Les modifications épigénétiques participent au contrôle de l'expression génique. Il a été montré que la méthylation des désoxycytidines (dC) de l'ADN joue un rôle clé dans la régulation épigénétique chez les mammifères. Cette modification correspond à la marque épigénétique la plus stable. Elle a lieu sur des résidus CpG regroupés en ilôts, essentiellement situés au niveau des séquences promotrices, des séquences répétées et des séquences encadrants les ilôtsCpG. L'hyperméthylation des promoteurs induit une inhibition de l'expression des gènes, tandis qu'une hypométhylation est associée à une expression. Les enzymes responsables de la méthylation de l'ADN sont les méthyltransférases d'ADN (DNMTs). Deux familles de DNMTscatalytiquement actives ont été identifiées: on distingue la DNMT1, principalement responsable de la maintenance de la méthylation de l'ADN lors de la réplication, et les DNMT3A et 3B, qui sont responsables d'une méthylation de l'ADN dite de novo. L'altération des profils de méthylation de l'ADN conduit à diverses maladies telles que le cancer. Les cellules cancéreuses présentent souvent un profil de méthylation de l'ADN différent des cellules saines, on observe en particulier une hyperméthylation spécifique des gènes dits suppresseurs de tumeur. Une restauration de leur expression par l'inhibition de la méthylation de l'ADN représente ainsi une stratégie thérapeutique attrayante. Plusieurs inhibiteurs de DNMTs ont été décrits et deux analogues de nucléosides sont approuvés par la FDA pour traiter certaines leucémies: la 5-azacytidine (VidazaTM) et la 5-azadeoxycytidine (Dacogene(r)). Notre laboratoire développe depuis plusieurs années de nouveaux inhibiteurs non nucléosidiques de DNMTs qui ciblent leur site catalytique. J'ai étudié ici les effets pharmacologiques de ces inhibiteurs catalytiques des DNMTs, en utilisant plusieurs lignées cellulaires cancéreuses (issues d'une leucémie, d'un lymphome et d'un cancer du côlon). J'ai utilisé pour cela différentes technologies permettant d'analyser la méthylation de l'ADN, l'accessibilité de la chromatine, les modifications des histones et l'expression des gènes. Ces nouvelles thérapies épigénétiques visent à la reprogrammation des cellules cancéreuses, c'est pourquoi j'ai exploré les modifications à long terme induites par ces nouveaux composés. Nous avons montré que ces composés sont des inhibiteurs puissants de DNMT3A et qu'ils sont capables d'induire l'expression d'un gène raporteur (la luciférase) sous le contrôle du promoteur CMV, par une déméthylation de ce promoteur et une ouverture de la chromatine. Enfin, ces nouveaux inhibiteurs de DNMTs déméthylent la région promotrice de gènes suppresseurs de tumeurs et induisent leur ré-expression. / Epigenetic modifications participate to the control of gene expression. Methylation of deoxycytidines (dC) in the DNA was shown to play a key role in epigenetic regulation in mammals. It is the most stable epigenetic mark and occurs at CpG sites, which are grouped in islands and essentially located in promoters, repeated sequences and CpG island shores. Hypermethylation of promoters induces gene silencing while hypomethylation is associated to gene expression. Enzymes responsible for DNA methylation are the DNA methyltransferases (DNMTs). Two families of catalyticallyactive DNMTs have been identified: DNMT1, mainly responsible for DNA methylation maintenance during replication; and DNMT3A and 3B that perform de novo DNA methylation and support maintenance. Alteration of DNA methylation patterns lead to various diseases such as cancer. Cancerous cells often present aberrant DNA methylation, in particular a specific hypermethylation of tumor suppressor genes is observed. Restoring their expression by inhibition of DNA methylation represents an attractive therapeutic strategy. Several DNMTs inhibitors have been described. Two nucleoside analogs are FDA approved to treat leukemia: 5-azacytidine (VidazaTM) and 5-azadeoxycytidine (Dacogene(r)). Our laboratory develops since several years new inhibitors of DNMT, non-nucleoside analogs, targeting the catalytic site. Here, I studied the pharmacological effects of these DNMTs catalytic inhibitors using several cancer cell lines (leukemia, lymphoma and colon cancer) and different technologies to follow DNA methylation, chromatin accessibility, histone modifications and gene expression. Since epigenetic therapies aim at the reprogramming of cancer cells, I explored the long-term modifications induced by the compounds. We show that these novel compounds are potent inhibitors of DNMT3A and able to induce the expression of a reporter gene (luciferase) under the control of a methylated CMV promoter by demethylation of the promoter and opening of the chromatin. Finally, these new DNMTs inhibitors demethylate the promoter region of tumor suppressor genes and induce their re-expression.

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.