Thèse doctorat : Sciences de la Vie et de la Terre : Strasbourg 1 : 2006. / Thèse soutenue sur un ensemble de travaux. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 7 p.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

De nombreux composés naturels bioactifs incluent dans leur squelette complexe un motif spiroacétalique. Des spiroacétals modèles avec une activité antitumorale ont été décrits. La présence d'un atome d'azote peut amplifier cette activité, nous avons étudié la classe originale des spiroaminoacétals. Nous avons mis au point une synthèse énantiosélective de spirohétérocycles qui module : la taille des cycles et leur structure azotée ou oxygénée. Notre stratégie utilise une étape-clé d'alkylation itérative de l'acétone diméthylhydrazone "one-opt" par des synthons iodés polyfonctionnalisés, suivie d'une déprotection-spirocyclisation. Son efficacité a été illustrée par la synthèse des 1,7-dioxaspiro[5;5]undécane, 1.7dioxaspiro[5.5]undécane-3-ol, 1,6-dioxaspiro[4.5]décanes et aza-1-oxaspiro[5.5] undécane. Les séries 6-aza -1 - oxaspiro[4.5]décane et 7-aza-1-oxaspiro[5.4]décane ont été explorées. Les analyses structurales (RMN, modélisation moléculaire) ainsi que les premiers tests biologiques (cellules cancéreuses) sont présentés

Ce travail a pour objectif d'augmenter la diversité des foldamères par le développement d'une nouvelle classe d'architectures abiotiques mimant le repliement des feuillets β protéiques. La stratégie employée repose sur des processus de structuration qui diffèrent de ceux observés au sein du vivant. Les deux éléments essentiels des systèmes naturels, à savoir la boucle courte et flexible d'acides aminés et les brins β liés entre eux par des liaisons hydrogènes, sont ici substitués respectivement par un coude rigide formé de noyaux aromatiques et par des oligoarylamides plans interagissant par empilement aromatique.Ces objets ont été conçus pour adopter des structures repliées caractérisables en solution par spectroscopie RMN et à l'état solide par diffraction des rayons X. Dans une première partie, l'optimisation du pseudo-coude β et de la séquence des brins, ainsi que l'exploration des premières architectures en feuillet seront étudiées à travers la conception, la synthèse et les études structurales de ces oligoamides et oligoamines aromatiques. Dans une seconde partie, le concept mis en oeuvre sera étendu à la synthèse de foldamères plus élaborés à brins courbés, ouvrant ainsi des perspectives intéressantes vers l'obtention d'architectures toujours plus complexes.

Le travail décrit dans ce manuscrit est consacré à la synthèse et à la caractérisation structurale d'une nouvelle famille de γ-amino acides hétérocycliques contraints, les ATCs (acides 4-Amino-(méthyl)-1,3-Thiazole-5-Carboxyliques). Ces monomères sont construits autour d'un noyau thiazole inséré entre les carbones Cα-Cβ permettant de limiter la valeur de l'angle dièdre ζ à 0°. La présence de deux points de substitution, sur le carbone γ asymétrique et en position 2 du noyau aromatique, autorise une large diversification structurale des ATCs. Des séries d'oligomères, i.e. dimères, tétramères et hexamères solubles dans les solvants organiques halogénés, dans les alcools et dans l'eau ont été synthétisées par couplages peptidiques. La conformation adoptée par ces séquences a été déterminée en solution par RMN 1D et 2D associées à des techniques de modélisation sous contraintes RMN. Nous avons montré que les oligomères d'ATCs s'arrangeaient en hélices 39 droites, présentant un pas de 11,8 Å. La conformation hélicoïdale est stabilisée par un réseau de liaisons hydrogène de type CO(i)…NH(i+2) s'établissant tout au long de la séquence, faisant entrer les oligomères d'ATCs dans le monde des foldamères. Des mesures de dichroïsme circulaire ont permis d'apprécier la stabilité conformationnelle des édifices et l'analyse à l'état solide par diffraction des rayons X a confirmé l'arrangement observé par RMN. Dans une seconde partie nous avons étudié le rôle structurant d'un motif ATC placé au sein d'une petite séquence peptidique. Nous montrons au travers d'expériences RMN et de calculs théoriques que la configuration du monomère d'ATC conditionne la conformation de peptides hybrides αγαα en solution. En termes d'application nous décrivons l'utilisation du motif ATC comme mime de coude pour concevoir un analogue fonctionnel de la gramicidine S, un cyclodécapeptide symétrique antibactérien. La dernière partie de ce travail concerne nos efforts pour développer, à partir des connaissances acquises quant à la structure tridimensionnelle des oligomères d'ATCs, des inhibiteurs de l'interaction protéine-protéine STAT6-NCoA-1. / The work described herein is devoted to the synthesis and the structural characterization of a new family of heterocyclic constrained γ-amino acids, named ATCs (4-Amino-(methyl)-1,3-Thiazole-5-Carboxylic acids). These building-blocks are built around a thiazole ring inserted between the Cα-Cβ carbons allowing the limitation of the ζ dihedral angle value to 0°. The presence of two diversification points both on the γ asymmetric carbon and on the position 2 of the aromatic ring, allows a large structural diversification of the ATCs. Series of oligomers consisting in dimers, tetramers and hexamers soluble in halogenated solvents, alcools and water have been synthesized according to peptide chemistry. The conformations of the sequences have been studied by various NMR experiments associated to modelling studies led under NMR constraints. The ATC oligomers adopt a right 39 helical shape, owning a pitch of 11.8 Å which has been confirmed by crystallography. The helix is stabilized by a conserved hydrogen bond pattern between CO(i)…NH(i+2) occurring all along the sequence axis. Circular dichroism measures have been done to check the conformational stability of the architectures. In the second part of the manuscript, we demonstrate by NMR and theoretical computing that when included in a short peptide sequence, ATCs could act as turns. The derived application consists in optimizing the biological behaviour of the ATC moiety as a turn mimetic thanks to the design and the antibacterial evaluation of a gramicidin S analogue. Based on our knowledge about the three-dimensional structure of ATC oligomers, the last part of this work deals with our efforts to develop inhibitors of protein-protein interaction STAT6-NCoA-1.

Ce travail a pour objectif d’augmenter la diversité des foldamères par le développement d’une nouvelle classe d’architectures abiotiques mimant le repliement des feuillets β protéiques. La stratégie employée repose sur des processus de structuration qui diffèrent de ceux observés au sein du vivant. Les deux éléments essentiels des systèmes naturels, à savoir la boucle courte et flexible d’acides aminés et les brins β liés entre eux par des liaisons hydrogènes, sont ici substitués respectivement par un coude rigide formé de noyaux aromatiques et par des oligoarylamides plans interagissant par empilement aromatique.Ces objets ont été conçus pour adopter des structures repliées caractérisables en solution par spectroscopie RMN et à l’état solide par diffraction des rayons X. Dans une première partie, l’optimisation du pseudo-coude β et de la séquence des brins, ainsi que l’exploration des premières architectures en feuillet seront étudiées à travers la conception, la synthèse et les études structurales de ces oligoamides et oligoamines aromatiques. Dans une seconde partie, le concept mis en oeuvre sera étendu à la synthèse de foldamères plus élaborés à brins courbés, ouvrant ainsi des perspectives intéressantes vers l’obtention d’architectures toujours plus complexes. / The purpose of this work is to expand foldamer diversity by developing a novel class of abiotic β-sheet-like architectures. Our strategy uses inter-strand π-π aromatic stacking between sequences of aromatic oligoamides and oligoamines to mimic the natural stabilization of β-strands, which occurs through a network of regularly spaced hydrogen bonds. These oligamide and oligoamine sequences are connected by a rigid U-shaped moiety that creates a turn and initiates strand formation.These molecules have been designed to adopt compact folded structures that can be studied in solution by NMR spectroscopy and in the solid state by X-ray crystallography. In the first part of this dissertation, we report our stepwise approach in the development of β-sheet-like aromatic amide-based foldamers: from the optimization of the design elements and the use of macrocycles, to the synthesis of multi-turn structures. In the second part, the concept will be extented to the synthesis of more elaborate curving strand β-sheet-like foldamers, opening up new perspectives for more complex architectures.

Dans ce mémoire, je présente mes études sur une stratégie efficace développée pour la synthèse de cétones homoallyliques substituées à partir de l’addition en cascade de réactifs de Grignard vinyliques substitués sur des α-amino esters catalysée par des sels de cuivre. L’utilisation de ces cétones homoallyliques a permis d’obtenir des mimes peptidiques comprenant un isostère de type hydroxyéthylène du lien amide. L’étape clé de cette stratégie repose sur la synthèse de cétones homoallyliques substituées intermédiaires à partir de la réaction d’additions en cascade catalysée au cuivre, de bromure de β,β-diméthylevinyle magnésium sur des analogues d’esters de la phénylalanine et de la sérine. Les cétones homoallyliques résultantes sont réduites sélectivement en alcool, la liaison double est clivée oxydativement et l’acide carboxylique résultant est couplé à un acide aminé. Afin d’évaluer l’effet qu’ont le remplacement du lien amide central dans un coude β par un hydroxyéthylène et de la présence d’un gem diméthyle sur la chaîne carbonée sur la conformation tridimensionnelle adoptée par les tripeptides générés, des analyses à l’état solide par diffraction aux rayons X, des analyses en solution par la spectroscopie RMN et des expériences de type NOESY ont été réalisées. Ces études ont permis de définir un nouveau type de coude β. La présence de pont hydrogène intramoléculaire et l’effet de restriction de conformation induit par le gem diméthyle, généralement appelé effet Thorpe-Ingold, favorisent la formation d’un coude β. / In this thesis, I discuss my studies toward the synthesis of substituted homoallylic ketones from the copper-catalyzed cascade addition of substitued vinyl Grignard reagents to carboxylic esters. The homoallylic ketones were used to provide different peptidomimetics containing a hydroxyethylene isostere instead of an amide bond. The methyl ester of phenylalanine and serine derivatives were reacted in copper-catalyzed cascade additions of substitued vinylmagnesium bromide to provide substitued homoallylic ketone intermediates. Selective reduction of the ketone to an alcohol, oxidative cleavage of the double bond, followed by peptide coupling with amino acid lead to the desired peptidomimic. The influence of changing the central amide bond for a hydroxyethylene isostere in a β-turn and the effect of a gem dimethyl group on the backbone conformation adopted by the newly synthesized tripeptides, were studied by X-ray diffraction and solution NMR spectroscopy using NOESY experiments. From these studies, it was revealed that the iso-butyric acid hydroxyethylene isomer induced a β-turn-like conformation, and may serve as a novel scaffold for peptide mimicry.

Dans ce mémoire, je présente mes études sur une stratégie efficace développée pour la synthèse de cétones homoallyliques substituées à partir de l’addition en cascade de réactifs de Grignard vinyliques substitués sur des α-amino esters catalysée par des sels de cuivre. L’utilisation de ces cétones homoallyliques a permis d’obtenir des mimes peptidiques comprenant un isostère de type hydroxyéthylène du lien amide. L’étape clé de cette stratégie repose sur la synthèse de cétones homoallyliques substituées intermédiaires à partir de la réaction d’additions en cascade catalysée au cuivre, de bromure de β,β-diméthylevinyle magnésium sur des analogues d’esters de la phénylalanine et de la sérine. Les cétones homoallyliques résultantes sont réduites sélectivement en alcool, la liaison double est clivée oxydativement et l’acide carboxylique résultant est couplé à un acide aminé. Afin d’évaluer l’effet qu’ont le remplacement du lien amide central dans un coude β par un hydroxyéthylène et de la présence d’un gem diméthyle sur la chaîne carbonée sur la conformation tridimensionnelle adoptée par les tripeptides générés, des analyses à l’état solide par diffraction aux rayons X, des analyses en solution par la spectroscopie RMN et des expériences de type NOESY ont été réalisées. Ces études ont permis de définir un nouveau type de coude β. La présence de pont hydrogène intramoléculaire et l’effet de restriction de conformation induit par le gem diméthyle, généralement appelé effet Thorpe-Ingold, favorisent la formation d’un coude β. / In this thesis, I discuss my studies toward the synthesis of substituted homoallylic ketones from the copper-catalyzed cascade addition of substitued vinyl Grignard reagents to carboxylic esters. The homoallylic ketones were used to provide different peptidomimetics containing a hydroxyethylene isostere instead of an amide bond. The methyl ester of phenylalanine and serine derivatives were reacted in copper-catalyzed cascade additions of substitued vinylmagnesium bromide to provide substitued homoallylic ketone intermediates. Selective reduction of the ketone to an alcohol, oxidative cleavage of the double bond, followed by peptide coupling with amino acid lead to the desired peptidomimic. The influence of changing the central amide bond for a hydroxyethylene isostere in a β-turn and the effect of a gem dimethyl group on the backbone conformation adopted by the newly synthesized tripeptides, were studied by X-ray diffraction and solution NMR spectroscopy using NOESY experiments. From these studies, it was revealed that the iso-butyric acid hydroxyethylene isomer induced a β-turn-like conformation, and may serve as a novel scaffold for peptide mimicry.