Aurones belong to an uncommon class of plant flavonoids that provide the bright yellow coloration of some ornamental flowers and that possess a range of biological activities. Structure-activity relationships (SAR) in the aurone pharmacophore identified heterocyclic variants of the (Z)-2-benzylidene-6-hydroxybenzofuran-3(2H)-one scaffold that possessed low nanomolar in vitro potency in cell proliferation assays using various cancer cell lines, in vivo potency in prostate cancer PC-3 xenograft and zebrafish models, selectivity for the colchicine-binding site on tubulin, and absence of appreciable toxicity. Among the biologically active analogs developed in the course of this dissertation work were (Z)-2-((2-((1-ethyl-5-methoxy-1H-indol-3-yl)methylene)-3-oxo-2,3-dihydrobenzofuran-6-yl)oxy)acetonitrile (5a) and (Z)-6-((2,6-dichlorobenzyl)oxy)-2-(pyridin-4-ylmethylene)benzofuran-3(2H)-one (5r). These two aurones 5a and 5r inhibited in vitro PC-3 prostate cancer cell proliferation with IC50 values below 100 nM. A xenograft study in nude mice using 10 mg/kg of 5a for 18 days had no effect on mice weight, and aurone 5a did not inhibit, as desired, the human ether-à-go-go-related (hERG) potassium channel. Cell cycle arrest data, comparisons of the inhibition of cancer cell proliferation by aurones and known antineoplastic agents, and in vitro inhibition of tubulin polymerization indicated that aurone 5a disrupted tubulin dynamics. Based on a National Cancer Institute COMPARE analysis, studies using computer-based molecular docking and liquid chromatography-electrospray ionization-tandem mass spectrometry studies, aurone 5a targets the colchicine-binding site on tubulin. In addition to solid tumors, aurones 5a and 5r strongly inhibited in vitro a panel of human leukemia cancer cell lines and the in vivo myc-induced T cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) in a zebrafish model. In summary, aurones possess a pharmacophore of considerable potential in the search for new antineoplastic agents for the clinical treatment of human cancers.

La fibrillation anormale de la protéine tau est un phénomène présent dans de nombreuses maladies neurodégénératives, dont la maladie d’Alzheimer, et conduit à la formation de fibres amyloïdes appelées dégénérescences neurofibrillaires. L’utilisation de molécules organiques capables de marquer ces fibres ou d’inhiber leur formation revêt un intérêt à la fois diagnostic et thérapeutique dans la maladie d’Alzheimer. Une série d’aurones a été synthétisée et leur capacité à interagir et interférer avec le processus de fibrillation a été évaluée in vitro sur des modèles de fibres de tau développés ou optimisés lors de ce projet. Ce travail a permis de montrer que des aurones polyhydroxylées sont capables d’agir comme sonde et/ou comme inhibiteur du processus de fibrillation. Afin d’élargir les applications possibles des aurones, la ligation d’aurones avec des biomolécules ou encore leur radiomarquage a également été évaluée. / The fibrillation of the tau protein occurs in many neurodegenerative diseases, including Alzheimer’s disease, and leads to the formation of amyloid fibres called neurofibrillary tangles. Using organic molecules able to mark these fibres or inhibit their formation provides an interest both in diagnosis and therapy in Alzheimer’s disease. A series of aurones was synthesized and their ability to interfere with the fibrillation process was evaluated in vitro on models of tau fibres developed in this project. This work shows that polyhydroxylated aurones are able to act both as probes and as inhibitors of the fibrillation process. The ligation of these aurones with biomolecules or their radiolabelling has also been investigated.

L’obtention de la structure tridimensionnelle des protéines membranaires (PMs) est cruciale pour la chimie médicinale et la biochimie. Afin de maintenir les PMs en solution, et donc d’éviter leur agrégation, pour les études structurales et fonctionnelles, l’utilisation de détergents est indispensable. Cependant, la conformation des PMs en complexe avec les détergents pourrait être très différente de celle dans la membrane. Nous avons synthétisé une nouvelle famille de détergents, dans lesquels des carboxylates incorporés pourraient générer un réseau de ponts salins avec les acides aminés basiques des PMs, entraînant des interactions plus étroites qui pourraient préserver leur structure native. Les détergents dans lesquels la glycoconjugation a été réalisée par la réaction de cycloaddition d'azide-alkyne (CuAAC) catalysée par le Cu (I) ont montré une capacité remarquable à extraire, à stabiliser et à cristalliser les PMs étudiées. D'autre part, de nouveaux inhibiteurs efficaces d’ABCC2, une PM non cristallisée à ce jour, ont été identifiés par criblage : les 2-indolylméthylènebenzofuranones. De tels composés pourraient être considérés comme des outils pour étudier le rôle d’ABCC2 dans la pharmacocinétique des médicaments. / Understanding of tridimensional structure of membrane proteins (MPs) is crucial in medicinal chemistry and biochemistry. To maintain them in solution and consequently to prevent them from aggregation for structural and functional studies, utilization of detergents is indispensable. However, the conformation of MPs in complex with detergents could be very different from its membrane-embedded one. We synthetized new family of detergents, in which the incorporated carboxylates could generate a network of salt-bridges with basic-residue-enriched region of MPs, confer tighter interactions which could preserve their structural integrity. The detergents in which the glycoconjugation was achieved by Cu(I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition (CuAAC) reaction showed remarkable capacity to extract, stabilize and crystallize studied PMs. On the other hand, novel inhibitors of ABCC2, a non-crystallized MP to date, were identified by screening: the 2-indolylmethylenebenzofuranones. Such compounds could be considered as useful tools to further investigate the role of ABCC2 in the pharmacokinetics of drugs.

Les aurones, qui constituent une sous-classe des flavonoïdes, présentent un profil pharmacologique et un spectre d'activités biologiques prometteurs. Au cours de ce travail, nous avons mis à profit ce potentiel pour la modulation de deux cibles thérapeutiques majeures. En premier lieu, depuis la mise sur le marché d'inhibiteurs de la protéase NS3/4A, l'inhibition de la polymérase NS5B du virus de l'hépatite C représente un enjeu primordial dans la lutte contre cette maladie. L'utilisation des aurones contre cette polymérase trouve ici ses premiers développements. L'évaluation de quatre générations de composés a mené à l'identification de plusieurs dérivés actifs, dont certains produits naturels, présentant un IC50 inférieur à 5 μM. L'étude des interactions ligand – récepteur a en outre permis de déterminer que les aurones se fixent probablement sur le site « Thumb I ». En second lieu, si la modulation de la tyrosinase dans un cadre thérapeutique reste actuellement hypothétique, de nombreuses études voient en cette enzyme une cible pour le traitement futur de pathologies difficilement curables, comme le cancer ou la maladie de Parkinson. Les aurones ont fait preuve lors de ce travail d'une grande versatilité face à la tyrosinase, adoptant au gré des substitutions des comportements très différents de substrat alternatif, d'activateur hyperbolique ou d'inhibiteur mixte. Un modèle cohérent a cependant été proposé, qui regroupe et explique ces comportements. Au cours de ce travail, de nombreux dérivés d'aurone diversement substitués ou modifiés ont été préparés, par le biais de méthodes de synthèse adaptées à la structure de chaque produit formé. / Aurones, a subclass of flavonoids, present a favorable pharmacological profile and a wide, promising spectrum of biological activites. During this work, we used this potential for the modulation of two major therapeutic targets. Firstly, since several hepatitis C virus protease NS3/4A inhibitors were recently marketed, the inhibition of the polymerase NS5B is now the focus of research efforts in the fight against HCV. The use of aurones against the HCV polymerase is here reported for the first time. Four generations of compounds were synthesized and evaluated, and several bioactive derivatives were found, including some natural products, with an IC50 below 5 μM. Furthermore, additional investigations regarding inhibitor – receptor interactions allowed to identify the aurones binding site, which is Thumb Site I. Secondly, although the modulation of tyrosinase in a therapeutic aim remains a matter of discussion, a number of studies considers this enzyme as a potential target for future treatments against some hardly curable diseases, such as cancer or Parkinson's disease. During this work, aurones showed a great versatility toward tyrosinase. According to their substitution pattern, the compounds embraced very different behaviours, i.e. alternative substrate, hyperbolic activator or mixed inhibitor behaviour. However a consistent model was proposed, which gathers and explains all of these behaviours. During this study, a large number of widely substituted or modified aurone derivatives were prepared, according to structure-dependant adaptative synthetic methods.

Le projet de thèse se focalise sur la synthèse de biomolécules et se subdivise en deux parties. La première partie concerne la conception et la synthèse de dérivés de produits naturels d'intérêt thérapeutique nommés aurones en vue de mettre au point de nouvelles molécules à activité antivirale. Récemment, les aurones ont été identifiées comme étant des inhibiteurs de l'ARN-polymérase ARN-dépendante (NS5B) du virus de l'hépatite C (VHC). Cette enzyme, présente chez le virus mais absente chez l'homme, joue un rôle central dans la réplication virale. Suite à ces résultats antérieurs, les efforts ont été poursuivis et, dans le cadre de cette thèse, nous avons entrepris,d'une part, la synthèse d'analogues originaux dont le cycle B des aurones a été remplacé par des hétérocycles et, d'autre part, la synthèse depseudodimères d'aurones dans le but d'affiner les exigences structurales pour améliorer l'effet inhibiteur.L'activité a été évaluée selon des tests enzymatiques et cellulaires et a permis d'identifier quelques candidats doués d'une bonne activité inhibitrice et d'une faible toxicité. La deuxième partie du projet de thèse, sans lien avec la première partie,concerne des aspects plus fondamentaux et porte sur la synthèse de nouveaux surfactants agissant comme agents stabilisants lors des procédures d'extraction et de cristallisation des protéines membranaires. Les surfactants sont des composants clés dans le domaine de la biologie structurale et de la biochimie des protéines membranaire. Ils sont nécessaires pour maintenir les protéines membranaires dans leur état fonctionnel après extraction. La grande majorité des protéines membranaires est riche en résidus basiques à l'interface. Sur la base de cette caractéristique, une nouvelle famille de surfactants est développée et testée sur des protéines membranaires appartenant aux pompes d'efflux ABC multi-résistantes. / The PhD project focuses on biomolecules and is divided into two parts. The first part concerns the design and synthesis of natural product derivatives with therapeutic interest in order to develop new molecules with antiviral activity. Recently, aurones were identified as new inhibitors of hepatitis C virus (HCV) NS5B polymerase. Following these results, efforts were continuedand we undertook, on the one hand,the synthesis of original analogues in which the aurone B-ring was replaced by a heterocyclic rings and, on the other hand, the synthesis of aurone pseudodimers in order to refine the structural requirements to improve the inhibitory effect. The potent NS5B inhibitory activity combined with their low toxicity make aurones attractive drug candidates against HCV infection. The second part of the PhD thesis is unrelated to the first part and concerns more fundamental aspects. It focused on the synthesis of new surfactants acting as stabilizing agents during extraction of membrane proteins (PM). Surfactants are required for maintaining PM in their functional state after extraction from membrane lipid matrix. The vast majority of PM shares a net enrichment in basic residues at the interface between membrane and cytoplasm, a property known as the positive inside rule. Based on this feature, a new family of surfactants is developed and tested on membrane proteins belonging to the multidrug ABC efflux pumps family.

Le projet de thèse se focalise sur la synthèse de biomolécules et se subdivise en deux parties. La première partie concerne la conception et la synthèse de dérivés de produits naturels d'intérêt thérapeutique nommés aurones en vue de mettre au point de nouvelles molécules à activité antivirale. Récemment, les aurones ont été identifiées comme étant des inhibiteurs de l'ARN-polymérase ARN-dépendante (NS5B) du virus de l'hépatite C (VHC). Cette enzyme, présente chez le virus mais absente chez l'homme, joue un rôle central dans la réplication virale. Suite à ces résultats antérieurs, les efforts ont été poursuivis et, dans le cadre de cette thèse, nous avons entrepris,d'une part, la synthèse d'analogues originaux dont le cycle B des aurones a été remplacé par des hétérocycles et, d'autre part, la synthèse depseudodimères d'aurones dans le but d'affiner les exigences structurales pour améliorer l'effet inhibiteur.L'activité a été évaluée selon des tests enzymatiques et cellulaires et a permis d'identifier quelques candidats doués d'une bonne activité inhibitrice et d'une faible toxicité. La deuxième partie du projet de thèse, sans lien avec la première partie,concerne des aspects plus fondamentaux et porte sur la synthèse de nouveaux surfactants agissant comme agents stabilisants lors des procédures d'extraction et de cristallisation des protéines membranaires. Les surfactants sont des composants clés dans le domaine de la biologie structurale et de la biochimie des protéines membranaire. Ils sont nécessaires pour maintenir les protéines membranaires dans leur état fonctionnel après extraction. La grande majorité des protéines membranaires est riche en résidus basiques à l'interface. Sur la base de cette caractéristique, une nouvelle famille de surfactants est développée et testée sur des protéines membranaires appartenant aux pompes d'efflux ABC multi-résistantes. / The PhD project focuses on biomolecules and is divided into two parts. The first part concerns the design and synthesis of natural product derivatives with therapeutic interest in order to develop new molecules with antiviral activity. Recently, aurones were identified as new inhibitors of hepatitis C virus (HCV) NS5B polymerase. Following these results, efforts were continuedand we undertook, on the one hand,the synthesis of original analogues in which the aurone B-ring was replaced by a heterocyclic rings and, on the other hand, the synthesis of aurone pseudodimers in order to refine the structural requirements to improve the inhibitory effect. The potent NS5B inhibitory activity combined with their low toxicity make aurones attractive drug candidates against HCV infection. The second part of the PhD thesis is unrelated to the first part and concerns more fundamental aspects. It focused on the synthesis of new surfactants acting as stabilizing agents during extraction of membrane proteins (PM). Surfactants are required for maintaining PM in their functional state after extraction from membrane lipid matrix. The vast majority of PM shares a net enrichment in basic residues at the interface between membrane and cytoplasm, a property known as the positive inside rule. Based on this feature, a new family of surfactants is developed and tested on membrane proteins belonging to the multidrug ABC efflux pumps family.

Aujourd'hui, le cancer est devenu un problème majeur de santé publique avec 12,7 millions de nouveaux cas de cancer et 7,6 millions de décès enregistrés en 2008. Même si le nombre des personnes qui guérissent augmente, les décès sont toujours importants. Les raisons, malgré un diagnostic précoce et correct, sont l'absence de traitements efficaces et l'émergence des résistances à la thérapie anticancéreuse. C'est pourquoi les chercheurs s'intéressent aux nouvelles approches pour développer des traitements puissants et sélectifs pour vaincre le cancer. Dans notre première approche, nous avons développé une série de dérivés de composés naturels appelés aurones. Les aurones jouent un rôle important dans la pigmentation jaune lumineuse de certaines fleurs et certains fruits et montrent des nombreuses activités biologiques. Nous avons combiné le motif benzofuranone des aurones avec d'autres motifs de la coumarine et chromone inspirées par la nature. Ces nouveaux composés montrent une activité anticancéreuse prometteuse, car ils sont capables de bloquer le cycle cellulaire dans les cellules cancéreuses K562 et peuvent y induire l'apoptose. Ils sont donc un motif intéressant pour un développement ultérieur de recherches. Ensuite nous avons concentré notre attention sur un objectif épigénétique. Les méthyltransférases d'ADN sont considérées comme une cible intéressante en oncologie. L'usage d'inhibiteurs spécifiques de la méthyltransferase d'ADN (DNMTi) pourrait réactiver les gènes suppresseurs de tumeurs et induire la reprogrammation des cellules cancéreuses, conduisant à l'arrêt de leur prolifération et finalement à leur mort. Nous avons amélioré le composé connu SGI1027 par modification de la structure. Nous avons obtenu des nouveaux inhibiteurs de la méthyltransferase d'ADN non- nucléosidiques, plus puissants et plus sélectifs que le composé principal. L'activité anti-cancéreuse de nos composés quinoléiniques et pyrimidiniques est testée sur différentes lignées cellulaires de cancer indiquant leur future utilisation possible dans un traitement anti-cancéreux puissant et sélectif. Une troisième série d'analogues de curcuminoïdes à base de coumarine a été préparée et testée pour sa capacité potentielle à moduler la voie TNF-alpha induit par NF-kB dans les cellules cancéreuses K562. Cependant, nous n'avons pas été capable de montrer l'implication de la voie ciblée jusqu'à maintenant. Des études complémentaires et plus approfondies doivent être menées afin d'estimer les propriétés biologiques de ces composés dans la participation éventuelle à différentes voies / Today, cancer is becoming a major public health problem with 12.7 million new cancer cases and 7.6 million cancer deaths registered in 2008. Although the number of people cured of cancer is increasing, people still die because of cancer. The reasons, besides an early and correct diagnosis, are the lack of effective treatments and the emergence of drug-resistant cancers. Therefore, researchers are interested in new approaches to develop potent and selective therapies to fight cancer. To start with, we developed a series of natural compound derivatives related to aurones. Aurones play an important role in the bright yellow pigmentation of some flowers and fruits exhibiting a strong and broad variety of biological activities. We combined the benzofuranone motif of the aurone with other coumarin and chromone motifs inspired by nature. These new compounds displayed spromising anticancer activity because they are able to block the cell cycle in K562 cancer cells and are able to induce apoptosis being an interesting scaffold for further development. Secondly, we focused on an epigenetic target. DNA methyltransferases are considered as an interesting target in Oncology. The use of specific inhibitors of DNMT (DNMTi) might reactivate tumor suppressor genes and induce the reprogramming of cancer cells, leading to their proliferation arrest and ultimately to their death. We improved the known compound SGI1027 through structure modification leading to novel non-nucleoside DNMT inhibitors, more potent and more selective than the lead compound. The anticancer activity of our quinoline and pyrimidine based compounds - tested in different cancer cell lines - suggests their use as possible potent and selective future cancer therapy. A third series of coumarin-based curcuminoid analogues were prepared and tested for their potential ability to modulate the TNF-alpha induced NF-kB pathway in K562 cancer cells. However we were not able to demonstrate the involvement of the targeted pathway so far. Complementary and deeper investigations need to be conducted in order to elicit deeper biological properties of these compounds with the possible involvement of different pathways

Les aurones, qui constituent une sous-classe des flavonoïdes, présentent un profil pharmacologique et un spectre d'activités biologiques prometteurs. Au cours de ce travail, nous avons mis à profit ce potentiel pour la modulation de deux cibles thérapeutiques majeures. En premier lieu, depuis la mise sur le marché d'inhibiteurs de la protéase NS3/4A, l'inhibition de la polymérase NS5B du virus de l'hépatite C représente un enjeu primordial dans la lutte contre cette maladie. L'utilisation des aurones contre cette polymérase trouve ici ses premiers développements. L'évaluation de quatre générations de composés a mené à l'identification de plusieurs dérivés actifs, dont certains produits naturels, présentant un IC50 inférieur à 5 μM. L'étude des interactions ligand - récepteur a en outre permis de déterminer que les aurones se fixent probablement sur le site " Thumb I ". En second lieu, si la modulation de la tyrosinase dans un cadre thérapeutique reste actuellement hypothétique, de nombreuses études voient en cette enzyme une cible pour le traitement futur de pathologies difficilement curables, comme le cancer ou la maladie de Parkinson. Les aurones ont fait preuve lors de ce travail d'une grande versatilité face à la tyrosinase, adoptant au gré des substitutions des comportements très différents de substrat alternatif, d'activateur hyperbolique ou d'inhibiteur mixte. Un modèle cohérent a cependant été proposé, qui regroupe et explique ces comportements. Au cours de ce travail, de nombreux dérivés d'aurone diversement substitués ou modifiés ont été préparés, par le biais de méthodes de synthèse adaptées à la structure de chaque produit formé.