Les travaux présentés explorent la diversité structurale des glycannes dans l’organisme modèle du Poisson Zèbre et analysent la régulation des sialoconjugués lors d’évènements physiopathologiques particuliers. La première partie de mes travaux vise à étendre nos connaissances structurales sur la distribution des glycannes à l’échelle cellulaire et tissulaire grâce à l’étude d’un modèle majeur de vertébré, le poisson zèbre. Ces travaux s’inscrivent dans une optique de recherche fondamentale pour établir la première carte de glycosylation (glycosphingolipides ; N- et O-glycannes) des organes du poisson zèbre adulte. A terme, ces résultats permettront de mieux appréhender les relations structures-fonctions des glycannes au niveau des organismes entiers. La seconde partie de mes travaux se focalise sur le suivi structural et métabolique de la sialylation. Une première stratégie est basée sur l’utilisation d’un mime-alcyné de l’acide sialique que nous pouvons coupler à un fluorophore-azidé par « click-chemistry » pour visualiser les sialoconjugués en microscopie. Ainsi, nous avons étudié le métabolisme de l’acide sialique des fibroblastes de patients atteints de Maladie Congénitale de la Glycosylation ou pour suivre la métabolisation de l’acide sialique après une infection par le parasite intracellulaire Toxoplasma gondii. Une seconde stratégie s’intéresse à la régulation de la sialylation par des analyses structurales lors d’une infection parasitaire par Trypanosoma cruzii ou lors de la surexpression d’une sialyltransferase dans la lignée cellulaire MCF-7. Ces études révèlent d’importantes variations dans l’expression des sialoglycoconjugués. / Our studies investigated the structural diversity of glycans in zebrafish model organism and analyzed the regulation of sialoconjuguates during specific pathophysiological events. First part of my work intends to expand our structural knowledge about the organisation of glycans at the cellular and tissue levels through the study of a major vertebrate model, the zebrafish. This study aims to establish the first map of glycosylation in zebrafish, including profiles of glycosphingolipids as well as N- and O-glycans of glycoproteins. These data reveal numerous novel structures, including oligofucosylated and oligosialylated glycosphingolipids, and inform us about the organization of glycans within each organ. These results will provide new insight into the structure-function relationships of glycans in whole organisms. Second part of my work focuses on the structural and metabolic monitoring of sialylation. One of the deployed strategies is based on the use of an alkyne analogue of sialic acid and that can specially bind to a fluorophore by click-chemistry for monitoring the sialoconjugates by fluorescence microscopy. This strategy has been implemented to study sialic acid metabolism of fibroblasts from patients with congenital disease of the glycosylation or to follow the sialic acid metabolism after infection with the intracellular parasite Toxoplasma gondii. A second strategy based on structural analyzes focuses on the regulation of sialic acid during parasitic infection by Trypanosoma cruzii or during an overexpression of sialyltransferase in MCF-7 cell line. These studies reveal significant variations in the expression of sialoconjuguates.

Les glycophanes sont des molécules cycliques, chirales contenant des sucres séparés par des segments hydrocarbonés. Ils sont considérés comme des hybrides de cyclophanes et de cyclodextrines. Ce travail concerne la synthèse de glycophanes symétriques à partir du D-glucal. Après la synthèse de O-glycosides insaturés et de bis-O-glycosides d’alkyle 2,3 insaturés par réarrangement de Ferrier, nous avons préparé des précurseurs bifonctionnels pour différentes réactions de macrocyclisation pour l’obtention de ces macrocycles à savoir les bis-ethers de propargyle pour la réaction de Glaser ; les azido-alcynes pour la réaction de Huisgen et les amino-acides de sucres pour le couplage peptidique. Les conditions de dilution ont permis d’obtenir des molécules-cages de symétrie C2 que nous avons déprotégées pour des essais de complexation. / The aim of this work was the design and synthesis of symmetrical glycophanes from D-glucal. Glycophanes may be considered as sugar-cyclophanes hybrids. Having prepared unsaturated O-glycosides and unsaturated alkyl bis-2,3-O-glycosides by a Ferrier rearrangement, we synthetized bifunctional precursors for various reactions of macrocyclization: propargyl-ethers for the reaction of Glaser; azido-alkynes for the reaction of Huisgen and sugar amino-acids for the peptide coupling. The conditions of dilution allowed us to obtain C2 symmetric molecule-cages which were deprotected for complexation purposes.

Le développement de nouvelles réactions de ligation sélectives, capables de former des liens covalents dans des milieux complexes, est en plein essor depuis une dizaine d’années. Malgré de nombreux efforts, peu de réactions chimiques répondent aux critères de bioorthogonalité et la cycloaddition alcyne-azoture est devenue une réaction bioorthogonale essentielle à la fois pour les chimistes mais aussi pour les biochimistes.Le but de ce travail a été d’améliorer la cinétique de la réaction de cycloaddition alcyne-azoture catalysée par le cuivre, de façon à pouvoir réduire au maximum la quantité de cuivre nécessaire à la réaction et donc son éventuelle toxicité, notamment sur les cellules. Les efforts de recherche menés par de nombreux groupes dans le monde ont porté sur l’augmentation des capacités catalytiques du cuivre (I) par complexation avec des ligands appropriés. Dans un premier temps, à partir de ces résultats, une nouvelle série des ligands du cuivre a été développée au laboratoire et testée dans des milieux aqueux et biologiques. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à une nouvelle stratégie qui consiste à concevoir et synthétiser des azotures chélatants du cuivre. Ces azotures servent à la fois de ligands et de réactifs, et permettent d’accélérer considérablement les vitesses de réaction de la cycloaddition alcyne-azoture en milieu aqueux et en milieu complexe. Ces azotures ont été évalués pour des applications de « fishing » dans lysats cellulaires et sur cellules vivantes. / To improve the kinetic of the CuAAC (Copper Catalyzed Azide-Alkyne Cycloaddition) reaction and to overcome the problems of cytotoxicity of copper which preclude many applications in bioconjugation, recent research efforts have focused on the use of appropriate ligands in combination with copper. Indeed, certain ligands can be added to the reaction solution to bind copper, accelerate reaction, prevent the disproportion and slow down the oxygen reaction. During the first part of my PhD, we have synthesized a new library of ligands bearing amines as specific complexing sites for copper. These libraries of ligands were tested on the CuAAC reaction in diluted aqueous media and in complex media through the use of a fluorogenic assays. Ligands developed in the laboratory were compared with known ligands for the CuAAC, described in the literature. In a second part, we envisioned another strategy to accelerate the kinetics of the CuAAC. For that purpose, we synthesized new azides bearing copper complexation sites by introducing in their structure a copper chelating moiety. Those different azides have been tested in the CuAAC reaction with the help of fluorogenic assays, in diluted aqueous media and in cell lysate. Best chelating azides were tested also in “fishing” experiments of proteins in cell lysate and in cells.

Les glycophanes sont des molécules cycliques, chirales contenant des sucres séparés par des segments hydrocarbonés. Ils sont considérés comme des hybrides de cyclophanes et de cyclodextrines. Ce travail concerne la synthèse de glycophanes symétriques à partir du D-glucal. Après la synthèse de O-glycosides insaturés et de bis-O-glycosides d'alkyle 2,3 insaturés par réarrangement de Ferrier, nous avons préparé des précurseurs bifonctionnels pour différentes réactions de macrocyclisation pour l'obtention de ces macrocycles à savoir les bis-ethers de propargyle pour la réaction de Glaser ; les azido-alcynes pour la réaction de Huisgen et les amino-acides de sucres pour le couplage peptidique. Les conditions de dilution ont permis d'obtenir des molécules-cages de symétrie C2 que nous avons déprotégées pour des essais de complexation.

La chimie organique est toujours à la conquête de nouveaux terrains. Ces dix dernières années, la catalyse homogène par des espèces électrophiles d'or(I) et d'or(III) subit un fort développement. Ces espèces ont une réactivité d'acide de Lewis très prononcée, et peuvent notamment activer des insaturations carbonées telles que des alcènes, des allènes ou des alcynes. Ce manuscrit détaillera plusieurs transformations qui utilisent la réactivité de ces complexes. Ces réactions sont basées sur l'activation électrophile de groupements alcynes par un complexe d'or(I) ce qui permet leur fonctionnalisation par l'addition de nucléophiles variés. Ces nucléophiles peuvent être un hétéroatome, une oléfine, une fonction alcyne ou un noyau aromatique. L'activation électrophile des fonctions alcynes a également permis l'initiation d'un transfert d'hydrure formel 1,5.

La préparation de polymères à base d’acides biliaires, molécules biologiques, a attiré l'attention des chercheurs en raison des applications potentielles dans les domaines biomédicaux et pharmaceutiques. L’objectif de ce travail est de synthétiser de nouveaux biopolymères dont la chaîne principale est constituée d’unités d’acides biliaires. La polymérisation par étapes a été adoptée dans ce projet afin de préparer les deux principales classes de polymères utilisés en fibres textiles: les polyamides et les polyesters. Des monomères hétéro-fonctionnels à base d’acides biliaires ont été synthétisés et utilisés afin de surmonter le déséquilibre stoechiométrique lors de la polymérisation par étapes. Le dérivé de l’acide lithocholique modifié par une fonction amine et un groupement carboxylique protégé a été polymérisé en masse à températures élevées. Les polyamides obtenus sont très peu solubles dans les solvants organiques. Des polyamides et des polyesters solubles en milieu organique ont pu être obtenus dans des conditions modérées en utilisant l’acide cholique modifié par des groupements azide et alcyne. La polymérisation a été réalisée par cycloaddition azoture-alcyne catalysée par l'intermédiaire du cuivre(Ι) avec deux systèmes catalytiques différents, le bromure de cuivre(I) et le sulfate de cuivre(II). Seul le bromure de cuivre(Ι) s’est avéré être un catalyseur efficace pour le système, permettant la préparation des polymères avec un degré de polymérisation égale à 50 et une distribution monomodale de masse moléculaire (PDI ˂ 1.7). Les polymères synthétisés à base d'acide cholique sont thermiquement stables (307 °C ≤ Td ≤ 372 °C) avec des températures de transition vitreuse élevées (137 °C ≤ Tg ≤ 167 °C) et modules de Young au-dessus de 280 MPa, dépendamment de la nature chimique du lien. / Bile acids have drawn attention in the synthesis of polymers for biomedical and pharmaceutical applications due to their natural origin. The objective of this work is to synthesize main-chain bile acid-based polymers. The step-growth polymerization was used to prepare two important classes of polymers used in textile fibers, polyamides and polyesters. Heterofunctional bile acid-based monomers were synthesized and used in order to overcome stoichiometric imbalances during step-growth polymerization. The lithocholic acid derivative bearing amine and protected carboxylic functional groups was polymerized in bulk at high temperatures, yielding polyamides that were poorly soluble in common organic solvents. Soluble triazole-linked polyamides and polyesters were obtained when the cholic acid derivative bearing azide and alkyne functional groups was polymerized under mild conditions via copper(Ι)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition. Two different catalytic systems, copper(Ι) bromide and copper(ΙΙ) sulfate, were tested. Only copper(Ι) bromide proved to be an effective catalyst for the system, allowing the synthesis of the polymers with a degree of polymerization of ca. 50 and an unimodal molecular weight distribution(PDI ˂ 1.7). The main-chain cholic acid-based polymers are thermally stable (307 °C ≤ Td ≤ 372 °C) with high glass transition temperatures (137 °C ≤ Tg ≤ 167 °C) and Young’s moduli in excess of 280 MPa, depending on the chemical structure of the linker.

La préparation de polymères à base d’acides biliaires, molécules biologiques, a attiré l'attention des chercheurs en raison des applications potentielles dans les domaines biomédicaux et pharmaceutiques. L’objectif de ce travail est de synthétiser de nouveaux biopolymères dont la chaîne principale est constituée d’unités d’acides biliaires. La polymérisation par étapes a été adoptée dans ce projet afin de préparer les deux principales classes de polymères utilisés en fibres textiles: les polyamides et les polyesters. Des monomères hétéro-fonctionnels à base d’acides biliaires ont été synthétisés et utilisés afin de surmonter le déséquilibre stoechiométrique lors de la polymérisation par étapes. Le dérivé de l’acide lithocholique modifié par une fonction amine et un groupement carboxylique protégé a été polymérisé en masse à températures élevées. Les polyamides obtenus sont très peu solubles dans les solvants organiques. Des polyamides et des polyesters solubles en milieu organique ont pu être obtenus dans des conditions modérées en utilisant l’acide cholique modifié par des groupements azide et alcyne. La polymérisation a été réalisée par cycloaddition azoture-alcyne catalysée par l'intermédiaire du cuivre(Ι) avec deux systèmes catalytiques différents, le bromure de cuivre(I) et le sulfate de cuivre(II). Seul le bromure de cuivre(Ι) s’est avéré être un catalyseur efficace pour le système, permettant la préparation des polymères avec un degré de polymérisation égale à 50 et une distribution monomodale de masse moléculaire (PDI ˂ 1.7). Les polymères synthétisés à base d'acide cholique sont thermiquement stables (307 °C ≤ Td ≤ 372 °C) avec des températures de transition vitreuse élevées (137 °C ≤ Tg ≤ 167 °C) et modules de Young au-dessus de 280 MPa, dépendamment de la nature chimique du lien. / Bile acids have drawn attention in the synthesis of polymers for biomedical and pharmaceutical applications due to their natural origin. The objective of this work is to synthesize main-chain bile acid-based polymers. The step-growth polymerization was used to prepare two important classes of polymers used in textile fibers, polyamides and polyesters. Heterofunctional bile acid-based monomers were synthesized and used in order to overcome stoichiometric imbalances during step-growth polymerization. The lithocholic acid derivative bearing amine and protected carboxylic functional groups was polymerized in bulk at high temperatures, yielding polyamides that were poorly soluble in common organic solvents. Soluble triazole-linked polyamides and polyesters were obtained when the cholic acid derivative bearing azide and alkyne functional groups was polymerized under mild conditions via copper(Ι)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition. Two different catalytic systems, copper(Ι) bromide and copper(ΙΙ) sulfate, were tested. Only copper(Ι) bromide proved to be an effective catalyst for the system, allowing the synthesis of the polymers with a degree of polymerization of ca. 50 and an unimodal molecular weight distribution(PDI ˂ 1.7). The main-chain cholic acid-based polymers are thermally stable (307 °C ≤ Td ≤ 372 °C) with high glass transition temperatures (137 °C ≤ Tg ≤ 167 °C) and Young’s moduli in excess of 280 MPa, depending on the chemical structure of the linker.

Le motif spiroacétal est une structure présente dans le squelette de nombreuses molécules naturelles possédant des activités biologiques variées et pour laquelle il existe de nombreuses voies de synthèse. En revanche, son analogue azoté, le motif spiroaminal a été beaucoup moins étudié. Le premier de nos objectifs a consisté à développer une voie de synthèse énantiosélective, la plus générale possible, de ce motif. La stratégie retenue repose sur une étape clé de spirocyclisation acido-catalysée d'aminohydroxycétones issues de l'alkylation séquentielle de l'acétone N,N-diméthylhydrazone par divers synthons iodés. Si les spiroaminals attendus n'ont pas pu être obtenus, ces cétones polyfonctionnalisées ont permis d'accéder efficacement à des spiroacétals originaux : les 1,6-dioxaspiro [4.6] undécanes et les 1,7-dioxaspiro [5.6] dodécanes. Dans une deuxième partie de notre travail, nous nous sommes intéressés à la synthèse totale de la broussonétine H, spiroacétal naturel possédant une très forte activité inhibitrice vis-à-vis de β-glycosidases. Son élaboration a été envisagée par couplage entre deux fragments clé : le 2-éthynyl-1,7-dioxaspiro [5.5] undécane et un iminocyclitol porteur d'un époxyde. La synthèse de ces deux composés a été réalisée en peu d'étapes et avec d'excellents rendements. Leur couplage a permis l'obtention d'un précurseur directe de la broussonétine H. L'étape finale de déprotection reste à optimiser afin de permettre l'isolement du produit naturel.

Les peptides et protéines amyloïdes sont impliqués dans de nombreuses pathologies regroupées sous le terme d'amyloses. Ces protéines, dans des conditions encore mal connues, se replient en feuillets β croisés et s'assemblent en fibres. Afin de comprendre les principes physico-chimiques impliqués dans ce processus, nous avons conçu des modèles de fibres amyloïdes par la synthèse d'édifices peptidiques basés sur la séquence du peptide β amyloïde. Ils se composent de deux ou quatre fragments amyloïdes mutés, linéaires ou cyclisés, que nous avons liés à un châssis décapeptide cyclique. Ces édifices se replient en feuillets β croisés et s'assemblent en protofilaments de 5 à 6 nm de diamètre. A l'aide de la modélisation moléculaire, nous avons montré que le repliement en boucle de type brin β-boucle-brin β et la création d'un cœur hydrophobe sont nécessaires pour la formation des feuillets β croisés parallèles. Ces édifices sont des modèles très prometteurs pour la compréhension du mécanisme de formation des fibres amyloïdes.<br />Parmi les stratégies thérapeutiques développées récemment pour lutter contre les amyloses, l'inhibition de la formation des dépôts amyloïdes a été largement étudiée. Au cours de nos travaux, nous avons développé des inhibiteurs de la fibrillogénèse par la présentation de plusieurs exemplaires de molécules hydrophobes sur un cyclodécapeptide. Cette stratégie a pour but de créer une zone d'interaction avec le peptide β amyloïde suffisamment importante pour perturber son auto-association. Nous avons montré, par la réalisation d'expériences de polymérisation du peptide Aβ40, que ces composés sont des inhibiteurs très efficaces par comparaison avec les dérivés monomériques. Ces résultats confirment l'intérêt de cette stratégie pour interférer avec le phénomène de formation des fibres amyloïdes.

Le motif spiroacétal est une structure présente dans le squelette de nombreuses molécules naturelles possédant des activités biologiques variées et pour laquelle il existe de nombreuses voies de synthèse. En revanche, son analogue azoté, le motif spiroaminal a été beaucoup moins étudié. Le premier de nos objectifs a consisté à développer une voie de synthèse énantiosélective, la plus générale possible, de ce motif. La stratégie retenue repose sur une étape clé de spirocyclisation acido-catalysée d’aminohydroxycétones issues de l’alkylation séquentielle de l’acétone N,N-diméthylhydrazone par divers synthons iodés. Si les spiroaminals attendus n’ont pas pu être obtenus, ces cétones polyfonctionnalisées ont permis d’accéder efficacement à des spiroacétals originaux : les 1,6-dioxaspiro [4.6] undécanes et les 1,7-dioxaspiro [5.6] dodécanes. Dans une deuxième partie de notre travail, nous nous sommes intéressés à la synthèse totale de la broussonétine H, spiroacétal naturel possédant une très forte activité inhibitrice vis-à-vis de β-glycosidases. Son élaboration a été envisagée par couplage entre deux fragments clé : le 2-éthynyl-1,7-dioxaspiro [5.5] undécane et un iminocyclitol porteur d’un époxyde. La synthèse de ces deux composés a été réalisée en peu d’étapes et avec d’excellents rendements. Leur couplage a permis l’obtention d’un précurseur directe de la broussonétine H. L’étape finale de déprotection reste à optimiser afin de permettre l’isolement du produit naturel. / Spiroketal pattern appears in the skeleton of many natural products exhibiting various biological activities, and several synthetic routes to it have been reporting. Contrarily, spiroaminal moiety, its nitrogen analogue, has been less studied. The first of our objectives consisted to develop the most general enantioselective synthetic pathway to this framework. The adopted strategy is based on a key step acid-catalysed spirocyclisation of aminohydroxyketones, resulting from the sequential alkylation of acetone N,N-dimethylhydrazone by various iodide derivatives. If targeted spiroaminals could not be obtained, these polyfunctionalized ketones permit an efficient access to original spiroketals skeletons like 1,6-dioxaspiro [4.6] undecanes and 1,7-dioxaspiro [5.6] dodecanes. In a second part, we focused on the total synthesis of broussonetine H, a natural spiroketal possessing powerful inhibitory activities against β-glycosidases. Its elaboration was envisaged through the coupling between two key fragments : the 2-ethynyl-1,7-dioxaspiro [5.5] undecane and an iminocyclitol substitued by an epoxide. The synthesis of these two compounds was realized in few steps with good overall yelds.Their coupling led to a protected form of broussonetine H. The final deprotection step remains to be optimized to allow the final isolation of the natural product.