La résistance en chimiothérapie est principalement associée au gène de résistance multiple aux médicaments (MDR) qui régule l'expression de la glycoprotéine-P (P-gp). Le rôle de cette protéine est d'expulser hors de la cellule des agents xénobiotiques. L'objectif principal de nos travaux était de développer des inhibiteurs de la P-gp afin de restaurer l'efficacité des traitements de chimiothérapie. Quinze nouveaux dérivés d'anthranilamides ont été préparés en modifiant la structure de l'espaceur entre N1 et N2 . L'activité inhibitrice de ces composés (EC5o(VLB)) variait de 59 à 1345 nM. Nos résultats montrent que : 1) une chaîne alkyle de 2 carbones entre N1 et N2 permet d'obtenir la meilleure activité inhibitrice, 2) un centre chiral R ou S influence peu l'activité inhibitrice; 3) la présence d'un cyclohexyle entre N1 et N2 n'augmente pas l'activité inhibitrice; 4) un groupement arylpipérazinyle entre N1 et N2 augmente de 200 % l'activité inhibitrice; et 5) un groupement méthoxyle sur la partie anthranilique augmente de 200 % l'activité inhibitrice. L'anthranilamide P24 est le composé le plus efficace et possède un EC5o(VLB) de 59±35 nM. Des études in vivo sur des souris porteuses de tumeurs surexprimant la P-gp montrent que P24 augmente l'espérance de vie de 32 % (p<0,01) lorsque comparé au groupe de souris non traitées et de 20 % (p<0,05) lorsque comparé au groupe de souris traitées avec la vincristine seulement. Des études sur l'inhibition des CYP450 avec les composés P03, PI7 et P24 révèle un profile d'inhibition différent de celui de l'anthranilamide XR9576 principalement au niveau du CYP3A4. Les études de modélisation moléculaire COMFA et COMSIA ont permis d'établir le modèle suivant comme essentiel à l'activité des dérivés d'anthranilamides: 1) un groupement accepteur d'hydrogène en position 3 d'un système biaromatique encombré à la région A de XR9576; 2) un groupement accepteur d'hydrogène ou un atome chargé négativement et un groupement aromatique chargé positivement à la région B de XR9576; 4) un groupement hydrophobe au niveau de l'espaceur; 5) deux groupements accepteurs d'hydrogène et un groupement encombré aromatique à la région D de XR9576; et 6 ) la présence des deux amides de la partie anthranilique.

Depuis quelques années, de plus en plus de personnes reçoivent un diagnostic pour des maladies prolifératives induites par des hormones estrogéniques. On dénombre parmi eux de nombreux cancers, tel que le cancer du sein, mais également une maladie comme l’endométriose. Même si les thérapies couramment utilisées sont plus efficaces, plusieurs problèmes persistent dont : la résistance aux médicaments ainsi que les effets indésirables liés au manque d’efficacités et au caractère destructif de plusieurs de ces traitements. Il est donc essentiel de développer de nouvelle alternative au traitement pour offrir des options thérapeutiques plus sélectives et plus efficaces au traitement actuel de ces maladies. L’hormonothérapie représente une avenue intéressante, puisqu’elle pourrait ralentir, voir bloquer la progression de ces maladies en limitant certains effets secondaires liés aux traitements actuellement utilisés. En fait, l’enzyme 17β- hydroxystéroïde déshydrogénase type 1 (17β-HSD1) est une cible clé pour ce type de traitement, puisqu’elle régule la formation de l’estradiol, l’estrogène le plus puissant. Ainsi, une inhibition de cette enzyme diminuerait les niveaux d’hormones estrogéniques intracrines qui lient et activent les récepteurs des estrogènes. En se basant sur plusieurs travaux effectués dans ce domaine, plusieurs dérivés stéroïdiens ont été synthétisés dans le but d’obtenir de puissants inhibiteurs pour l’enzyme 17β-HSD1. Dans un premier temps, on compte de nombreux dérivés benzyles fonctionnalisés qui furent ajoutés au niveau du carbone 16 du noyau stéroïdien. Ces modifications ont permis d’obtenir une série d’analogues de notre composé de tête (PBRM). Ensuite, un groupe oxirane fut ajouté en position 3 afin d’en évaluer l’activité par rapport à l’inhibiteur PBRM. Les travaux réalisés ont permis d’approfondir et de découvrir des informations cruciales sur l’inhibition de l’enzyme. Quelques composés synthétisés ont permis d’obtenir des activités inhibitrices intéressantes qui serviront de point de départ lors de futurs travaux. Ces découvertes permettront de mieux cibler certaines fonctionnalisations utiles pour la conception d’inhibiteurs permettant de traiter certaines maladies sensibles aux estrogènes. / For the last few years, there has been an increase in the number of people who receives a diagnosis of estrogenic proliferation induced disease. Among them, there are breast cancers and endometriosis. Although commonly used therapies are effective, several problems persist, including the development of drug resistance, adverse effects associated with the lack of efficacy and destructiveness of these therapies. It is therefore essential to develop alternative treatments to provide more selective and effective therapies. Hormone therapy is an interesting avenue because it could slow down or block the progression of diseases by limiting some of the side effects associated with the current treatments. In fact, the enzyme 17β-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 (17β-HSD1) is a key target for this purpose, since it regulates the formation of the more potent estrogen, estradiol. Thus, inhibition of this enzyme would decrease the levels of intracrine estrogens that bind and activate the estrogen receptors. Based on several studies in this field, several steroidal derivatives have been synthesized in order to provide a potent inhibitor for 17β- HSD1. First of all, numerous functionalized C16-benzyl estrane derivatives were synthesized. These modifications allowed obtaining a series of analogs of our leading 17β-HSD1 inhibitor (PBRM). Then, an oxirane group was added in position 3 of the steroid backbone to evaluate its activity compare to the inhibitor PBRM. The work achieved allowed to increase and discover crucial information on the enzyme. Some synthesized compounds have revealed interesting inhibitory activity, which will serve as a starting point for future work. All the discoveries will provide a better targeting of certains functionalizations in the development of estrogen-sensitive disease treatment.

Les amines homoallyliques sont des synthons clés pour la construction de nombreuses molécules d'intérêt biologique. Du fait de la double liaison carbone-carbone du fragment allylique, facilement fonctionnalisable, elles sont également très utilisées en synthèse organique. Ce travail de recherche s'oriente sur la synthèse d'amines homoallyliques grâce à des complexes de titane. En effet, le couplage réducteur d'imines et de diènes promu par du titane permet la formation d'amines homoallyliques diastéréoisomères syn et anti. La diastéréosélectivité de la réaction est directement affectée par le substituant porté par l'atome d'azote. Selon qu'il s'agit d'un groupement benzyle ou phényle, la sélectivité sera marquée en faveur de l'amine syn ou anti respectivement. De plus, l'ajout de l'acide de Lewis BF3.OEt2 permet de diminuer considérablement le temps de réaction mais également d'inverser la diastéréosélectivité obtenue avec la réaction sans acide de Lewis.L'instabilité des amines homoallyliques durant le processus de purification a permis d'autre part de mettre en lumière un réarrangement cationique 2-Aza-Cope. Ce réarrangement a été appliqué à la synthèse catalytique d'homocrotylamines et d'un acide aminé , insaturé. Ce manuscrit rapporte également la synthèse d'amines homoallyliques par couplage entre des diènes et des dérivés benzotriazole. Ces dérivés génèrent des iminiums qui réagissent plus efficacement que les imines pour former les amines souhaitées. De plus, la réaction effectuée avec des dérivés de type bis(benzotriazole) conduit sélectivement à des homoallyl-(E)- homocrotylamines. Cette réactivité est expliquée par une triple réaction en cascade à savoir : allyltitanation - réarrangement cationique 2-Aza-Cope - allyltitanation.D'autre part, une partie de ce manuscrit s'intéresse à la réaction entre le complexe Ti(NMe2)4 et des dioxocyclames qui forment de nouvelles diamidines macrocyliques. Les propriétés chimiques de ces amidines présentent de nombreux intérêts pour la formation de complexes avec des métaux tels que le Cu, le Ni et le Pd. Les analyses des complexes méritent d'être approfondies afin de déterminer sans ambigüité leur structure et de mieux comprendre le mode de coordination de ces nouveaux macrocycles azotés.

Résumé : Les ostéosarcomes sont des tumeurs malignes osseuses primaires qui affectent principalement les enfants et les adolescents. Les thérapies utilisées depuis les 30 dernières années n'ont malheureusement eu que très peu d'effet sur la survie des patients. Ce projet de doctorat évalue deux stratégies pour contrer certaines dérégulations des cellules d'ostéosarcome humain. La première consiste à abolir leur résistance à l'apoptose avec un alcaloïde d'origine végétale. La seconde consiste à accroître leur différenciation ou à réduire leur prolifération en utilisant des protéines morphogénétiques osseuses (BMPs) et leurs peptides dérivés (pBMPs). La première partie de ce doctorat s'intéresse donc au comportement et à la régulation des cellules d'ostéosarcome en comparaison avec celui des cellules osseuses normales afin d'identifier des cibles potentielles. Elle met l'accent sur trois caractéristiques de l'ostéosarcome: la résistance à l'apoptose, la prolifération incontrôlée des cellules et leur différenciation défectueuse. La sanguinarine, un alcaloïde d'origine végétale, est déjà utilisée pour traiter plusieurs types de cancers (sein et colon). Cet alcaloïde a été choisi pour vaincre la résistance à l'apoptose des cellules d'ostéosarcome. La sanguinarine a éradiqué les deux lignées cellulaires humaines d'ostéosarcome, MG-63 et SaOS-2, d'une manière dépendante du temps et de la dose. Les deux lignées cellulaires se distinguent par des états de différenciation et des taux de prolifération différents. L'alcaloïde induit l'apoptose par les voies extrinsèque et intrinsèque en activant les caspases-8 et -9. La sanguinarine semble agir sur les cellules d'ostéosarcome en fonction de leur potentiel tumorigène. La BMP-2, la BMP-9 et leurs peptides dérivés, pBMP-2 et pBMP-9, ont été utilisés pour contrer la différenciation défectueuse ou la prolifération incontrôlée des cellules d'ostéosarcome. La BMP-2, la BMP-9 et le pBMP-9 activent la phosphorylation des Smads dans les deux lignées cellulaires MG-63 et SaOS-2. Le pBMP-2 n'a eu aucun effet sur ces cellules d'ostéosarcome. Alors que le pBMP-9 agit sur la voie canonique des BMPs, il n'a cependant eu aucun effet significatif sur l'expression des gènes des marqueurs ostéogéniques à 6h. La BMP-2 induit essentiellement la phosphorylation de ERK 112, tandis que la BMP-9 et le pBMP-9 activent la voie p38. De plus, un inhibiteur de MEK1 bloque complètement l'augmentation de la phosphorylation de ERK1/2 induite par la BMP-2 et renforce la phosphorylation de la p38 en présence de BMP-9 ou du pBMP-9. Le traitement avec la BMP-2 ou la BMP-9 et l'inhibiteur MEKI augmente l'expression de gènes codant pour des marqueurs ostéogéniques précoces dans les cellules SaOS-2, tout en inhibant la croissance des cellules MG-63. Ainsi, la sanguinarine ou les BMPs en combinaison avec un inhibiteur MEKI pourraient donner lieu à un traitement anti-cancéreux prometteur. D'autres expériences sont néanmoins nécessaires pour déterminer leurs effets sur les cellules souches cancéreuses. // Abstract : Osteosarcomas are malignant primary bone tumours that normally occur in children and adolescents. Currently used therapies have not measurably improved patient survival rates over the last 30 years. This doctoral research evaluates two strategies for overcoming the major features of osteosarcoma cells. One is to abolish their resistance to apoptosis with a plant-derived alkaloid. The other is to block their defective differentiation or uncontrolled proliferation with bone morphogenetic proteins (BMPs) and peptides derived from them (pBMPs). The first part of this thesis compares the behaviour and regulation of osteosarcoma cells and normal bone cells to identify potential targets. It focuses on three features of osteosarcoma: resistance to apoptosis, uncontrolled cell proliferation, and defective cell differentiation. The plant-derived alkaloid, sanguinarine, is already used to treat several cancers (breast and colon). It was selected to overcome the resistance of osteosarcoma cells to apoptosis. Sanguinarine killed both MG-63 and SaOS-2 human osteosarcoma cells in a time- and dose-dependent manner. These two cell lines have different differentiation states and proliferate at different rates. The alkaloid induces apoptosis through the extrinsic and intrinsic pathways, activating both caspases-8 and -9. Sanguinarine seems to act on osteosarcoma cells depending on their tumourigenic potential. BMP-2, BMP-9, and their derived peptides, pBMP-2 and pBMP-9, were used to overcome the defective differentiation or uncontrolled proliferation of osteosarcoma cells. BMP-2, BMP-9, and pBMP-9 activated the phosphorylation of Smad in both MG-63 and SaOS-2 cells. pBMP-2 had no effect on osteosarcoma cells. While pBMP-9 acted on the canonical BMP pathway, it had no significant effect on the expression of genes encoding osteogenic markers at 6h. BMP-2 mainly increased the phosphorylation of ERK1 /2, while BMP-9 and pBMP-9 activated the p38 pathway. A MEKI inhibitor completely blocked the BMP-2-triggered increase in ERK1/2 phosphorylation and enhanced the phosphorylation of p38 induced by BMP-9 or pBMP-9. Treatment with BMP-2 or BMP-9 and MEKI inhibitor increased the the expression of genes encoding osteogenic markers in SaOS-2 cells, while inhibiting the growth of MG-63 cells. Thus, sanguinarine or BMPs plus a MEK I inhibitor could give rise to a promising anti-cancer treatment. Further experiments are now required to determine their effect on cancer stem cells.

Au cours de cette thèse, j'ai mis au point et validé une voie de synthèse inédite donnant accès à une nouvelle famille de chromophores oligo-péri-naphtyléniques. Notre approche repose sur le couplage de deux briques facilement synthétisables (l'une centrale, l'autre terminale), puis sur une réaction de cyclodéshydrogénation multiple en milieu fortement basique. Aisément fonctionnalisés ensuite par estérification à leurs extrémités, ces colorants présentent un comportement cristallin liquide. Nous avons ainsi réussi à élaborer des cristaux liquides colonnaires absorbant fortement les grandes longueurs d'onde de la lumière visible tout en présentant leur mésophase à température ambiante.

Dans ce mémoire, il sera question de la formation de dérivés pipéridines en utilisant la fragmentation de Grob. Tout d’abord, une introduction sur les alcaloïdes ainsi que sur l’expertise du groupe Charette associée à leur formation démontrera l’importance de ces composés dans le domaine de la chimie organique. Cela sera suivi par un résumé de la fragmentation de Grob incluant les conditions de réactions utilisées, l’importance de la structure de la molécule initiale, les prérequis stéréoélectroniques ainsi que les modifications qui y ont été apportées. Le chapitre 2 sera dédié au développement de la méthodologie c’est-à-dire, à l’optimisation de tous les paramètres jouant un rôle dans la fragmentation de Grob. Par la suite, l’étendue de la réaction ainsi que des explications sur la régiosélectivité et la diastéréosélectivité de la réaction seront fournies. La méthodologie peut être exploitée dans un contexte de synthèse qui sera démontré dans le chapitre 3. De plus, elle servira pour une étude mécanistique qui est encore d’actualité à partir du concept d’effet frangomérique. Finalement, quelques projets futurs, notamment des améliorations possibles de la méthodologie, seront présentés dans le dernier chapitre. Le tout sera suivi d’une conclusion résumant l’ensemble des travaux effectués. / This thesis discusses the formation of piperidine derivatives using the Grob fragmentation. Firstly, an introduction of the important alkaloid family as well as previous work completed by the Charette group towards the synthesis of these compounds will be demonstrated. This will be followed by a summary of the Grob fragmentation including a discussion of the reaction conditions, molecular structures, stereoelectronic requirements and modifications of the Grob fragmentation. Chapter 2 will be dedicated to the development of the methodology and more precisely, to the optimization of all parameters necessary to the reaction. Furthermore, the scope of the reaction and some explanation of the regioselectivity and the diastereoselectivity of the reaction will be discussed. The developed methodology can be used in a total synthesis and will be demonstrated in Chapter 3. Moreover, using the frangomeric effect concept, a mechanistic study on the Grob fragmentation will be discussed. Finally, some future projects, especially possible improvement of the methodology, will be presented in the last chapter. This is followed by a conclusion and a summary of the work completed on this project.

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

Les dérivés aminostéroïdiens analogues de la squalamine ont été largement étudiés pour leur large spectre d’activité sur les bactéries et les champignons multirésistants. Nous avons réalisé la synthèse de nouveaux dérivés aminostéroïdiens et présentant de nombreuses charges positives liées à la présence de groupements azotés, les 3,20-bis(polyaminostéroïdes) analogues de la squalamine. Une étude de la relation structure-activité a démontré l’importance des charges positives induites par la présence d’atomes d’azote dans les chaines carbonées portées par le motif cholestane. Nous avons mis en évidence les mécanismes d’action mis en oeuvre vis-à-vis des bactéries Gram positive et Gram négative. L’étude des activités antifongiques démontre que la squalamine et le dérivé aminostéroïdien DAS-1 possèdent de bonnes activités sur diverses souches de levures impliquées dans de nombreuses fongémies, avec des CMIs variant de 1 à 16 &#956;g/mL. Nous avons étudié les applications potentielles de ces dérivés et démontré que ces dérivés en formulation de pommades à 1% de squalamine et de dérivé 3.20-bis(polyaminostéroïdien) étaient capables de réduire efficacement la colonisation cutanée à S. aureus sur un modèle animal. Il a été démontré que ces dérivés bis(polyaminostéroïdiens) sont également très actifs vis-à-vis de bactérie et de champignons multirésistants isolés des patients mucoviscidosiques. Nous avons testé leur activité en tant qu’agent désinfectant de matériel médical et plus particulièrement les nébuliseurs. La formation de cachets hydrosolubles à base de squalamine, nous a permis de développer un modèle de désinfection simple, rapide et peu onéreux des nébuliseurs contaminés. / Aminosterol derivatives analogues of squalamine possess a broad spectrum activity against multidrug resistant bacteria and fungi. We synthesized a new series of 3,20-bis(polyaminosteroïd) analogues involving a titanium reductive amination possessing numerous positives charges due to the presence of nitrogen groups. The study of relation structure-activity demonstrates that the nature of the amino group attached to the sterol plays a crucial role on antimicrobial activity of these compounds. We had also determined the mechanism of action of bis(polyaminosteroïd) on Gram negative and Gram positive bacteria. The study of antifungal activity of squalamine and aminosterol derivative ASD-1 show a good activity against various yeast responsible of fungal infections, minimal inhibitrice concentration ranging from 1 to 16 &#956;g/mL. We studied a potential application of these compounds in human therapeutic. We evaluated squalamine and related parent-derived ointments (1%) as potential new compounds for S. aureus decolonization in a new mouse model. Using this model we found that squalamine ointment (1%) was able to reduce efficiently S. aureus colonization. Squalamine and bis(polyaminosteroïd) derivatives were actives against multidrug resistant bacteria and fungi isolated from cystic fibrosis patients. We investigated the potential use of squalamine compound in vitro in a nebulizer disinfection model. A formulation of squalamine disinfecting soluble tablets at 2.5 % (W/W) was developed and successfully applied for rapid nebulizer disinfection.

Au cours de cette thèse, j’ai mis au point et validé une voie de synthèse inédite donnant accès à une nouvelle famille de chromophores oligo-péri-naphtyléniques. Notre approche repose sur le couplage de deux briques facilement synthétisables (l’une centrale, l’autre terminale), puis sur une réaction de cyclodéshydrogénation multiple en milieu fortement basique. Aisément fonctionnalisés ensuite par estérification à leurs extrémités, ces colorants présentent un comportement cristallin liquide. Nous avons ainsi réussi à élaborer des cristaux liquides colonnaires absorbant fortement les grandes longueurs d’onde de la lumière visible tout en présentant leur mésophase à température ambiante. / During this thesis, I worked out and validated a novel synthetic route to a new series of oligo-peri-naphthylenic chromophores. Our approach is based on the assembling of two easily accessible building blocks – one central, the other terminal – via a coupling reaction followed by a multiple cyclodehydrogenation in a strongly basic medium. Smoothly further functionalised by esterification at each end, these dyes display a liquid-crystalline behaviour. We succeeded in elaborating columnar liquid crystals that strongly absorb the long wavelengths of the visible light while displaying their mesophase at room temperature.

Les flavonoïdes sont des composés naturels appartenant à la famille des polyphénols, qui sont étudiés depuis de nombreuses années pour leur caractère antioxydant ainsi que leurs propriétés thérapeutique. La mise en évidence, pour certaines d’entre eux, d’une activité vasorelaxante variant en fonction de leur structure, en fait un modèle d’étude de choix pour la prévention des maladies cardiovasculaires. Le 3’,4’-dihydroxyflavonol (DiOHF) est le dérivé le plus décrit pour son fort potentiel en terme de propriétés cardioprotectrices et antioxydantes et est considéré comme un composé d’intérêt dans le traitement anti-ischémique, bien que sa faible solubilité dans l’eau soit un facteur limitant pour son utilisation. Dans ce contexte, notre premier objectif a été de synthétiser une trentaine de dérivés du DiOHF, fonctionnalisés par un groupement hydrophile, tout en préservant ses propriétés antioxydantes et pour certaines des structures obtenues, ses propriétés vasorelaxantes. Pour cela, nous avons développé une méthode de synthèse rapide utilisant les irradiations micro-onde, qui nous a permis d’optimiser les rendements, de réduire les temps de réaction et qui ne conduit à aucune formation de sous-produits. Notre second objectif a été de déterminer l’activité antioxydante de ces dérivés flavonoïques par des tests mettant en œuvre des réactions de compétition avec des radicaux libres. Faisant suite à ce premier screening, des études biologiques chez le rat ont été réalisées sur les composés montrant les meilleures performances. A partir d’essais in vitro et in vivo nous avons démontré, l’innocuité de ces dérivés flavonols, et le fort impact des modifications de structure sur l’activité vasorelaxante et antioxydante, ainsi que sur la récupération fonctionnelle et métabolique consécutive à une ischémie/reperfusion myocardique. Un autre champ d’action de ces flavonols hydrosolubles pourrait être d’explorer leur utilisation dans le traitement du diabète de type 2. Pour cela nous avons greffé deux motifs antidiabétiques, correspondant à des molécules actives déjà utilisées dans le traitement de l’insulinorésistance, sur les dérivés flavonols les plus cardioprotecteurs et/ou vasorelaxants de notre série, ainsi que sur des dérivés de l’acide cinnamique. Ces composés ont été testés pour leur activité antioxydante, laissant supposer un potentiel significativement supérieur aux analogues antidiabétiques non fonctionnalisés, en termes de protection antioxydante et fonctionnelle. / Flavonoids are natural polyphenolic compounds, and epidemiological and pharmacological studies have shown that flavonoids intake is associated with many beneficial effects. An important example is the 3’,4’-dihydroxyflavonol (DiOHF) which showed interesting therapeutic properties in vitro so it could be considered as an important lead compound to the treatment of cardiovascular diseases. However is poor water solubility prevents it use as a drug. Starting from this model we have synthesized a series of new flavones functionalized by a hydrophilic group in order to increase water solubility. To obtain these derivatives we have set up a fast, simple and clean method without formation of by-products, using micro-waves irradiation to optimize yield and to decrease reaction time. Our second purpose was to investigate the antioxidant activity of the synthesized compounds by undergoing several assays. The most promising compounds were tested in biological studies, in vitro and in vivo. The results showed a significant enhancement of the post-ischemic mechanical function recovery in vivo and in vitro. Another purpose was to designed new flavonols linked to selected antidiabetic moieties already used in the treatment of insulinoresistance. It was shown that these new compounds retain the antioxidant properties of the parent flavonols, and can be of interest in the development of new diabete 2 treatments.