Les molécules actuellement utilisées dans la chimiothérapie anticancéreuse sont pour la majorité d’origine végétale mais peuvent aussi provenir d’organismes marins ou de microorganismes. Ces molécules bien qu’ayant des cibles moléculaires différentes, induisent dans la majorité des cas une mort cellulaire par apoptose. Or ces dernières années le développement d’une chimiorésistance des cellules cancéreuses vis à vis de ce type de molécules s’est particulièrement accru. Face à cette situation le besoin de trouver de nouvelles molécules avec des mécanismes d’action différents se fait de plus en plus pressant. Dans cette perspective nous avons évalué le potentiel anticancéreux des alcaloïdes du Pavetta crassipes K Schum, du Kalanchoe blossfeldiana Poelln, de l’isostrychnopentamine (ISP) isolée du Strychnos usambarensis Gills et de 14 phytotoxines d’origine fongique. Nous avons évalué leurs activités inhibitrices de croissance in vitro sur des lignées humaines cancéreuses de glioblastome (U373), d’oligodendrogliome (Hs-683), de poumon non à petite cellule (A549), de prostate (PC3), de sein (MCF7), d’œsophage (OE21), de mélanome (SKMEL-28) et des lignées murines de mélanome (B16F10) et de carcinome mammaire (MXT). Ces différentes lignées sont décrites dans la littérature comme ayant des niveaux variables de sensibilité aux molécules inductrices d’apoptose. Nous montrons ainsi dans notre travail que l’isostrychnopentamine ou encore des extraits issus de Pavetta crassipes K Schum ont in vitro des activités anticancéreuses intéressantes quelque soit la sensibilité de la lignée cellulaire aux stimuli pro-apoptotiques. De surcroit les lignées connues pour avoir un certain niveau de résistance à l’apoptose sont plus sensibles (IC50 ~ 1µM) aux effets de ces deux fractions que les lignées cancéreuses ou normales habituellement sensibles à l’apoptose (IC50 ~ 2,5µM). Les taux comparatifs d’apoptose induite par l’isostrychnopentamine dans 2 lignées dites résistantes à l’apoptose (U373 et A549) montrent une complète indépendance du taux de sensibilité à l’apoptose de ces lignées. Cette situation laisse penser que l’apoptose n’est pas le mécanisme d’action principale de la molécule. L’évaluation du potentiel anticancéreux des 14 phytotoxines d’origine fongique sur des lignées cellulaires de cancer humain et murin nous a permis de retenir deux phytotoxines (le bislongiquinolide et le dihydrotricodimerol) pour des investigations plus poussées. En effet les résultats obtenus en vidéomicroscopie indiquent que ces deux phytotoxines ont un effet cytostatique qui in fine conduit à un effet cytotoxique.

Parmi les composés pharmacologiques à moindres risques pouvant inhiber la prolifération de cellules tumorales, une faible proportion présentent un potentiel prometteur d'utilisation comme agent anti-cancéreux. Or, plusieurs études récentes réalisées majoritairement in vitro ont montré que la curcumine, la composante active du cari, présentait des propriétés chimiopréventives et anti-tumorales intéressantes. Nous avons donc évalué la curcumine comme agent anti-cancéreux dans le traitement de gliomes in vitro et in vivo. Le potentiel d'utilisation de la curcumine a d'abord été estimé sur une lignée de glioblastome en culture (U87) par des essais de prolifération. Ces essais ont permis de déterminer la concentration qui inhibait 50% de la prolifération cellulaire (IC5O), soit 11,6 µM pour ce composé. L'efficacité anti-cancéreuse de la curcumine a ensuite été démontrée in vivo en traitant des souris athymiques ayant subi des implantations sous-cutanées et intracrâniennes de U87. L'impact du traitement (60 mg/kg/jour et 120 mg/kg/jour respectivement) sur la croissance tumorale (taille des tumeurs) et la survie des animaux a été estimé. Les résultats ont montré que la curcumine exerce un effet anti-cancéreux sur les tumeurs sous-cutanées, provoquant un ralentissement significatif de la croissance tumorale. De plus, un accroissement du temps de survie moyen a été observé chez les souris traitées ayant subi une implantation intracrânienne de cellules cancéreuses. Cette action anti-tumorale de la curcumine serait potentiellement due à un effet anti-angiogénique. D'une part, une inhibition de la prolifération, de la migration et de la tubulogenèse a été observée sur une lignée de cellules endothéliales cérébrales ayant été traitée avec la curcumine. D'autre part, les résultats ont montré une inhibition de l'activation de métalloprotéases de la matrice, des enzymes importantes pour la croissance tumorale, chez les souris ayant reçu de la curcumine. De plus, le dosage du contenu en hémoglobine dans les tumeurs, qui permet de quantifier le niveau de prolifération des vaisseaux sanguins, a montré que les tumeurs sous-cutanées des souris ayant reçu de la curcumine avaient une concentration d'hémoglobine moindre que les tumeurs provenant des souris non-traitées. Par ailleurs, nos études ont aussi démontré que le passage de la curcumine au travers la barrière hémato-encéphalique est très élevé. Ces résultats suggèrent que la curcumine possède des propriétés anti-cancéreuses intéressantes sur les glioblastomes et peut être considéré comme un agent dans la prévention et le traitement des tumeurs cérébrales. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Curcumine, Gliome, Anti-tumorale, Anti-angiogénique, Barrière hématoencéphalique.

Le cancer est une maladie complexe qui tue des milliers de personnes chaque année. De nouveaux traitements sont donc en demande constante. Dans ce contexte, notre laboratoire développe de nouveaux agents anticancéreux nommés N-phényl-N'-(2-chloroéthyl)urées ou arylchloroéthylurées (CEU). Les travaux que j'ai réalisés au doctorat avaient pour objectif initial d'étudier les mécanismes d'action des CEU classiques afin de préciser les éléments structuraux clés, conduisant à l'acylation de l'acide glutamique en position 198 de la β-tubulin (Glul98). C'est dans ce cadre que mes travaux au doctorat ont débuté par des études en modélisation moléculaire et en spectrométrie de masse (MS) conduisant à l'élaboration de nouveaux modèles moléculaires d'interactions survenant entre les CEU et la tubuline permettant ainsi d'affiner nos connaissances du mécanisme d'action des CEU. La conception de ces nouveaux dérivés CEU édifiés sur la base de nos modèles moléculaires a permis de mieux connaître et de définir de nouveaux aspects structuraux des CEU tels que: (1) confirmer la présence essentielle du groupement haptophore 2-chloroéthylurée dans le but d'une acylation de Glul98 et à la sélectivité des CEU vis-à-vis la P-tubuline, (2) définir le groupement N-phényl-N'-(2-chloroéthyl)urée comme un pharmacophore mimant approximativement le groupement triméthoxylé de la colchicine et de la combrétastatine A-4 (CA-4), (3) confirmer que le groupement éthenyle du système stilbènique peut aussi être remplacé par un groupement sulfonate en conservant l'activité antiproliferative mais en perdant la sélectivité vis-à-vis la β-tubuline et (4) concevoir et évaluer biologiquement des dérivés nommés diphénylsulfonate 2-imidazolidones (DPS-IMZ). Ces derniers ont un pouvoir antiprolifératif de 100 à 1000 fois plus élevé que les CEU dites « classiques ». Les DPS-IMZ sont des agents antimicrotubules non acylants. Elles ont une activité pharmacologique comparable à celle de la combrétastatine A-4 et présentent plusieurs avantages par rapport à cette dernière étudiée en clinique. Elles sont simples à synthétiser, peu onéreuses à préparer et elles sont surtout chimiquement plus stables car elles sont dépourvues de groupement stilbènique. Plusieurs dérivés DPS-IMZ ont une activité antinéoplasique élevée dans le modèle tumoral de la membrane chorio-allantoïdienne (CAM) chez l'embryon de poulet et ils montrent peu ou pas de toxicité. Les DPS-IMZ sont donc une nouvelle classe d'agents anticancéreux prometteurs.

Malgré les avancées pharmacologiques, le cancer demeure un problème de santé publique majeur, puisqu’il est responsable d‘un quart des décès en Amérique du nord. La chimiothérapie est une option thérapeutique utilisée comme traitement principal, néo-adjuvant ou adjuvant. Dans plusieurs cas, les médicaments, pas assez sélectifs, s’attaquent aux cellules cancéreuses et aux cellules normales. Ceci engendre plusieurs effets secondaires qui, en plus du cancer lui même, altèrent la qualité de vie des patients. De plus, vu les maintes récidives de cancers et leurs résistances aux agents chimiothérapeutiques, il est nécessaire de développer de nouveaux actifs médicamenteux qui offriront seuls ou en combinaison avec les médicaments déjà existants, de nouvelles options thérapeutiques aux patients. Dans la première partie de cette thèse consacrée à la chimiothérapie anticancéreuse, nous avons dans un premier temps évalué l’activité antitumorale d’un aminostéroïde (RM-133) sur deux modèles de xénogreffes de cancers agressifs à mauvais pronostic (ovaire et pancréas). Après des études de pharmacocinétique couplées à des tests de formulation, le composé RM-133 a bloqué de 63% la prolifération des tumeurs du pancréas (PANC-1) et de 100% celle des tumeurs de l’ovaire (OVCAR-3). Ce composé et 6 autres ont été testés sur 9 lignées cellulaires cancéreuses et 9 modèles cellulaires de cellules non-cancéreuses. Il s’en est dégagé une sélectivité d’action des aminostéroïdes testés vis à vis les cellules normales, dont le modèle de cellules rénales RPTEC qui est un modèle d’évaluation de la toxicité médicamenteuse. De plus, in vitro, la combinaison du RM-133 à la doxorubicine ou à la carboplatine suggère une interaction additive quant à leurs activités antiprolifératives sur les cellules OVCAR-3. L’étude mécanistique de ce composé a révélé qu’il engendre l’apoptose via la voie extrinsèque par activation de la caspase 8 et serait aussi un aggravateur du stress du réticulum endoplasmique, induisant ainsi l’apoptose par médiation de la voie intrinsèque. Une autre série d’aminostéroïdes éthynylés en position C-17 (analogues au RM-133) a été synthétisée grâce à un nouvel outil de synthèse chimique par ancrage sur support solide. Les composés des 3 librairies synthétisées ont été criblés afin d‘évaluer leur activité antiproliférative sur 2 lignées cellulaires de leucémie (HL-60 et JURKAT). De cette étude des relations structure-activité, un des composés portant le noyau azétidine s’est révélé être le plus efficace. Cette nouvelle méthodologie a alors été validée comme outil efficace pour la synthèse de nouveaux aminostéroïdes ethynylés actifs. La deuxième partie de cette thèse traite du développement d’inhibiteurs de la 17β-hydroxystéroïde déshydrogenase de type 3 (17β-HSD3). Les androgènes jouent un rôle clé dans l’évolution du cancer de la prostate hormono-sensible et l’isoforme 3 de la 17β-HSD catalyse la dernière étape dans la biosynthèse de ces androgènes actifs. Une nouvelle famille de 3-spiromorpholinone et 3-spirocarbamate, des dérivés de l’androstérone portant des groupements hydrophobes diversifiés, a été synthétisée et l’activité biologique des différents composés évaluée dans un premier temps avec une fraction microsomale d’un homogénat de testicules de rat comme source d’enzyme (17β-HSD3). Après criblage, le sulfonamide 7e21 et le carboxamide 7e22 se sont révélés comme deux candidats intéressants. Leurs activités inhibitrices 17β-HSD3 étaient de l’ordre du nanomolaire et ces composés ne présentaient pas d’activité androgénique. Cependant, l’activité inhibitrice de tous les composés a été réduite lorsque, dans un deuxième temps, nous avons utilisé un modèle cellulaire artificiel du cancer de la prostate [cellules intactes LNCaP surexprimant la 17β-HSD3 (LNCaP [17β-HSD3]). Par ailleurs, nous avons pour la première fois, évalué l’activité in vivo du composé RM-532-105 (inhibiteur de 17β-HSD3), sur deux xénogreffes de cellules du cancer de la prostate sensibles aux androgènes (LAPC-4 et LNCaP [17β-HSD3]). Ce composé n'a pas inhibé la croissance tumorale induite par le 4-androstène-3,17-dione (4-dione) et les concentrations tumorales de testostérone (T) et de dihydrotestostérone ont augmentées. Ceci traduirait l’existence de voies de contournement pour la synthèse des androgènes, sous l’action d’autres isoformes des 17β-HSDs, au sein des tumeurs. Par ailleurs, l’activité 5α-réductase a été identifiée comme celle métabolisant de façon prédominante le 4-dione en 5α-androstane-3,17-dione dans des cellules LAPC-4. Enfin, nous avons conçu et synthétisé le premier inhibiteur de la 17β-HSD3 renfermant un fluorophore, le dansyl (composé 3). Cet inhibiteur fluorescent traverse la membrane cellulaire, conserve ses propriétés fluorescentes et est distribué à l'intérieur des cellules LNCaP [17β-HSD3], où il inhibe la transformation de 4-dione en T. / Despite pharmacological improvements, cancer remains a major public health hazard, since it is responsible for a quarter of deaths in North America. Chemotherapy is often considered for primary, neoadjuvant or adjuvant cancer therapy. In many cases, due to their poor selectivity, drugs attack both the cancerous and normal cells. This causes several side effects, which, in addition to cancer itself, deteriorate patient's quality of life. In addition, due to cancer relapses and drug resistance, the development of new drugs that offer alone or in combination with existing drugs, new therapeutic options is needed. The first part of this thesis is dedicated to cancer chemotherapy. We initially evaluated the antitumor activity of an aminosteroid derivative (RM-133) on two xenograft models of aggressive cancers with poor prognosis (ovary and pancreas). Following pharmacokinetic studies coupled to formulation tests, RM-133 blocked by 63% the proliferation of pancreas (PANC-1) tumors and 100% of ovarian (OVCAR-3) tumors. This compound and 6 other were tested on nine cancer cell lines and 9 other non-cancerous cells models. A selectivity of action of aminosteroids tested against normal cells emerged, including the model of renal RPTEC cell which is used to study drug toxicity. In addition, in vitro, the combination of RM-133 with doxorubicin or carboplatin suggests an additive interaction, as far as their antiproliferative activities on OVCAR-3 cells is concerned. The mechanistic study of this compound revealed that it triggers apoptosis via the extrinsic pathway by the activation of caspase 8 and would also be an endoplasmic reticulum stress aggravator. As such, inducing apoptosis through the intrinsic apoptosis pathway. Other series of aminosteroids ethynylated at position C-17, similar to RM-133, were synthesized using a new chemical synthesis tool for anchoring on solid support. The synthesized compounds of 3 libraries were screened to assess their antiproliferative activity on two leukemia cell lines (HL-60 and JURKAT). Studying the structure-activity relationship, one of the compounds bearing the azetidine moiety was found to be the most active. This new methodology has then been validated as an effective tool for the synthesis of new ethynylated aminosteroids. The second part of this thesis deals with the development of 17β-hydroxysteroid dehydrogenase type 3 (17β-HSD3) inhibitors. In fact, androgens play a key role in the evolution of hormone-sensitive prostate cancer and isoform 3 of the 17β-HSD catalyzes the last step in the biosynthesis of these active androgens. A new family of androstenone derivatives (3-spiromorpholinone and 3-spirocarbamate) carrying several hydrophobic groups has been synthesized and their biological activity evaluated, in a first time with a microsomal fraction of a rat homogenated testis as source of enzyme (17β-HSD3). After screening, the compounds 7e21 (sulfonamide) and 7e22 (carboxamide) emerged as two interesting candidates. Their 17β-HSD3 inhibitory activities were in the nanomolar range and these compounds showed no androgenic activity. However, the inhibitory activity of all the libraries compounds was reduced when, in a second step, we used an artificial cellular model of prostate cancer, intact LNCaP cells overexpressing 17β-HSD3 (LNCaP [17β-HSD3]). Moreover, for the fist time, we evaluated the in vivo activity of the compound RM-532-105 (inhibitor of 17β-HSD3) on two cell xenograft models of androgen sensitive prostate cancer (LNCaP and LAPC-4 [17β-HSD3] cells). This compound did not inhibit tumor growth induced by 4-androstene-3,17-dione (4-dione) and tumor concentrations of testosterone (T) and dihydrotestosterone increased. This could reveal the existence of alternative pathways for the biosynthesis of androgens, under the action of other 17β-HSD isoforms, within tumors. Moreover, the 5α-reductase activity has been identified as predominantly metabolizing 4-dione into 5α-androstane-3,17-dione in LAPC-4 cells. Finally, we designed and synthesized the very first inhibitor of 17β-HSD3 containing a dansyl fluorophore, (compound 3). This fluorescent inhibitor passes through the cell membrane, keeps its fluorescent properties and is distributed within the LNCaP [17β-HSD3] cells, where it inhibits the conversion of 4-dione into T.

No description available.

Le cancer du poumon demeure le cancer le plus meurtrier et le plus souvent diagnostiqué. Le taux de survie à 5 ans est de moins de 20%, malgré les avancées en immunothérapie de la dernière décennie. Les inhibiteurs de point de contrôle immuns (ICI), plus particulièrement l'anti-PD-1, ont récemment connu des progrès dans le traitement du cancer du poumon. Toutefois, une résistance à ce traitement est présente chez une partie des patients. Le développement de tumeurs pulmonaires réduit les proportions de cellules dendritiques conventionnelles de type 1 (cDC1) (CD103⁺chez la souris et CD141⁺, chez l'humain), cellules importantes dans l'activation de la réponse immune anticancer, ce qui pourrait en partie expliquer la résistance. Ces cellules, également présentes chez l'humain (DC1 CD141⁺) sont spécialisées dans la présentation croisée des antigènes tumoraux, permettant l'activation des lymphocytes T cytotoxiques qui sont responsables d'éliminer les cellules tumorales. Les cDC1 sont aussi spécialisées dans la production d'Interleukine (IL)-12, cytokine déterminante dans la réponse anticancer. En contexte de cancer du poumon, cette population de cDC1 anticancer est réduite, ce qui pourrait expliquer partiellement l'inefficacité de la thérapie utilisant l'anti-PD-1. Ainsi, notre équipe a récemment démontré que, dans un modèle de cancer résistant aux anti-PD-1, l'administration de cDC1 restaurait la sensibilité au traitement, alors que l'administration de cDC1 seules n'avait pas d'effet. Notre hypothèse est donc que la potentialisation de l'activité anticancer des cDC1 avant leur injection par l'induction de leur maturation pourrait leur conférer un gain de fonction et donc une activité anticancer accrue. Ainsi, l'objectif de ce projet était de générer des cDC1 murines matures ayant une production d'IL-12 accrue et de générer des cDC1 humaines productrices d'IL-12. Chez la souris, l'efficacité d'un traitement dans lequel la population de cDC1 est régénérée par l'injection de cDC1 potentialisées sera testée sur la progression tumorale in vivo. Nous avons d'abord testé in vitro l'effet de différentes stimulations connues pour induire la maturation des DC (Poly I :C (agoniste du TLR3), anti-CD40, exposition à des cellules de cancer) sur la maturation et la production d'IL-12 de cellules dendritiques. Les conditions testées augmentaient la production d'IL-12 ainsi que l'expression de marqueurs de maturation (CD80, CD86, CD40) et de molécules régulatrices (PD-L1, PD-L2, CD200). Les proportions de cDC1 parmi les cDC totales étaient affectées négativement par les stimulations. Le Poly I :C semblait être la condition ayant le meilleur potentiel anticancer, puisqu'elle augmente significativement la production d'IL-12 tout en préservant la proportion de cDC1 dans les cultures. Nous avons ensuite vérifié l'impact de l'administration de cDC1 stimulées au Poly I :C comparativement aux cDC1 normalement dérivées de la moelle osseuse sur la progression du cancer in vivo dans des souris Baft3[exposant -/-] (lesquelles sont déficientes en cDC1) auxquelles des cellules de cancer (CMT-167) ont été injectées. L'injection des cDC1 stimulées au Poly I: C diminue la sévérité du cancer et le nombre de nodules pulmonaires comparativement à l'administration des cDC1 non stimulées, ou à l'absence de traitement. De plus, le traitement semble favoriser la réponse anticancer associée aux lymphocytes T. Sachant que la stimulation au Poly I :C confère un gain de fonction in vivo aux cDC1, nous avons investigué l'effet de la combinaison de DC1 et d'un inhibiteur de point de contrôle immun (ICI) anti-PD-1 dans un modèle de cancer résistant à cette thérapie (CMT-167). L'administration de cDC1 potentialisées tends à diminuer la sévérité du cancer, bien qu'aucune synergie n'ait été observée dans la combinaison des options thérapeutiques. Dans le passé, l'utilisation de cellules dendritiques humaines dans le traitement du cancer a fait l'objet d'études cliniques, sans grand succès. Toutefois, ces études utilisaient une sous population de DC non spécialisée dans la réponse anticancer et différente des cDC1. Le développement d'une approche permettant d'obtenir des DC1 humaines conventionnelles productrices d'IL-12 demeure un défi, puisque les précurseurs de cDC proviennent de la moelle osseuse. Nous avons pu obtenir des cDC1 dérivées de la moelle osseuse de patients ayant subi une ablation de côte. Le R848, agoniste des TLR7/8 induit de manière modeste la production d'IL-12 par les cellules obtenues. Ces résultats suggèrent que les agonistes de TLR potentialisent l'activité des cDC1 et que l'administration de cDC1 potentialisées diminue la progression du cancer, chez la souris. Cette approche pourrait devenir une nouvelle avenue thérapeutique. / Lung cancer remains the deadliest and most diagnosed cancer. The 5-year survival rate is less than 20%, despite advances in immunotherapy over the past decade. Immune checkpoint inhibitors (ICIs), specifically anti-PD-1, have recently seen advances in the treatment of lung cancer. However, resistance to this treatment is present in some patients. Lung tumor development reduces CD103⁺ type 1 conventional dendritic cells (cDC1) population in mice, partly explaining resistance to anti-PD-1. These cells are also present in human (CD141⁺ DC1) and are necessary for anticancer immune response activation since they specialize in cytotoxic T lymphocytes (CTL) activation through tumor-antigen cross-presentation. CTL are anticancer immune response effector cells which destroy tumor cells upon recognition. cDC1s are also specialized in Interleukin (IL)-12, an important cytokine in cancer immunity. In lung cancer, cDC1 population is reduced locally in the lung. This could partly explain anti-PD-1 inefficacy. Thus, our team recently demonstrated that, in an anti-PD-1 resistant cancer model, administration of cDC1 restored sensitivity to treatment, while administration of cDC1 alone had no effect. Our hypothesis is therefore that the potentiation of cDC1 before their injection by the induction of their maturation could give them a gain in function and therefore an increased anticancer activity. Thus, the objective of this project was to generate mature and IL-12 producing mice and human cDC1s and to test the efficacy of potentialized cDC1 administration on tumor progression. We therefore tested in vitro effects of Poly I:C, anti-CD40 and cancer cell exposure stimulations (known to induce DC maturation) on cDC maturation and IL-12 production. All conditions upregulated IL-12 as well as maturation markers (CD80, CD86, CD40) and regulatory molecules (PD-L1, PD-L2, CD200). cDC1 population were reduced by stimulations. Poly I:C seemed to confer best anticancer potential, since it significantly induces IL-12 production while preserving cDC1 population in cultures. We then verified the impact of Poly I:C stimulated cDC1 administration compared to unstimulated cDC1 on cancer progression in vivo in Baft3[superscript -/-] mice lacking cDC1s previously administered with CMT-167 cancer cells. Stimulated cDC1 injection reduced cancer severity and number of tumors compared to unstimulated cDC1 or untreated mice. Furthermore, stimulated cDC1s seem to induce T cell associated immunity. Knowing that Poly I: C stimulation confers a gain of function to cDC1, we investigated the effects of stimulated cDC1 treatment in combination with anti-PD-1 in a resistant cancer model (CMT-167). Potentialized cDC1 tends to reduce cancer severity but no synergy was observed when treatments were combined. In the past, the use of human dendritic cells in the treatment of cancer has been the subject of clinical studies, without success. However, these studies used a different subpopulation of DC that was not specialized in the anti-cancer response. Developing an approach to generate conventional human cDC1s that produce IL-12 remains a challenge, since pre-DC come from bone marrow. We were able to generate cDC1 from human bone marrow from patients who underwent rib ablation R848, a TLR7/8 agonist, modestly induces IL-12 production by DCs generated from bone marrow. These results suggest that TLR agonists potentialize cDC1 cancer activity and that the administration of potentialized cDC1 reduces cancer progression. This approach could become a new therapeutic avenue.

Les recherches pour élaborer de nouveaux traitements anticancéreux s'orientent vers des thérapies dites « ciblées » qui utilisent les caractéristiques spécifiques des cellules cancéreuses. Deux exemples de gènes mutés et présents dans de nombreuses cellules cancéreuses pouvant être « ciblés » sont BRCA1 et BRCA2. Leurs mutations causent des déficiences en recombinaison homologue (HR), l'un des principaux mécanismes de réparation des cassures double-brin de l'ADN. Une seule cassure double-brin pouvant engendrer la mort cellulaire, les cellules possèdent un mécanisme alternatif à la HR nommé l'annelage d'extrémité simple-brin (SSA). Notre hypothèse est que l'inhibition de la SSA chez des cellules déficientes en HR permettrait d'engendrer de la létalité synthétique. Dans ce contexte, les équipes des docteurs Fortin et Masson ont récemment identifié l'acide 4,4'-diisothiocyano-2,2'-stilbènedisulfonique (DIDS) comme inhibiteur potentiel de RAD52, une protéine clé et essentielle à la SSA. Par contre, cet inhibiteur comporte déjà des interactions connues avec d'autres protéines pouvant limiter son utilisation clinique. L'objectif de mon projet de recherche était donc d'étudier et de moduler la structure moléculaire du DIDS afin de préparer de nouveaux inhibiteurs de RAD52 ayant un corps moléculaire de type stilbène asymétrique dont l'un des cycles aromatiques porterait un groupement aminoalkylethiourée et dont l'autre cycle aromatique serait substitué par un ou des groupements méthyles, méthoxyles ou chlorés. Cinquante-six nouveaux analogues et dérivés du DIDS ont été conçus, préparés et caractérisés chimiquement. L'évaluation de l'activité antiproliférative des nouveaux composés sur des lignées cellulaires déficientes et non-déficientes en BRCA1 ou en BRCA2 a montré des concentrations inhibitrices médianes (IC₅₀) variant entre le bas nanomolaire et le micromolaire. Plusieurs analogues du DIDS ont des ratios de sélectivités intéressants (> 100) sur les cellules déficientes en BRCA1 comparativement aux cellules non-déficientes. Les nouveaux analogues du DIDS sont des composés prometteurs pour l'élaboration de nouveaux médicaments ciblant les cellules cancéreuses déficientes en HR. / Trend in research for new treatments against cancer are in the field of "targeted" therapy. Those therapies use specific characteristics of cancer cells to kill them directly or indirectly. One indirect target for targeted therapy can be cells deficient in BRCA1 and BRCA2 functions. Mutations in BRCA1 and BRCA2 can be found in many cancers and resulted in homologous recombination (HR) defective, which is DNA double strand-break repair mechanism. Since one double strand-break can cause cell death, there is a back-up mechanism for HR named single-strand annealing (SSA). Our hypothesis was that inhibiting SSA can lead to synthetic lethality in cells with HR deficiency. For this purpose, Drs. Fortin and Masson teams have recently identified 4,4'-diisothiocyano-2,2'stilbenedisulfonic acid (DIDS) as a new RAD52 inhibitor which is a key protein in SSA. However, DIDS has already known to interact with other proteins that may limit its clinical use. The main goal of my research project was to study and modulate DIDS molecular structure to prepare new RAD52 inhibitors. The molecular structure of those inhibitors should have an asymmetric stilbene moiety in which one aromatic ring will be substituted by an aminoalkylthiourea group and the other aromatic ring will be substituted by a methyl, methoxyl or chloro group. Fifty-six new DIDS analogues and derivatives were designed, prepared and chemically characterized. Antiproliferative activity was evaluated on cell lines with and without BRCA1 and BRCA2 deficiency and showed half maximal inhibitory concentrations (IC₅₀) ranging between low nanomolar and micromolar. Moreover, many DIDS analogues and derivatives exhibited interesting selectivity ratio (> 100) on BRCA1 deficient cells comparatively to non-deficient cells. Therefore, DIDS analogues and derivatives are new promising compounds for the treatment of HR-deficient cancer cells.

Le peptide YSNSG est un cyclopeptide antagoniste de l’intégrine alpha v beta 3 actif par inhibition de la migration tumorale et de l'angiogénèse. Ces propriétés ont été démontrées in vitro sur diverses lignées cellulaires et in vivo chez des souris C57BL/6 avec xénogreffe de mélanome. Nos travaux se sont intéressés à la pharmacologie et à la pharmacocinétique du YSNSG. Dans un premier temps, nous avons étudié sa pharmacocinétique plasmatique et tissulaire (cerveau et sous-cutané) chez des rats Wistar en utilisant la microdialyse tissulaire. Elle a permis la détermination des principaux paramètres plasmatiques et tissulaire. Le taux de pénétration du peptide au niveau tissulaire est apparu élevé au niveau sous-cutané et faible au niveau cérébral. L’analyse compartimentale de ces données a permis de valider un modèle de type PB-PK pour simuler différents débits de perfusion permettant d’atteindre au niveau tissulaire des concentrations actives. Dans un second temps, nous avons étudiés la distribution intra—tumorale du peptide YSNSG sur le modèle de souris C57BL/6 xénogreffé. A l’aide de la microdialyse tissulaire, nous avons étudié la distribution du peptide YSNSG au sein de deux régions intra-tumorales distinctes, respectivement au centre et en périphérie de la tumeur pour discuter du rôle de l’hétérogénéité intra-tumorale dans la distribution intra-tissulaire des anticancéreux. Notre approche n’a pas permis de mettre en évidence de différence significative dans la distribution du peptide entre les deux régions mais a permis de montrer une faible distribution. Dans une troisième et dernière approche, nous présentons les résultats de la nanoencapsulation du peptide YSNSG à l’aide de particules de type PLGA +/- F-68 à l’aide de méthodes spectroscopiques (Raman), microscopiques (confocale) et in vivo (comparaison de l’efficacité du peptide encapsulé ou non sur l’inhibition de la croissance tumorale sur le modèle animal précédemment utilisé). / Peptide YSNSG is a cyclopeptide addressed against integrins growth tumor inhibition and neoangiogenesis. These properties were highlighted in vitro on several cell lines and in vivo in syngeneic mice C57BL/6 with B16F1 melanoma xenograft. In order to describe the pharmacology and pharmacokinetic of peptide YSNSG we first studied plasma and tissue pharmacokinetic (cerebral and subcutaneous) in healthy Wistar rats using microdialysis. We finded main plasma and tissue parameters and a high penetration rate in subcutaneous and a low penetration rate of peptide YSNSG in cerebral tissue, respectively. Compartment analysis of our data allowed assessing a physiologically-based pharmacokinetic model in order to simulate different administration flow rate required to reach pharmacological active concentrations. Secondly we investigated the intra-tumoral distribution of peptide YSNSG the same syngeneic mice C57BL/6 model previously described, using microdialysis. Distribution was assessed in two distinct regions of melanoma tumor (central and peripheral) for the study of the impact of intra-tumoral heterogeneity on YSNSG peptide distribution. This approach did not found any significant difference in term of penetration rate and, moreover, found a low penetration rate in the melanoma tumor in discordance with previous subcutaneous distribution in healthy rat. In a third chapter we describe results of nanoencapsulation tests of YSNSG peptide using PLGA +/- F-68 with spectroscopic method (Raman), microscopic (confocal) and in vivo experimentation (growth tumor inhibition level in the same mice model with or without nanoencapsulation of YSNSG peptide).

Le cancer est une maladie majeure ayant un taux de mortalité élevé dans le monde et au Canada. C'est pourquoi notre équipe de recherche développe de nouvelles classes d'agents anticancéreux, notamment les phényl 4-(2-oxoimidazolidin-1-yl)benzènesulfonates (PIB-SOs) et les N-phényl ureidobenzènesulfonates (PUB-SOs). Les PIB-SOs et les PUB-SOs sont constitués de deux cycles aromatiques identifiés A et B reliés entre eux par un pont sulfonate. Les PIB-SOs sont principalement caractérisés par un groupement imidazolidin-2-one sur le cycle aromatique A alors que les PUB-SOs possèdent un groupement 2-chloroéthylurée ou éthylurée sur ce cycle. D'un côté, les PIB-SOs montrent une activité antiproliférative sur des cellules cancéreuses de l'ordre du nanomolaire, arrêtent le cycle cellulaire en phase G2/M et ciblent les microtubules dans le site de liaison de la colchicine (C-BS). D'un autre côté, les PUB-SOs ont une activité antiproliférative de l'ordre du bas micromolaire sur des lignées cellulaires cancéreuses. Selon leur structure, ils peuvent soit arrêter le cycle cellulaire en phase G2/M et cibler le C-BS des microtubules lorsqu'ils sont substitués en position 3, 4 et/ou 5 sur le cycle aromatique B ou soit arrêter le cycle cellulaire en phase S et cibler les mécanismes de réparation et de réplication de l'ADN lorsque le cycle aromatique B est substitué en position 2 par des halogènes ou de courtes chaînes alkyles. Les travaux de mon doctorat avaient pour objectif général d'optimiser les propriétés physicochimiques, pharmacologiques et pharmacocinétiques des PIB-SOs et des PUB-SOs. À cet effet, 187 nouveaux dérivés et analogues des PIB-SOs et des PUB-SOs ont été préparés, purifiés, caractérisés et évalués biologiquement. Les nouveaux dérivés et analogues des PIB-SOs sont divisés en neuf familles principales caractérisées par la substitution du groupement imidazolidin-2-one par un groupement lactame, imidazolidin-2,4-dione, imidazolidin-2,5-dione, éthyl 2-uréidoacétate, butyramide, éthylurée, 2-chloroéthylurée, éthylthiourée ou phénylurée. L'activité antiproliférative des familles peuvent être divisée en trois catégories : (1) très active (ordre du nanomolaire), (2) modérément active (ordre du micromolaire) et (3) peu ou non active (supérieure à 100 μM). Les familles de composés possédant le groupement lactame, imidazolidin-2,4-dione ou imidazolidin-2-one intègrent la catégorie très active. Les familles de composés ayant les groupements butyramide, éthylurée, 2-chloroéthylurée, éthylthiourée ou phénylurée sont dans la catégorie modérément active et finalement, ceux portant les groupements imidazolidin-2,5-dione ou éthyl 2-uréidoacétate sont dans la catégorie peu ou non active. Les composés les plus puissants des familles très actives et modérément actives arrêtent la progression du cycle cellulaire en phase G2/M, inhibent la polymérisation des microtubules et perturbent le cytosquelette en se liant au C-BS. Ils sont aussi actifs sur des lignées cellulaires résistantes au paclitaxel, à la vinblastine et sur une lignée cellulaire surexprimant la glycoprotéine P. Ils ne sont pas ou seulement faiblement toxiques sur le modèle d'embryons de poulet et ils montrent des propriétés physicochimiques et pharmacocinétiques théoriques prometteuses en plus de respecter les filtres de biodisponibilité per os. Les dérivés et analogues des PUB-SOs sont divisés en deux familles principales en remplaçant le groupement 2-chloroéthylurée soit par différents groupements amides ou soit par différents groupements urées. L'activité antiproliférative de ces nouveaux dérivés et analogues des PUB-SOs est généralement plus puissante avec les groupements urées qu'avec les groupements amides et elle se situe entre la centaine de nanomolaire et le bas micromolaire. Les relations structure-activité des composés les plus puissants montrent que l'arrêt de la progression du cycle cellulaire en phase S survient seulement lorsque le cycle aromatique B est substitué en position 2 par des halogènes ou de courtes chaînes alkyles ; les composés ayant un autre patron de substitution sur le cycle aromatique B arrêtent la progression du cycle cellulaire en phase G2/M et perturbent les microtubules. Les composés les plus puissants arrêtant le cycle cellulaire en phase S induisent la phosphorylation de l'histone 2AX, un marqueur de stress réplicatifs. Des essais de cinétique d'alkylation démontrent que leur activité biologique n'est pas causée par leur potentiel alkylant. Les nouveaux analogues ne sont pas ou seulement faiblement toxiques sur le modèle d'embryons de poulet et ont également des propriétés physicochimiques et pharmacocinétiques théoriques prometteuses tout en respectant les filtres biodisponibilité per os. Les dérivés et analogues des PIB-SOs et des PUB-SOs composent donc de nouvelles familles d'agents anticancéreux prometteurs pour des études précliniques plus poussées. / Cancer is a major disease leading to a high mortality rate worldwide and in Canada. As a result, our research team develops new anticancer agent classes notably phenyl 4-(2-oxoimidazolidin-1-yl)benzenesulfonates (PIB-SOs) and phenyl ureidobenzenesulfonates (PUB-SOs). PIB-SOs and PUB-SOs consist of two aromatic rings named A and B connected together by a sulfonate bridge. PIB-SOs are mainly characterized by an imidazolidin-2-one moiety on the aromatic ring A while PUB-SOs bear a 2-chloroethylurea or an ethylurea on this ring. On the one hand, PIB-SOs show antiproliferative activity in the nanomolar range towards cancer cells, block cell cycle progression in G2/M phase and target microtubules in the colchicine-binding site (C-BS). On the other hand, PUB-SOs exhibit antiproliferative activity in the low micromolar on cancer cell lines. Depending on their structures, they either stop the cell cycle progression in the G2/M phase and target the C-BS of microtubules when they bear substituents at position 3, 4 and/or 5 on the aromatic ring B or they arrest the cell cycle progression in the S phase and target the DNA repair and replication mechanisms when they bear halogens or short alkyl chains at position 2 on the aromatic ring B. The general objective of my doctoral work was to optimize the physicochemical, pharmacological and pharmacokinetic properties of PIB-SOs and PUB-SOs. To this end, 187 new derivatives and analogues of PIB-SOs and PUB-SOs were prepared, purified, characterized and biologically evaluated. New PIB-SOs are divided into nine families of compounds characterized by the replacement of the imidazolidin-2-one moiety by lactam, imidazolidin-2,4-dione, imidazolidin-2,5-dione, ethyl 2-ureidoacetate, butyramide, ethylurea, 2-chloroethylurea, thioethylurea or phenylurea group. The antiproliferative activity of these families can be divided into 3 categories: (1) very active (nanomolar range), (2) moderately active (micromolar range) and (3) weakly or not active (over 100 μM). Families of compounds having a lactam, an imidazolidin-2,4-dione or an imidazolidin-2-one are in the very active category. Families bearing a butyramide, an ethylurea, a 2-chloroethylurea, a thioethylurea or a phenylurea group are in the moderately active category while those bearing an imidazolidin-2,5-dione or an ethyl 2-ureidoacetate are in the weakly or not active category. The most potent compounds of the most and moderately active families arrest the cell cycle progression in G2/M phase, inhibit microtubule polymerization and disrupt the cytoskeleton by binding to the C-BS. They are also active in paclitaxel- and vinblastine-resistant cell lines and on a cell line overexpressing the P-glycoprotein. Moreover, they are not or only weakly toxic on the chick embryos model and they exhibit promising theoretical physicochemical and pharmacokinetic properties in addition to respecting oral bioavailability filters. Derivatives and analogues of PUB-SOs are divided into two main families by replacing the 2-chloroethylurea moiety either by various amide groups or by different urea moieties. The antiproliferative activity of these new derivatives and analogues of PUB-SOs is generally more potent when they are substituted with a urea group than by an amide group and is between the hundred nanomolar to low micromolar. The structure-activity relationships with the most potent derivatives show that the arrest of the cell cycle progression in S phase occurs only when the aromatic ring B is substituted at position 2 by halogens or short alkyl chains; compounds bearing other substitution patterns on the aromatic ring B arrest the cell cycle progression in G2/M phase and disrupt microtubules. Moreover, the most potent compounds blocking the cell cycle progression in S phase induce the phosphorylation of the histone 2AX, a marker of the replicative stress. Alkylation kinetic assays show that their biological activity is not related to their alkylating potency. Moreover, they are not or only weakly toxic on the chick embryos model and they exhibit promising theoretical physicochemical and pharmacokinetic properties in addition to complying oral bioavailability filters. The derivatives and analogues of PIB-SOs and PUB-SO constitute new families of anticancer agents promising for further preclinical studies.

L'identification de nouveaux agents anti-infectieux, actifs contre les pathogènes et les micro-organismes multi-résistants, reste un enjeu majeur pour la science. Parmi les molécules développées pour combattre ces infections, les peptides thérapeutiques apparaissent comme un champ prometteur de recherche. Ils se synthétisent rapidement, grâce à la synthèse sur support solide automatisée, et leur structure modulable facilite la découverte et l'amélioration d'activités biologiques. Le principal inconvénient des peptides est leur manque de résistance face à la dégradation protéolytique, et donc leur rapide élimination du corps humain. L'introduction d'aminoacides modifiés, comme les aza-bêta³-aminoacides, au sein de la séquence peptidique, permet de renforcer la biodisponibilité de ces peptides, et peut conduire à une augmentation de l’activité biologique et/ou de la sélectivité. Les aza-bêta3-aminoacides sont des analogues aza des bêta³-aminoacides, où le carbone portant la chaîne latérale est remplacé par un atome d'azote chiral à configuration non-fixée. Introduit au sein d'une séquence peptidique, ces monomères donnent accès à des pseudopeptides dont la biodisponibilité est augmentée, et l’activité et/ou la sélectivité peuvent être améliorée. Ce mémoire de thèse présente la synthèse et la fonctionnalisation d’aza-bêta³-aminoacides, à chaînes latérales protéinogènes ou non, en vue de leur insertion en synthèse peptidique sur support solide. Deux séries de pseudopeptides cycliques de novo ont été développées. La première série cible les vésicules d’endocytose résultant d’une infection adénovirale, et la seconde série mime la séquence RGD, ligand des intégrines alpha-nu-bêta₃, qui est une cible d’intérêt contre la néo-angiogénèse tumorale. / Discovering new anti-pathogenic agent, which are effective against new or multi-drug resistant microorganisms, is still a major challenge for science. Among all the drugs, which are currently developed to fight these infections, therapeutic peptides arise as a promising research field. Their synthesis is fast, due to automated solid phase synthesis, and their adjustable structure makes the discovery and the enhancement of biological activities easier. The main drawback of peptides is their lack of resistance against proteolytic degradation, and therefore their quick elimination from the human body. Modification of peptide sequence, by introduction of aminoacids analogues, such as aza-bêta3-aminoacids, reinforces the peptide bioavailability, and can lead to an increase of the biological activity, and/or of the selectivity. Aza-bêta3-amino acids are aza analogues of bêta3-amino acids, where the side chain is carried by a chiral nitrogen atom, with a non-fixed configuration. Their introduction in a peptide sequence affords pseudopeptides, with a better bioavailability, and with an activity/selectivity which could be increased. This report describes the synthesis of aza-bêta3-aminoacids, with proteinogenic side chains or not, in order to insert them in solid phase peptide synthesis. Two sets of cyclic pseudopeptides de novo have been developed. The first one targets endocytosis vesicles, resulting from an adenoviral infection, and the second one copies the RGD sequence, ligand of alpha-nu- bêta₃ integrins, which is one the main targets against the tumorous neo-angiogenesis.