Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2004. / Bibliogr.: f.91-94. Publié aussi en version électronique.

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.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2007. / Bibliogr.: f. [149]-168. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2008. / Bibliogr. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Les arylchloroéthyle urées touchent plusieurs protéines clés de la cancérogenèse. Les récentes recherches démontrent qu'une nouvelle cible thérapeutique pourrait émerger d'une nouvelle classe de ACEUs qui bloque la division cellulaire en phase S. Par conséquent, 46 nouveaux composés ont été synthétisés afin d'évaluer leurs propriétés biologiques, soit leur activité antiproliferative sur des cellules humaines et leur effet sur le cycle cellulaire. La détermination d'une partie du mécanisme d'action a révélé l'effet des ACEUs sur la phosphorylation de l'histone H2AX. De plus, l'évaluation du potentiel thérapeutique in vivo sur des cellules humaines cancéreuses (HT-1080) déposées sur la membrane chorioallantoïque (CAM) d'embryons de poulet a démontré de bonnes propriétés antitumorales, en plus de faibles toxicités. Parallèlement, la conversion de la portion imidazolidone (initialement obtenue par la cyclisation de la portion V-phényle-V-(2-chloroéthyle) urée des ACEUs) en portion imidazolidinethione a conduit à la synthèse de six nouveaux bioisostères. L'évaluation des propriétés biologiques a révélé une perte d'activité antiproliferative. Toutefois, l'activité antitumorale et la toxicité des bioisostères sont similaires indiquant que la modification des propriétés physicochimiques permettrait d'obtenir de meilleures propriétés biopharmaceutiques et pharmacocinétiques.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2008-2009 / Les aryles chloroéthyleurées (CEU) sont des molécules antiprolifératives alkylant certaines protéines intracellulaires telles que la β-tubuline, la prohibitine, la galectine-1, la galectine-3 et le canal VDAC. Une de ces CEU, nommée 4-cyclohexyle-chloroéthyleurée (cHCEU), alkyle la thiorédoxine-1 (Trx-1) et empêche cette dernière de migrer au noyau de la cellule. La Trx-1 joue un rôle crucial dans le contrôle de l'homéostasie rédox, la transcription des gènes, la prolifération des cellules et l' apoptose. Des dérivés de la cHCEU ont été préparés afin d'établir les relations structure-activité régissant l'alkylation de la Trx-1 et d'évaluer l'impact de cette alkylation sur la signalisation cellulaire. Les premiers analogues de la cHCEU inhibent la croissance des cellules cancéreuses à des concentrations inhibant 50 % de la prolifération variant de 1,9 à 49 æM. Quelques dérivés bloquent le cycle cellulaire en G0/G1 et empêchent également la translocation de la Trx-1 vers le noyau. Les mécanismes de mort cellulaire induite par ces molécules incluent possiblement l'inhibition de la translocation de la Trx-1 vers le noyau et l'inactivation du facteur de transcription AP-1, mais n'impliquent pas l'activation de la kinase de signalisation apoptogène 1 (ASK-1).

Les chloroéthylurées (CEUs) sont de nouveaux agents antinéoplasiques dont l'effet sur les bicouches lipidiques dépend fortement de la nature de leur substituant R et est corrélé avec leur action pharmacologique. De plus, il a été démontré que certaines CEUs ont un effet sur la protéine VDAC (voltage-dependent anion channel). Nous avons étudié l'interaction entre sept CEUs et trois membranes modèles reproduisant les membranes mitochondriales externes et internes et la membrane du réticulum endoplasmique. Les résultats obtenus indiquent que les CEUs ont un effet important sur les membranes modèles. De plus, le positionnement des CEUs à l'intérieur de bicelles isotropes a été étudié par RMN du ' H en solution. Finalement, la protéine VDAC a été extraite et purifiée avec succès à partir de mitochondries et son insertion a été tentée dans le système modèle reproduisant la membrane mitochondriale externe. Les résultats démontrent que l'insertion dans la membrane modèle est inefficace.

Cette thèse porte sur la caractérisation de différents systèmes membranaires et se divise en deux grandes parties. Une première partie traite des interactions entre des membranes modèles de phospholipides et des agents chimiothérapeutiques, les chloroéthylurées (CEU) et une deuxième partie présente un système membranaire, appelés nanoÉrythrosomes, utilisé potentiellement comme transporteur de molécules d'intérêt thérapeutique. Ces deux systèmes ont été caractérisés par un duo de méthodes spectrales soit la spectroscopie infrarouge et la résonance magnétique nucléaire. Plusieurs dérivés de CEU, différents de par leur structure et leur activité cytotoxique, ont été étudiés. Leurs interactions avec des membranes de phospholipides ont d'abord été étudiées par spectroscopie RMN des solides du deutérium afin de montrer l'effet de l'incorporation des CEU sur l'ordre conformationnel du phospholipide deutéré utilisé. Des mesures de l'écart quadrupolaire des deutérons de la chaîne acyle ont permis d'appuyer un modèle proposé pour l'incorporation des CEU dans des membranes modèles de phospholipides. Des systèmes similaires ont ensuite été étudiés par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) afin de vérifier l'effet de ces molécules sur les chaînes acyle de phospholipides saturés et insaturés et ce, en présence et en absence de cholestérol. L'effet observé est fortement corrélé à la structure de la CEU et à son activité anticancéreuse. L'ensemble de ces travaux a également permis de montrer que l'effet des CEU les plus cytotoxiques est toujours présent à plus faible concentration. Dans la seconde partie de la thèse, le nanoÉrythrosome, système biologique composé de lipides et de protéines provenant de membranes de globules rouges, a été étudié comme système pur et recouvert de polyéthylène glycol de poids moléculaire de 2000 et 5000 g-mol"1 . Par le greffage de polyéthylène glycol à sa surface, le nanoÉrythrosome devient alors un système intéressant pour la libération de médicaments. La spectroscopie infrarouge a permis de caractériser ce système tant au niveau de sa portion lipidique que protéique en fonction de la température. La spectroscopie RMN des solides du phosphore-31 et la microscopie électronique ont permis quant à elles de démontrer que la présence de polyéthylène glycol diminue l'agrégation des nanoÉrythrosome entre eux.

Au cours de nos différents travaux sur les réactions de cyclisations électrophiles diastéréosélectives 5-endo d’hydroxamates insaturés par l’hexafluorophosphate de bromo biscollidine (HBB). Nous avons constaté la formation d’imidates cycliques et nous avons mis en évidence un réarrangement lactames-imidates. Une fragmentation de type Beckman aboutissant à la formation d’une famille de cyano énones, anisi qu’une nouvelle formation d’imidates a été étudiée.Dans l’introduction générale, nous avons rapporté différents exemples d’halolactonisations électrophiles 5-endo et 5-exo, énantio et diastériosélectives rapportés dans la littérature, ainsi que les facteurs influençant la régio et la diastereoselectivité de ces cyclisations.Dans le premier chapitre, après un rappel bibliographique sur les différentes synthèses de lactames à partir de différents substrats par cyclisation électrophile, nous avons présenté nos propres travaux.Le traitement d’hydroxamates β, γ−éthyléniques γ-disubstitués avec de l’hexafluorophosphate de bromo bis(sym-collidine) dans du dichlorométhane aboutit à la formation de lactames et d’imidates cycliques. On a pu confirmer par des études RMN, l’existence d’un réarrangement lactame-imidate cyclique.Dans une deuxième partie, nous avons étudié la diastereosélectivité de la cyclisation. A cet effet, des hydroxamates optiquement actifs ont été synthétisés via la méthodologie développée par Evans. Dans tous les cas, un seul produit, un bromo-imidate cyclique optiquement actif est obtenu.Dans le deuxième chapitre, l’étude de la réaction de cyclisation des hydroxamates β, γ−éthyléniques γ-monosubstitués avec HBB, nous a permis de mettre en évidence une fragmentation de type Beckmann. Cette dernière est améliorée par réaction des produits de cyclisation avec de la triethylamine. On a généralisé cette fragmentation en l’appliquant à différents substrats.Enfin, dans le troisième chapitre, après une étude bibliographique sur la synthèse d’imidates et leurs utilités en synthèse organique, on a synthétisé des imidates β, γéthyléniques, afin de les utiliser comme substrats dans la réaction de cyclisation éléctrophile utilisant HBB. Dans ce cas aussi, la formation d’imines cycliques est constatée. / This work deals with the 5-endo halogeno electrophilic cyclization reactions of β,γ-ethylenic hydroxamates to give halolactames and halo cyclic iminolactones.In the first chapter, the reaction of γ-disubstituted β,γ-unsaturated hydroxamates with bis(collidine)bromine(I) hexafluorophosphate is studied. This type of reaction led mainly to the formation of bromo cyclic imidates, which were the thermodynamic products. Unsaturated cyclic imidates were then obtained by reaction with triethylamine. A lactame-iminolactone rearrangement was obtained during those reactions. In a next step we decided to study the diastereoselectivity of the reaction, using optically actif hydroxamates. In the second chapter, we decided to study the reaction of bis(collidine)bromine(I) hexafluorophosphate with γ-aryl β,γ-unsaturated hydroxamates, the corresponding bromo cyclic imidates were also obtained. However, by reaction with triethylamine, these compounds led with good yields, to the formation of 3-cyano-2-propen-1-ones by a Beckmann type fragmentation reaction. In the third chapter, the reaction of γ-mono and disubstituted β,γ-unsaturated imidates with bis(collidine)bromine(I) hexafluorophosphate is studied. The results that we obtained were not sufficient enough to understand the electrophilic cyclization mechanism of these types of substrates.

Le cancer est l'une des principales causes de décès dans le monde et reste une maladie difficile à traiter du fait des difficultés de pronostic, du développement rapide de métastases et de la résistance aux médicaments. Il en résulte une forte demande en méthodologies d'imagerie innovantes pour le diagnostic précoce et précis ainsi qu’en nouveaux agents anticancéreux possédant de nouveaux mécanismes pour surmonter la résistance aux médicaments. Le but de mon projet de recherche de doctorat était donc de contribuer à cet objectif.La première partie de ma thèse de doctorat a porté sur la création de systèmes sensibles et précis d'imagerie pour la détection de tumeurs cancéreuses en utilisant une nanotechnologie novatrice permettant la délivrance des agents d'imagerie spécifiquement dans les lésions tumorales. Nous avons conçu de nouveaux dendrimères amphiphiles pour assurer le transport de différents agents d'imagerie pour les imageries PET/SPECT, par résonance magnétique et par fluorescence optique. Ces systèmes d'imagerie ont été préparés soit par encapsulation de petites sondes d'imagerie à l'intérieur de nanomicelles dendritiques ou par fonctionnalisation de la surface hydrophile ou de la queue hydrophobe du dendrimère. La deuxième partie a eu pour objectif de développer de nouveaux agents anticancéreux possédant nouveaux mécanismes d’action et une meilleure activité antitumorale. A cet effet, nous avons conçu une série de nucléosides arylvinyltriazoles par réaction oxydante de Heck, ce qui nous a permis d'obtenir les composés désirés pourtant difficiles à synthétiser avec un très large éventail de substrats et une stéréosélectivité unique. / Cancer is one of the leading causes of death in the world, and remains a difficult disease to treat because of poor prognosis, rapid tumor metastasis and drug resistance. Therefore, innovative imaging modalities for early and precise diagnosis as well as new anticancer drug candidates with novel mechanisms to overcome drug resistance are in high demand. The aim of my PhD research project was to contribute to this goal.The first part of my PhD thesis was focused on establishing sensitive and precise imaging systems for cancer detection using innovative nanotechnology to deliver imaging agents specifically into tumor lesions. We designed and constructed novel amphiphilic dendrimers to carry different imaging agents for PET/SPECT imaging, magnetic resonance imaging and optical fluorescence imaging. These innovative imaging systems were prepared by either encapsulation of small imaging probes within the dendrimer nanomicelles, or functionalization of the dendrimer hydrophilic surface or hydrophobic tail. The second part of my PhD program aimed to develop new anticancer drug candidates with novel mechanisms for better anticancer activity. Therefore, we designed and synthesized a series of challenging arylvinyltriazole nucleosides via the oxidative Heck reaction, which allowed us to obtain the desired compounds with excellent substrate scope and unique stereoselectivity.