De nombreux glycoclusters multivalents des calixarènes, des pillararènes ou des fullerènes ont été synthétisés au sein de notre laboratoire et ont montré d'excellentes affinités pour diverses lectines grâce à leur multivalence et au « glycoside cluster effect ». Nous avons cherché à approfondir ces résultats en ajoutant un degré de dynamisme à ces molécules. Pour cela, nous avons appliqué les concepts de la chimie combinatoire dynamique où des briques moléculaires s'auto-assemblent via des liaisons réversibles pour générer à l'équilibre thermodynamique une chimiothèque d'oligomères. Des briques moléculaires dithiophénols glycosylés sont capables de s'auto-assembler via la formation de ponts disulfures. Leurs propriétés ont été investiguées en chimie combinatoire dynamique et la distribution d'espèces résultant de l'équilibration a montré la formation exclusive des cyclotrimères et cyclotétramères, ou dyn[3]- et dyn[4]arènes. La répétition de l'expérience en présence d'une lectine modèle (ConA) a mené à l'amplification des homodyn[3]- et homodyn[4]arènes. Ces derniers ont été isolés par HPLC semi-préparative et leurs affinités pour ConA ont été mesurées en ITC dans le domaine du nanomolaire. Une extension de cette méthodologie aux lectines LecA et LecB de Pseudomonas aeruginosa est en cours / Several glycoclusters based on calixarenes, pillararenes or fullerenes have been synthesized in our laboratory. They exhibited strong affinities for several lectins through their multivalence and the “glycoside cluster effect”. The prupose of this study was to add a dynamic part to these molecules. We therefore applied the concept of dynamic combinatorial chemistry in which building blocks are able to self-assemble through reversible bonds to generate a library of oligomers. Dithiophenols bearing carbohydrate epitopes can self-assemble through the formation and exchange of disulfide bonds. Their properties in dynamic combinatorial chemistry were studied and the species distribution at the thermodynamic equilibrium revealed the selective formation of cyclotrimers and cyclotetramers named dyn[3]- and dyn[4]arenes. The equilibration in the presence of ConA, used as a model lectin, have led to the amplification of homodyn[3]- and homodyn[4]arenes. These glycodyn[n3,4]arenes have been isolated and their affinities toward ConA measured by ITC in the nanomolar range. Extension of this methodology toward the lectins LecA and LecB of Pseudomonas aeruginosa is in progress

Utiliser la liaison peptidique dans des systèmes dynamiques covalents est très difficile en raison de sa stabilité intrinsèque. Dans ce travail, une nouvelle méthodologie pour échanger fragments peptidiques dans des conditions biocompatibles est décrite. Légères modifications du groupe amine d'un résidu de cystéine en peptides modèle permettent l'activation spécifique de cette jonction peptidique pour des réactions d'échange covalent. Grâce à un mécanisme de ligation chimique native réversible, fragments peptidiques sont échangés en solution aqueuse à pH physiologique et en présence de dithiothréitol (DTT), avec des demi-temps d'équilibration de 2 à 10 heures. Différentes possibles applications biologiques de cette nouvelle réaction réversible à peptides et glycopeptides sont aussi proposées. / The possibility to use the peptide bond in dynamic covalent systems is very challenging because of its intrinsic stability. In this work, a novel methodology to exchange peptide fragments in bio-compatible conditions is described. The introduction of small modifications to the N-terminus of a cysteine residue in model peptides allows for the specific activation of that peptide bond for exchange reactions. Through a reverse Native Chemical Ligation (NCL) mechanism, peptide fragments were scrambled in aqueous solution at physiological pH and in the presence of dithiothreitol (DTT), with half-times of equilibration in the 2-10 h range. Additionally, possible biological applications of this new reversible reaction to both peptides and glycopeptides are proposed.

Depuis la fin du XXème siècle, la chimie combinatoire dynamique permet de synthétiser sous contrôle thermodynamique des récepteurs macrocycliques pour des molécules invités cibles. Ainsi, de nombreux hôtes supramoléculaires capables d’effectuer de la reconnaissance de molécules d’intérêt biologique dans l’eau ont été reportés dans la littérature. Nous avons décrit une nouvelle famille de récepteurs macrocycliques hydrosolubles appelés dyn[n]arènes polycarboxylates. Leur propriété de reconnaissance moléculaire vis-à-vis des polyamines, des métaux et des acides aminés ont permis d’envisager des applications biologiques. D’un point de vue fondamental, le rôle des divers paramètres, dont le solvant, a été étudié pour identifier les forces motrices responsables des associations. Des expériences in cellulo ont permis de démontrer un effet cytostatique anti-prolifératif transitoire du dyn[4]arène sur les cellules cancéreuses HeLa. Dans le but de moduler leurs propriétés de reconnaissance moléculaire, des réactions d’extrusion de soufre ont été envisagées pour synthétiser des dérivés plus robustes des dyn[n]arènes. Enfin, une famille d’objets macrocycliques apparentée a été envisagée basée sur le motif imino-1,5-dithiocines. Des études synthétiques et physico-chimiques pour l’élaboration de ces nouveaux cavitands laissent entrevoir de possibles applications biologiques similaires à celle de leurs analogues, les bases de Tröger / Since the end of the 20th century, dynamic combinatorial chemistry under thermodynamic control has enabled the synthesis of macrocyclic receptors towards targeted guest. So, many supramolecular hosts have been reported to be efficent in the molecular recognition of biologically relevant molecules in water. We describe a new family of hydrosoluble macrocycles called polycarboxylated dyn[n]renes. Their molecular recognition properties with polyamines, amino acids and metals allow biological studies. From the fundamental view, the role of each parameters, including the solvent, has been deeply studied to identify the strength of the association. In cellulo experiments have shown an antiproliferative and cytostatic effect of the dyn[4]arene on HeLa cancer cells for several hours. In order to modulate their molecular recognition properties, sulfur extrusion process has been carried out to synthesize more robust derivatives of dynarenes. Finally, a new family of similar macrocycles has been studied, based on imino-1,5-dithiocines. Syntheses and physico-chemical studies for the design of futurs cavitands pave the way for similar biological applications as described for Tröger’s bases

Depuis les années 1990, la chimie combinatoire dynamique permet la découverte et la préparation de nouveaux récepteurs synthétiques à partir de briques moléculaires simples sous contrôle thermodynamique. Dans ce contexte, nous avons récemment décrit une nouvelle famille de para-cyclophanes dynamiques: les dyn[n]arènes. Ces macrocycles, composés de briques moléculaires 1,4-bisthiophénoliques fonctionnalisées, ont pu être obtenus à l'échelle du gramme à partir d'une procédure simple ne mettant pas en jeu de purification par chromatographie. Cette accessibilité synthétique a rendu possible une étude structurale permettant la rationalisation des forces motrices mises en jeu lors des processus d'auto-assemblage, mais aussi de leurs propriétés de reconnaissance moléculaire vis-à-vis de molécules ioniques. A partir de données expérimentales et de calculs réalisés en chimie théorique, les phénomènes physiques responsables de la sélectivité et de l'affinité remarquables observées entre l'un des membres de cette famille, un dyn[4]arène poly anionique, et une série d'a,?-alkyle-diamines ont été étudiés. Finalement, au cours de cette étude, nous avons redécouvert une voie de synthèse simple menant à une famille de molécules encore peu étudiée : les dithiocines. La fonctionnalisation de ces objets a été explorée dans le but d'obtenir une plateforme multifonctionnelle pour des applications biologiques / Since the 1990s, dynamic combinatorial chemistry has allowed the discovery and preparation of new synthetic receptors from simple building blocks under thermodynamic control. In this context, we have recently described a new family of dynamic para cyclophanes, the so-called dyn[n]arenes. These macrocycles, made from functionalized 1,4-bisthiophenolic building blocks, could be obtained on a gram scale from a simple purification procedure, and without any chromatography. Their synthetic accessibility allows us to study the driving forces behind their self-assembly, as well as their molecular recognition properties towards ionic guest molecules. Experimental and computational experiments were also conducted to reveal the subtle physical phenomena that are responsible for the remarkable selectivity and affinity observed between a poly-anionic dyn[4]arene and a series of a,?-alkyl-diamines. During these previous studies, we rediscovered a simple synthetic route towards a family of molecules that is unexploited so far: the dithiocins. The functionalization of these molecular objects has been explored in order to generate versatile platforms for biological applications

Le présent travail de recherche vise à mieux connaître les interactions au sein d'auto-assemblages petites molécules – ADN dans le but de faciliter la conception de futurs ligands ou vecteurs de l'ADN. Pour se faire, des composés guanidiniums, sélectionnés pour leur capacité d'interaction avec les oxoanions – incluant les phosphodiesters de l'ADN – ont été bisfonctionnalisés pour sonder l'importance des interactions secondaires dans les auto-assemblages petites molécules - ADN. Deux approches différentes, rationnelle et combinatoire dynamique, ont été utilisées pour étudier les interactions au sein des auto-assemblages formés le long du squelette phosphodiester.Avec l'approche rationnelle, des guanidiniums bisfonctionnalisés avec des groupements aromatiques de taille variable ont démontré leur capacité à s'auto-assembler avec l'ADN en solution aqueuse via la reconnaissance du squelette phosphodiester. Les expériences de compétition montrent l'importance des interactions d'empilement π-π dans la stabilisation de ces auto-assemblages.Dans le cadre de l'approche combinatoire dynamique, un guanidinium comportant deux terminaisons aldéhyde a été utilisé pour générer, par amination réductrice, des bibliothèques combinatoires dynamiques basées sur la liaison imine. La génération de bibliothèques avec différentes amines en absence et en présence d'oligo(dT) sur cellulose met en évidence des effets de matrice caractérisés par des changements constitutionnels. Les résultats montrent ainsi que les constituants aux groupements cationiques et aromatiques sont sélectivement retenus contrairement aux constituants portant des substituants anioniques. Les informations structurales obtenues par ces deux approches pourront à l'avenir être utilisées pour la conception de nouveaux ligands de l'ADN.Parallèlement à ces études des interactions petites molécules – ADN, des polymères covalents dynamiques poly-acylhydrazones combinant des moitiés cationiques et de courts groupements d'éthylène glycol au sein de leur chaîne principale ont été conçus. Ces matériaux, capables de s'auto-assembler sous forme d'oligomères par polycondensation à haute concentration, complexent efficacement l'ADN double brin dans les médias biologiques et sont dégradables en milieu acide. L'association de ces deux caractéristiques les rend donc intéressants pour une application en tant que vecteurs « intelligents » pour la délivrance de gènes. / The present research work aims to learn more about the interactions inside small-molecules – DNA self-assemblies in order to facilitate the conception of future DNA ligands or vectors. To achieve this goal, guanidinium compounds, selected for their recognized ability to interact with oxoanions – DNA phosphodiesters – were bisfunctionnalized to probe the importance of secondary interactions in the small-molecules – DNA self-assemblies. Two different approaches, rational and dynamic combinatorial, were used to study the interactions inside the self-assemblies formed along the phosphodiester backbone.With the rational approach, guanidiniums bisfunctionnalized with aromatic groups of varying size demonstrated the ability to self-assemble with DNA in aqueous solution via phosphodiester recognition. The competition experiments show the importance of the π-π stacking interactions in the stabilisation of these self-assemblies.Within the framework of the dynamic combinatorial approach, a guanidinium bearing two aldehyde terminations was used to generate, by reductive amination, dynamic combinatorial libraries based on the imine bond. The generation of libraries with different amines in absence and in presence of oligo(dT) on cellulose shows templating effects that are characterized by constitutional changes. The results thus show that constituents with cationic or aromatic groups are selectively retained on DNA while those featuring anionic groups are not.The structural information gained by these two approaches could be used in the future to design new DNA ligands.In parallel to these studies of the small-molecules – DNA interactions, dynamic covalent polymers combining cationic moieties and short ethylene glycol groups in their principal chain have been designed. These materials are able to self-assemble as oligomeres by polycondensation performed at high concentration and effectively complex double-stranded DNA in biological media and are degradable in acidic conditions. The association of these two characteristics make them interesting for an application as “smart” vectors for gene delivery.

La reconnaissance de biomolécules dans des milieux biologiques complexes est un réel défi pour les chimistes et les biologistes, associé à des enjeux médicaux majeurs. Face à cette problématique, le chimiste peut choisir d’utiliser des molécules désignées par ses soins, ou encore de sélectionner et d’utiliser directement des structures commerciales ou naturelles. Suivant cette dernière approche, les dendrigrafts de lysines (DGL) ont montré une neutralisation des héparines de différentes tailles supérieures à l’action de la protamine, le seul médicament autorisé en cas de surdosage de l’anticoagulant. Une étude par dynamique moléculaire a permis de mettre en avant le mécanisme d’interaction entre les héparines d’une part, et les DGLs et la protamine d’autre part. Par ailleurs, suivant la première approche de design et synthèse, nous avons utilisé la chimie combinatoire dynamique pour obtenir des nouveaux récepteurs synthétiques à partir de brique moléculaires diverses de type 1,4-dithiphénols. Des études à la fois théorique, en DFT et dynamique moléculaire, et expérimentale, ont été menés pour comprendre les phénomènes régissant l’auto-assemblage de ces briques en oligomères cycliques et la complexation de ces cavitands avec des biomolécules d’intérêt / The recognition of biomolecules in complex biological media is a challenge associated with various therapeutic applications. The chemist can address this issue following two approaches: either he designs him-self and synthesises its molecules or he selects a commercially available or natural molecule and directly uses it for its properties. Following the last strategy, dendrigraft of lysine (DGL) efficiently neutralised all classes of the anticoagulant heparin, with a superior effect compared to protamine, the only FDA-approved drug in case of heparin overdosage. A study by molecular dynamic revealed the mechanism of binding between heparins and DGL and protamine respectively. At the opposite of this approach, we used dynamic combinatorial chemistry in order to obtain disulfide bridged cyclophanes from the self-assembly of various 1,4-bisthiophenols by oxidation of thiols into disulfide bonds. By a combination of theoretical (DFT and molecular dynamic) and experimental studies, we investigated the driving forces and the influences of fundamental concepts such as solvation and steric effects for the self-assembly of these polythiols and the binding of the corresponding cavitands with therapeutic biomolecules

Discipline récente, la chimie supramoléculaire est l'un des domaines les plus fertiles de la recherche chimique. Motivé par le défi que représente la reconnaissance moléculaire sur mesure d'édifices complexes, un grand intérêt est apparu pour la conception et la synthèse des récepteurs macrocycliques polyfonctionnalisés. Nous avons récemment décrit une nouvelle classe de récepteurs moléculaires accessibles et polyvalents: les Dyn[n]arenes. Cette nouvelle classe est obtenue à partir de briques moléculaires 1,4-dithiophénols fonctionnalisés en position ortho assemblées par des liaisons disulfures. Cette stratégie de macrocyclisation contrôlée thermodynamiquement permet de produire de grandes quantités de produit final avec un moindre coût synthétique. Des récepteurs sur-mesure pour la reconnaissance d'anions, de cations et de zwitterions ont été obtenus par cette approche polyvalente. En particulier, le Dyn[4]arene octacarboxylate a montré la capacité de reconnaître sélectivement des dérivés de la lysine par via un ajustement induit asymétrique du récepteur lors de l'association. L'utilisation de ce récepteur pour reconnaître des peptides et protéines portant en position N-terminale une lysine a été étudiée. Enfin, la post-fonctionnalisation de ces Dyn[4]arenes a été explorée afin d'améliorer leur solubilité et leur propriétés de reconnaissance vis-à-vis de cibles biologiquement actives, ainsi que pour étudier la possibilité de leur greffage sur phase solide et leur utilisation en chromatographie d'affinité / As a recent discipline, supramolecular chemistry is one of the most active and fast-growing fields of chemical research. Driven by the challenge that tailored molecular recognition of complex molecules represents, a large interest has grown for the design and synthesis of multi-functionalized macrocyclic receptors. We recently described a new class of accessible and versatile molecular receptors: Dyn[n]arenes. This new class is obtained from 1,4-dithiophenols units functionalized in ortho position and assembled by disulfide linkages. This strategy of thermodynamically controlled macrocyclization allows producing large amounts of final product with a low synthetic cost. On demand receptors for anions, cations and zwitterions were obtained by this versatile approach. Particularly, the octacarboxylate-bearing dyn[4]arene showed the ability to selectively recognize Lysine derivatives via an asymmetric induced adjustment of the receptor upon the complexation. The use of this receptor to recognize N-terminal Lysine tagged peptides and proteins have been investigated. Finally, post-functionalization of Dyn[4]arenes have been explored to improve their solubility and recognition properties toward biologically active target and to investigate their solid phase grafting to be implemented in affinity chromatography