimétique en utilisant entre autre la chromatographie de partage centrifuge (CPC) en mode pH-zone refining. Nous avons pu isoler la nitrarine avec un rendement de 0,04% en permettant de valider le mécanisme proposé pour sa synthèse biomimétique.Le deuxième axe de ce projet est consacré à l’identification par fractionnement bioguidé, dans les graines de Mucuna pruriens (une plante de la pharmacopée traditionnelle indienne), des molécules responsables de la synergie thérapeutique antiparkinsonienne mise en évidence dans la littérature par des essais in vivo et cliniques. L’extrait hydro-alcoolique de graines de Mucuna pruriens a été fractionné par chromatographie sur colonne de gel de silice, puis les fractions obtenues ont été évaluée in vitro sur plusieurs cibles biologiques : enzymes de dégradation de la dopamine (MAO, COMT), et une enzyme de sa synthèse endogène (DDC). Nous avons développé une méthodes de détection d’une activité d’inhibition de ces enzymes par spectrométrie de masse. À partir des fractions identifiées comme étant actives, nous avons isolé et identifié une vingtaine de molécules, parmi lesquelles une dizaine sont nouvellement décrites. Il a été nécessaire de synthétiser certaines d'entre elles en raison de la quantité nécessaire aux essais biologiques. Certaines de ces molécules ont montré une activité inhibitrice intéressante sur la COMT / This thesis is based on the development of new methods of screening and analysis applied to natural extracts.The first axis of this work consisted in isolating a minoritary molecule in a reaction mixture of a biomimetic synthesis using different techniques including centrifugal partition chromatography (CPC) in pH-zone refining mode. We were able to isolate the nitrarine with a yield of 0.04%, thus allowing to validate the proposed mechanism of its biomimetic synthesis.The second axis of this project is dedicated to the identification in the seeds of Mucuna pruriens (a plant of Indian traditional pharmacopoeia), by bioguided fractionation, the molecules responsible for the antiparkinsonian synergy demonstrated by in vivo studies and clinical trials. For this purpose, the hydroalcoholic extract of M. pruriens seeds was fractionated by chromatography on a silica gel column and the obtained fractions were evaluated in vitro on various biological targets: the dopamine-degrading enzymes (MAO, COMT) and an enzyme implicated in its endogenous synthesis (DDC). Moreover, we have developed a method to detect by mass spectrometry fractions or compounds having an inhibitory activity on these enzymes. From fractions identified as active, we isolated and identified about twenty molecules, from which a dozen are newly described. On the other hand, it was necessary to synthetize some of them due to the amount required by bioassays. Some of these molecules have shown an interesting inhibitory activity against the COMT enzyme

Le noyau pipéridine est un des motifs les plus courant dans les produits naturels et pharmaceutiques ce qui explique que la synthèse énantiosélective de piperidines polyfonctionnalisées soit un domaine particulièrement dynamique. De par sa capacité à associer une fonction amine à un groupement carbonylé, la réaction de Mannich est un outil efficace pour former une liaison C-C de manière énantiosélective tandis que la réaction d’hydroamination intramoléculaire d’alcynes est pratique pour construire des hétérocycles azotés par formation de liaisons C-N. Dans cette thèse, nous avons combiné ces deux stratégies pour former de manière concise et énantiosélective des pipéridines polysusbstituées. Un couplage énantiosélectif de Mannich anti-sélectif fut employé pour préparer des amines chirales contenant une fonction alcyne connectée à un noyau aromatique riche en électrons. En présence d’acide de Brønsted, une réaction d’hydroamination cyclisante eut lieu démontrant une réactivité arylogue d’ynolethers et d’ynamines, la régiosélectivité de la cyclisation dépendant fortement de la densité électronique de l’alcyne. Ainsi lorsque la densité électronique est insuffisante, des pyrrolidines à cinq chainons furent obtenus tandis que lorsque la densité électronique est élevée des piperidines furent isolées, illustrant la passage d’une activation de triple liaison par liaison hydrogène à sa protonation. A partir des tetrahydropyridines et piperidines, une étude fut lancée dans le but d’achever la première synthèse totale énantiosélective du produit naturel koumine, un alcaloïde de type Gelsemium. / Piperidine ring is one of the most common heterocycles in natural products and the motif is especially well represented in pharmaceuticals. Consequently, enantioselective synthesis of multi-substituted piperidines is an important topic of investigation. For the synthesis of nitrogen-containing compounds, asymmetric Mannich coupling is a useful strategy while intramolecular hydroamination of alkynes is a practical route to construct N-heterocyclic products. In this thesis, the two strategies were combined. anti-Selective enantioselective Mannich reactions were thus employed to prepare chiral arylalkynyl amines. Connected to various aromatics, the reactivity of the triple bond was then studied in the framework of the intramolecular hydroamination reaction promoted with Brønsted acid. It was shown that depending on the electronic density of the alkyne, these adducts were converted into 5- or 6-membered rings, highlighting the balance between H-bonding and protonation. Tetrahydropyridines and piperidines were thus obtained with high regio-, diastereo-, and enantioselectivity and further functionalizations were also investigated in view of the first enantioselective total synthesis of Gelsemium alkaloid koumine.

La pléiocarpamine est un alcaloïde indolo-monoterpénique de la famille des mavacurans. L’intérêt de cette substance naturelle réside dans sa capacité d’assemblage avec divers alcaloïdes indoliques donnant lieu à des bisindoles de structures complexes possédant des activités biologiques significatives. Plusieurs stratégies ont été étudiées pour la synthèse totale de ce composé pentacyclique. Notamment, la contraction d’un cétolactame a été envisagée pour la formation du cycle E. De manière inattendue, cette stratégie a conduit à la première synthèse totale de la (–)-17-nor-excelsinisine, un alcaloïde zwitterionique avec des activités antivirales. En parallèle, cette substance naturelle a été obtenue par cyclisation oxydante bioinspirée entre le formylester et l’atome d’azote aliphatique de la geissoschizine. La quaternarisation de ce dernier a ensuite permis de guider la chimiosélectivité de cette réaction vers le noyau indolique. Ainsi le couplage oxydant avec l’atome d’azote indolique a généré la liaison signature des mavacurans. Grâce à cette stratégie, plusieurs alcaloïdes de cette famille : (+)-taberdivarine H, (+)-16-hydroxyméthyl-pléiocarpamine et (+)-16-épi-pléiocarpamine, ont été synthétisés. Par la suite, une synthèse totale racémique de cette dernière a également été réalisée en seulement neuf étapes grâce à l’addition 1,4 intermoléculaire diastéréosélective d’un iodure de vinyle sur un indolylacrylate tétracyclique et à la fermeture finale du cycle D par substitution nucléophile. Le développement d’une version énantiosélective a été initié. Finalement, une étude a été réalisée pour la synthèse de la pycnanthinine, un bisindole dérivé de la pléiocarpamine. / Pleiocarpamine is a monoterpene indole alkaloid of the mavacuran family. The main interest of this natural product is its ability to assemble with various indole alkaloids to give structurally complex bisindoles with significant biological activities. Several strategies have been studied for the total synthesis of this pentacyclic compound. Especially, the ring contraction of a ketolactam was contemplated for E-ring formation. Unexpectedly, this strategy led to the first total synthesis of (–)-17-nor-excelsinisine, a zwitterionic alkaloid with antiviral activities. Simultaneously, this natural product was obtained via a bioinspired oxidative cyclization between the formylester and the aliphatic nitrogen atom of geissoschizine. Quaternarization of the latter allowed to guide the reaction chemoselectivity towards the indole nucleus. Therefore the oxidative coupling with the indolic nitrogen atom etablished the signature bond of the mavacurans. Thanks to this strategy, several alkaloids of this family: (+)-taberdivarine H, (+)-16-hydroxymethyl-pleiocarpamine and (+)-16-epi-pleiocarpamine, were synthetized. Subsequently, a racemic total synthesis of the latter was completed in only nine steps via a diastereoselective intermolecular 1,4 addition of a vinyl iodide into a tetracyclic indolylacrylate and a final D-ring closure by nucleophilic substitution. The development of an enantioselective version has been initiated. Finally, a study was performed for the assembly of pycnanthinine, a pleiocarpamine-derived bisindole.

Les allocolchicinoïdes constituent une famille de composés présentant un système tricyclique de 6, 7 et 6 carbones respectivement, dont le premier cycle est hautement oxygéné. Plusieurs membres de cette famille possèdent des propriétés biologiques intéressantes. Leurs propriétés anticancéreuses envers une variété de lignées cancéreuses résistantes ont augmenté l'intérêt pour ce type de composé depuis quelques années. Afin d'exploiter des résultats novateurs obtenus récemment dans notre laboratoire, notre groupe de recherche s'est attaqué à la synthèse d'analogues d'allocolchicinoïdes. Celle-ci fait intervenir, comme étapes clés, un couplage de Suzuki menant à des o-aminométhylbiphényles ainsi qu'une cyclisation énantiosélective 7-exo-tet provenant d'une réaction de lithiation-substitution utilisant un complexe chiral BuLi?ligand. Dans ce contexte, une librairie de ligands chiraux a été synthétisée. Les résultats pour l'affinité de ces ligands envers différents métaux ainsi que les résultats préliminaires en synthèse énantiosélective seront présentés dans cette thèse.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre de l’étude de la relation structure-activité d’analogues de ligands naturels de récepteurs nicotiniques et purinergiques. Ce travail se divise en deux parties.<p><p>Dans la première partie de cette thèse, nous avons réalisé la synthèse d’analogues de la 11-homosédinone, alcaloïde isolé de la plante Sedum acre, qui présente une activité agoniste sur différents récepteurs nicotiniques du système nerveux central. Les différents analogues ont été synthétisé par application de la méthoxylation anodique pour introduire succesivement deux substituants en postion 2 et 6 d’un noyau pipéridinique. Les analogues synthétisés se différencient par la nature du noyau aromatique, la présence d’un groupement méthyle sur l’atome d’azote de la pipéridine et l’oxydation du sustituant en position 2. Ce travail a notamment permis de montré l’importance du groupement N-méthyle vis-à-vis de l’activité des analogues. Nous avons également pu mettre en évidence que l’introduction d’un halogène sur le noyau aromatique diminuait l’activité de l’analogue sur le récepteur a7 tout en augmentant l’acitivité sur le récepteur a4b2 et que l’introduction d’un noyau furanique permettait d’augmenter la sélectivité vis-à-vis du récepteur a4b2 tandis que l’introduction sur le noyau aromatique d’un groupement nitro ou méthoxy conduit à une perte totale de l’activité.<p><p>Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons réalisé la synthèse d’analogues de la dATP, afin d’évaluer leur effet agoniste sur le récepteur P2Y11, impliqué dans différents mécanismes de différentiation cellulaire, dont notamment celui de la maturation des cellules leucémiques HL60 en cellules de type neutrophile. Les analogues synthétisés se différencient de la dATP par la présence d’un groupement méthylène ou dichlorométhylène entre les phosphores b et g de la chaîne polyphosphate, ainsi que par l’estérification de l’alcool en position 3’ du sucre. Ce travail a pu confirmer que les analogues en série 2’-désoxy conduisent à de meilleures activités que ceux de la série 2’-OH. Nous avons également pu montrer que l’estérification de la position 3’ conduit à une diminution de l’activité agoniste, à l’exception du groupement a-naphtoyle qui conduit à une augmentation significative de l’activité sur P2Y11.<p><p> / Doctorat en sciences, Spécialisation chimie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La désymétrisation d’arylcyclohexa-2,5-diènes est une méthode très efficace pour obtenir en une seule étape des squelettes complexes à partir de synthons simples. Lors de cette thèse, une nouvelle approche à la synthèse d’arylcyclohexadiènes porteur d’un centre quaternaire a été développée. L’une des structures synthétisées par cette voie a ensuite été désymétrisée par une réaction d’hydroamination diastéréosélective, nous permettant de réaliser la première synthèse énantiosélective de l’épi-Elwesine. Notre démarche s’est ensuite orientée vers la synthèse et la désymétrisation de nouveaux types de diènes spirocycliques de type oxindoles. La présence dans ces diènes de deux faces très différenciées nous a permis de réaliser des processus complètement diastéréosélectifs. De plus une nouvelle séquence réarrangement-alkylation a été mise au point, nous permettant d’accéder efficacement à des squelettes de type phénanthridinones de façon régio- et diastéréosélective. / The desymmetrization of arylcyclohexa-2,5-dienes is a powerful method to synthesize complex structures from simple synthons in a single step. We first developed a new protocol to obtain arylcyclohexa-2,5-dienes bearing a quaternary center. One of these structures was desymmetrized via a diastereoselective hydroamination and further elaborated into epi-Elwesine, an Amaryllidaceae alkaloid. We next turned our attention towards the synthesis and desymmetrization of spirocyclic cyclohexadienes. Diastereoselective processes were carried out due to the presence of two well- differentiated faces. A new rearrangement-alkylation process was developed and provides efficient access to phenanthridinones regio- and diastereoselectively.

Les bactéries qui sont des sources prolifiques d'antibiotiques et des fournisseurs importants d’agents pharmaceutiques peuvent produire une grande variété de métabolites. Ainsi, la découverte de métabolites issus bactéries est un nouveau challenge pour les chimistes. Parmi ces sources, les lichens sont admis comme niches intéressantes de nouvelles bactéries et de nouveaux composés bactériens. Par conséquent, les communautés de micro-organismes associées aux lichens sont devenues des sources prometteuses pour la production de composés naturels actifs. Dans cette thèse, nous avons concentré notre travail sur l'isolement des bactéries de Rhizocarpon geogaphicum, l'un des lichens crustacés les plus populaires vivant sur la roche. Parmi les souches isolées, Paenibacillus odorifer a été sélectionnée pour poursuivre les travaux visant à produire des composés actifs. Après des étapes d’optimisation de culture, l’étude des extraits issus des cultures de P. odorifer soit par le bioréacteur soit en Erlenmeyer a permis l’isolement des métabolites : un polysaccharide antioxydant, deux dérivés tert-butylphénoliques cytotoxiques issus de la bioaccumulation et de la biotransformation de précurseurs, d'un nouvel alcaloïde cytotoxique, de deux diols, de deux dérivés de type furfural et quelques autres composés connus. Des hypothèses de biosynthèse ont pu être proposés pour certains composés. La diversité des métabolites isolés de P. odorifer indique que cette espèce possède un grand potentiel de production des composés actifs et est une bactérie utilisatrice de substrats tert-butyl phénoliques. / Bacteria which are prolific sources of antibiotics and important suppliers to the pharmaceutical agents can produce a wide variety of metabolites. Thus finding metabolites from the bacterial lineages represented new interests for chemists. Among that, lichens are admitted as a rich source of new bacterial lineages and novel bacterial compounds. Therefore, microorganism communities associated with lichens became significant subjects as great potential for the production of active natural compounds. In this thesis, we focus our work on the isolation of bacterial lineages from the lichen Rhizocarpon geographicum, one of the most popular crustose lichens dwelling on the rock. Among the strains isolated, Paenibacillus odorifer was selected for further work to produce active compounds. After the culture optimization steps, the study of extracts from the P. odorifer cultures either in the bioreactor or in Erlenmeyer flask led to the production of metabolites: an antioxidant polysaccharide, two cytotoxic tert-butylphenol derivatives which came from the bioaccumulation and biotransformation of precursors, a novel and cytotoxic alkaloid compound, two diol compounds, two furfural derivatives and some other known compounds. Putative biosynthetic pathways have been proposed for some compounds. The diversity of metabolites isolated from P. odorifer highlighted that this species possessed a great potential of the production active compounds and were a new case of tert-butyl phenol utilizing bacterium.

Les travaux réalisés pendant cette thèse ont porté sur deux thématiques indépendantes.Les deux premières parties concernent la thématique « alcaloïdes de Vinca », molécules d’origine naturelle aux propriétés anticancéreuses. Les travaux ont tout d’abord porté sur la synthèse d’analogues oxygénés de la 20,20-difluorocatharanthine, comme précurseurs d’alcaloïdes dimères originaux de Vinca. Bien que les voies de synthèses explorées n’aient pas conduit aux dérivés oxygénés souhaités, les différents résultats obtenus ont cependant permis de montrer que la présence du groupement gem-difluoré sur le squelette de la catharanthine changeait dramatiquement la réactivité du substrat de manière imprévisible. La deuxième partie de ce travail a été dédiée à l’élucidation du mécanisme de fluoration d’alcaloïdes dimères de Vinca en milieu superacide. Le marquage isotopique au deutérium a permis de discriminer deux hypothèses mécanistiques et de valider le mécanisme de fluoration passant par une migration 1,2 d’hydrure dont la contribution minimale est de 20 %. Enfin, la troisième partie de ce travail a été consacrée à la synthèse asymétrique de la (R)-méquitazine. La synthèse de cette dernière s’est basée sur la chiralité déjà « imprimée » dans le squelette d’alcaloïdes de cinchona. La synthèse de la (R)-méquitazine dont les excès énantiomériques finaux sont supérieurs à 99% a été conclue en 8 étapes à partir de la quinine, confirmant le contrôle total du centre asymétrique tout au long de la synthèse. / The work carried out during this thesis has focused on two independent parts.The first two sections have dealt with the “Vinca alkaloids” part, natural products with anticancer properties. Firstly, the work has focused on the synthesis of oxygenated analogs of the 20,20-difluorocatharanthine as precursors of original dimeric Vinca alkaloid. Although explored synthesis pathways have not led to the desired oxygenated derivatives, different results has enabled to show that the presence of the gem-difluoro groupment on catharanthine skeleton dramatically changed the reactivity of the substrate in an unpredictable manner. The second part of this work was dedicated to the elucidation of the mechanism of fluorination of alkaloids dimers of Vinca in superacid medium. Isotopic labelling with deuterium has allowed to discriminate two mechanistic hypotheses and to validate the mechanism of fluoridation via a 1,2-hydride migration whose minimum contribution is 20 %.Finally, the third part of this work has been devoted to the asymmetric synthesis of (R)- mequitazine. The synthesis is based on the chirality already "printed" into the skeleton of cinchona alkaloids. Synthesis of (R)-mequitazine with greater than 99% final enantiomeric excess was reached in 8 steps from quinine, confirming full control of the asymmetrical centre during the synthesis.

Le groupe Substances Naturelles Marines du LCMBA (UMR 6001 CNRS-UNSA) se consacre à l'isolement et à la caractérisation de nouvelles molécules bioactives à partir d'invertébrés marins (spongiaires et cnidaires principalement). Suivant l'intérêt que ces molécules originales suscitent, leur valorisation peut concerner autant le domaine de la pharmaceutique que celui de la biosynthèse ou de l'écologie chimique. Ce manuscrit présente les travaux de recherche réalisés sur les deux éponges Pandaros acanthifolium et Agelas oroides, et sur les deux cnidaires Astroides calycularis et Parazoanthus axinellae. P. acanthifolium, très peu étudié, a permis l'isolement d'une nouvelle famille de saponines stéroïdiennes. La famille des orthidines et une nouvelle aplysinopsine, ont été isolées pour la première fois d'A. calycularis. Enfin, nous décrivons une nouvelle famille d'alcaloïdes isolée de P. axinellae qui nous a permis de distinguer deux morphotypes de P. axinellae d'après leurs profils chimiques. A. oroides a été choisi comme modèle d'étude pour la mise en place d'un nouveau protocole de biosynthèse in vivo des alcaloïdes de type pyrrole-2-aminoimidazoles (P2AI). Ces études permettent de confirmer l'utilisation de la proline dans la biosynthèse des P2AI.

La plupart des traitements anticancéreux induisent l'apoptose des cellules tumorales in vitro comme in vivo. Les agents anticancéreux classiques agissent au niveau de cibles primitives, principalement localisées au niveau nucléaire, et activent consécutivement les différentes voies apoptotiques conduisant au stade ultime à la mort des cellules. Cependant, la résistance à l'induction de l'apoptose par les agents chimiothérapeutiques classiques reste un problème crucial. De nouvelles approches ont été développées pour dépasser la résistance à l'apoptose. Parmi elles, le ciblage de la mitochondrie apparaît comme une stratégie prometteuse pour tuer les cellules cancéreuses résistantes. Ainsi, de nouvelles molécules ciblant la mitochondrie ont été identifiées. Parmi celles-ci, notre laboratoire s'est intéressé aux Lamellarines, alcaloïdes pyrroliques hexacycliques d'origine marine. Outre leur effet inhibiteur des topoisomérases-I nucléaires, elles agissent également sur les mitochondries des cellules cancéreuses. Mon travail a consisté 1) à évaluer l'avantage des Lamellarines dans le traitement de lignées de cellules cancéreuses résistantes, défaillantes dans les voies apoptotiques (cas des carcinomes pulmonaires non à petites cellules, NSCLC) et 2) à décrypter les voies apoptotiques déclenchées par les Lamellarines. Ainsi, 1) sur les cellules NSCLC hautement résistantes à l'apoptose induite par les chimiothérapies classiques, nous avons évalué deux agents anticancéreux potentiels de la famille des Lamellarines. La Lamellarine-D (Lam-D) et son dérivé de synthèse PM031379 agissent directement sur la mitochondrie, induisant l'activation de Bax, la libération mitochondriale de cytochrome-c et d'AIF, et l'activation de la caspase-3. Cependant, seul le PM031379 induit la mort cellulaire qui s'accompagne de la translocation nucléaire d'AIF. De plus, cet effet létal nécessite la production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) d'origine exclusivement mitochondriale. Ces résultats ont permis de comprendre les mécanismes permettant de restaurer l'apoptose des cellules chimiorésistantes. 2) La seconde partie de ce travail a consisté à caractériser les voies apoptotiques déclenchées par la Lam-D en évaluant précisément le rôle du noyau et des mitochondries dans son effet pro-apoptotique. La Lam-D exerce une remarquable cytotoxicité envers un large panel de tumeurs. A des concentrations de l'ordre du micromolaire, elle provoque l'apoptose nucléaire dans les cellules leucémiques sans blocage du cycle cellulaire. Les signaux transmis par la Lam-D initient l'apoptose via la voie apoptotique intrinsèque mitochondriale, activant Bax et réduisant les taux des protéines anti-apoptotiques Bcl-2 et cIAP2, en association avec l'activation des caspases-9 et -3. Nos résultats ont également permis d'évincer l'implication de la voie apoptotique extrinsèque dans la mort cellulaire induite par la Lam-D. Par ailleurs, la Lam-D engendre une réponse aux dommages à l'ADN générés par son effet inhibiteur de topoisomérase-I, résultant en la phosphorylation de l'histone H2AXγ, l'expression de la protéine de réparation Rad51 et de p53. Grâce à diverses lignées de cellules cancéreuses, nous avons également démontré que les mécanismes apoptotiques induits par la Lam-D sont indépendants du statut p53 des cellules tumorales. De plus, des cellules dépourvues de noyau (cytoplastes) subissent aussi l'apoptose induite par la Lam-D. L'ensemble de ces résultats démontre que la Lam-D ne nécessite pas la signalisation nucléaire pour promouvoir la mort des cellules cancéreuses et que la mitochondrie est la cible primordiale responsable de son effet pro-apoptotique. Ainsi, la Lamellarine-D et ses dérivés de synthèses, de part leur mécanisme d'action original ciblant directement les mitochondries, sont capables d'induire l'apoptose de cellules tumorales y compris résistantes aux chimiothérapies classiques (NSCLC, mélanomes).