Le domaine de l'épigénétique couvre l'ensemble des phénomènes héritables et transmissibles qui interviennent dans l'expression du génome sans modifier la séquence nucléotidique. L'information épigénétique est régulée par les modifications de la chromatine impliquant les histones et l'ADN. La méthylation de l'ADN est un phénomène réversible jouant un rôle crucial dans l'expression des gènes puisque la méthylation des promoteurs de gènes empêche leur transcription. La modulation aberrante de cette marque épigénétique est associée à diverses pathologies telles que le cancer. Cette méthylation étant réversible, elle peut être ciblée afin de reprogrammer la cellule cancéreuse. Les méthyltransferases d'ADN (DNMT), étant les enzymes responsables de la méthylation, représentent la cible principale de notre stratégie de recherche. Leur inhibition par des petites molécules est au centre de nos recherches de thérapies anticancéreuses dont les bases sont représentées par deux catégories d'inhibiteurs de DNMT existant. Les premiers sont des analogues de cytosine qui est la cible de la méthylation. Ils sont connus pour s'intégrer dans l'ADN et former un complexe covalent irréversible avec l’enzyme (complexe suicide) mais ils souffrent d'un manque de stabilité et de certains effets indésirables dus à leur incorporation dans l’ADN. Les seconds sont les inhibiteurs non nucléosidiques qui sont divers et parfois connus pour cibler d’autres enzymes. Ils ont l’avantage de pouvoir être utilisés comme sondes pour comprendre plus précisément le mécanisme d'inhibition mais ils manquent de spécificité et de sélectivité. Au cours de cette thèse, une banque de molécules a été criblée à partir de la combinaison d'un test enzymatique et d'un test cellulaire visant à inhiber ces enzymes. Les synthèses de trois familles de molécules potentiellement inhibitrices de DNMT issus de ce criblage sont décrites en expliquant le chemin de drug design emprunté pour obtenir des informations mécanistiques d’inhibition de la méthylation d’ADN, notamment de réactivité avec la cible. Les découvertes ont été inspirées par des études de modélisation permettant de mettre en évidence une sélectivité de certains inhibiteurs. La synthèse chimique a également abouti à une nouvelle voie de synthèse d’accès aux diaminopyrimidines dont l’impact permet de faciliter les études chimiques de dérivés quinazolines comme inhibiteur non nucléosidiques utiles pour les thérapies anticancéreuses. / Epigenetic is defined as the study of heritable changes in the genes expression without altering the DNA sequence. Two main processes are implicated in this field, the histones modifications and the DNA methylation. By introducing an acetyl or a methyl group on the histone tails or by methylation of DNA, the chromatin state is modified and the gene expression is controlled. Aberrant epigenetic modifications are associated with several diseases, in particular with cancer. In cancer cells, the whole DNA is hypomethylated, thus promoting genome instability, while the promoter region is hypermethylated, inducing silencing of these genes. Overall, these observations indicate that DNA methylation is a central epigenetic process in cancerogenesis. Since DNA methylation is reversible, it is possible to target the methylation process in order to reactivate tumor suppressor genes. The DNA methyltransferases (DNMTs), the enzymes responsible for DNA methylation, use the SAM co-factor at specific CpG sites to product 5-methylcytosine. Three main isoforms (DNMT1, DNMT3A and DNMT3B) are described to ensure efficient methylation process during replication. Two families of DNMT inhibitors already exist, the nucleosidiques analogues are cytidine derivatives and are toxic molecules because of their incorporation into DNA, and the non-nucleosidic analogues are less toxic but also less potent. Our strategy of drug design is based on docking study and high throughput screening (HTS) information. First, novel potent derivatives of reference inhibitors are designed from molecular modelling. Then, three different families of compounds from HTS are described with appropriate structure-activity relationship studies. Mechanistic information on DNA methylation process are described through the discovery of a reactive inhibitor of DNMT3A. The study on a family of hydrazone derivatives of gallic acid is depicted and shows its selectivity for DNMT3A, compared to DNMT1, based on docking study. An alternative chemical pathway to diaminopyrimidines is described and extended to the synthesis of quinazolone in order to synthesize new quinazoline derivatives as potent inhibitors of DNMT. Promising informations are described in this thesis to enrich epigenetic knowledge of tumor genesis and to provide new molecules for anticancer therapy.

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Un certain nombre d’études épidémiologiques ont montré au cours des cinquante dernières années une augmentation des infertilités, des malformations de l’appareil reproducteur masculin et des cancers testiculaires. Une des hypothèses est que, l’exposition durant la vie foetale ou néonatale à des composés présents dans l’environnement capables d’interférer avec le système hormonal (perturbateurs endocriniens), serait responsable de l’augmentation de l’incidence de ces pathologies. Les molécules qui sont suspectées d’avoir des effets néfastes à long terme sur le tractus génital mâle possèdent des activités de type estrogénique ou antiandrogénique. Parmi les mécanismes impliqués dans l’effet à long terme, un certain nombre d’auteurs mettent en avant l’intervention de mécanismes de type épigénétiques. Dans ce contexte, nous avons utilisé deux types de modèles expérimentaux reposant sur l’exposition développementale de rats à ces composés : un modèle d’exposition néonatale à un estrogène (estradiol benzoate) et un modèle d’exposition foetale à un antiandrogène (flutamide). Les deux modèles expérimentaux induisent chez le rongeur un phénotype d’hypospermatogenèse. Dans le cas de l’exposition néonatale à l’estradiol benzoate nous montrons que l’hypospermatogenèse observée chez les animaux à l’âge adulte est due à l’activation chronique de l’apoptose des cellules germinales testiculaires. Cette apoptose mettrait en jeu, par un mécanisme post-transcriptionnel, la diminution à long terme de l’expression de protéines clés de la machinerie épigénétique de méthylation de l’ADN, les ADN méthyltransférases (DNMT 3A, 3B et 1), et du facteur antiapoptotique, MCL-1. D’un point de vue fonctionnel, la chute d’expression des DNMTs se traduit notamment par l’augmentation d’expression des éléments transposables LINE-1 et du gène Ibtk normalement contrôlés par méthylation de l’ADN. En amont, la chute d’expression des DNMTs et de MCL-1 serait dépendante de l’augmentation d’expression d’autres effecteurs épigénétiques, les microRNAs de la famille miR-29. Dans le cas de l’exposition in utero au flutamide, notre travail indique que l’apoptose chronique des cellules germinales serait liée à la diminution à long terme de l’expression des inhibiteurs d’apoptose cIAP1 et cIAP2, et une augmentation d’expression de leur inhibiteur SMAC/DIABLO. En revanche, l’absence de mort des cellules somatiques testiculaires (Sertoli et Leydig) dans ce modèle serait due à l’augmentation d’expression spécifiquement dans ces cellules des inhibiteurs d’apoptose XIAP et SURVIVIN. Par ailleurs, le phénotype d’apoptose observé à l’âge adulte impliquerait également une altération précoce de l’expression des DNMTs. En conclusion, nous apportons une réponse mécanistique au phénotype de programmation foetale/néonatale d’apoptose des cellules germinales testiculaires adultes. En effet, l’augmentation des miR-29s provoquerait : (1) une chute d’expression des DNMTs altérant ainsi le profil de méthylation des gènes, et (2) une chute d’expression de facteurs protégeant les cellules germinales contre l’apoptose comme le facteur MCL-1. / During the five past decades, a number of epidemiological studies have indicated a higher incidence of infertility problems, male reproductive tract abnormalities and testicular cancers. Among the different hypotheses proposed, fetal or neonatal exposure to environmental compounds that can interfere with endocrine system, termed endocrine disruptors, may be at the origin of the rising incidence of these diseases. The molecules that are supposed to have long term adverse effects on the male genital tract have estrogenic or antiandrogenic properties. Some authors have suggested that the long term effects of endocrine disruptors could be mediated through epigenetic mechanisms. In this context, we have used two types of experimental models based on developmental exposure to these compounds: one model of neonatal exposure to an estrogen (estradiol benzoate) and another model of fetal exposure to an antiandrogen (flutamide). The two experimental models induce a phenotype of hypospermatogenesis in rodents. In the context of neonatal exposure to estradiol benzoate we show that the hypospermatogenesis observed in adult animals is the consequence of a chronic activation of the apoptotic process of testicular germ cells. This cell death process seem to involve the decrease of the key epigenetic effectors of DNA methylation machinery DNA methyltransferases (DNMT3A, 3B & 1), and of the antiapoptotic protein MCL-1 through post transcriptional mechanisms. In term of functional consequences the decrease of DNMTs proteins leads to increased expression of transposable element LINE-1 and Ibtk gene that are normally controlled by DNA methylation. Upstream DNMTs and MCL-1 decrease may be triggered by the increase of other epigenetic factors, the microRNAs belonging to miR-29 family. Concerning in utero exposure to flutamide, our work indicate that the chronic apoptotic process of germ cells may be linked to long term decrease of the inhibitors of apoptosis cIAP1 & 2, and an increase of proapoptotic factors SMAC/DIABLO. On the other hand, the lack of testicular somatic cell death in this model may be the result of higher expression of inhibitors of apoptosis XIAP and SURVIVIN in these cells. Besides, the apoptotic process observed at the adult age may also involve a precocious alteration of DNMTs expression. In summary, our work provides a mechanistic view to the fetal/neonatal programming of adult germ cell death. Indeed, the increased levels of miR-29s may induce: (1) a decrease in DNMTs expression levels that consequently could alter the methylation pattern of some genes, and (2) a decrease in factors that normally prevent germ cells death such as MCL-1.

La plasticité cérébrale pathologique qui se met en place en réponse à l'administration répétée de drogue nécessite des modifications de l’expression des gènes, au moyen,entre autres, de mécanismes épigénétiques tels que la méthylation de l’ADN. Dans ces travaux, nous avons montré que l’inhibition des ADN méthyl transférases par la 5-aza-2’-désoxycytidine augmentait les propriétés renforçantes de la cocaïne dans un protocole d’auto-administration intraveineuse, et ce, sans affecter la motivation des rats pour la cocaïne, ni la réactivation du comportement de recherche après une période de sevrage.L’analyse du méthylome dans le cortex préfrontal médian nous a permis de caractériser près de 190000 régions génomiques différentiellement méthylées suite au traitement par la cocaïne, en association ou non avec la 5-aza-2’-désoxycytidine. Nous avons sélectionné une vingtaine de régions situées soit dans les promoteurs soit au sein de gènes participant à la plasticité neuronale. L’analyse de la transcription de ces gènes a permis, pour certains d’entre eux, de corréler les variations de méthylation avec celles d’expression, comme dans le cas du gène Hdac2. / Repeated drug administration lead to pathological brain plasticity that requires modifications of gene expression through, among others, epigenetic mechanisms such DNA methylation. Here, we showed that DNA methyltransferases inhibitors such 5-aza-2’-deoxycytidine increase reinforcing properties of cocaine in an intravenous self administration paradigm without affecting the motivation of rats for the drug, nor drug seeking after withdrawal. The analysis of the methylome in the medial prefrontal cortex allowed us to identify approximatively 190000 differentially methylated genomic regions in response to cocaine treatment, in association or not with 5-aza-2’-deoxycytidine. We selected around twenty regions within promoters or body of genes known to participate in neuronal plasticity. The study of the transcription of these genes permitted for some of them to correlate the modifications of the DNA methylation with the modifications of the expression, like, for example, in the case of the gene Hdac2.