Fibroblast growth factors (FGFs) constitute a family (currently FGF-1 to FGF-23) of polypeptides that are essential in embryonal development and adult physiology, in animals from nematodes to humans. FGFs bind to four receptor tyrosine kinases, denoted FGFR-1 to FGFR-4. For proper function, the FGFs and their receptors depend on specific polysaccharide co-receptors, denoted heparan sulfate (HS). This thesis describes HS regulation of FGFR-1 signal transduction using blood vessel endothelial cells as a model. We have determined HS structural features, necessary for FGF-2 induced FGFR-1 activation, using chemically modified heparin, which is structurally related to HS. Modified heparin, lacking sulfation at the 6-O position was inhibitory for FGFR-1 kinase activation and FGF-2 induced angiogenesis. Inhibition of blood vessel formation using modified heparin could be useful in treatment of diseases characterized by excess blood vessel formation. The critical role of HS sulfation for proper growth factor function was further underscored using an embryonal stem (ES) cell model. ES cells lacking expression of two isoforms of N-deacetyl N-sulfotransferase, NDST-1 and –2, failed to undergo embryonal development and to establish a vascular system. Exogenous heparin could not support development, but HS delivered from other ES cells allowed formation of primitive vessels and subsequent sprouting angiogenesis. We have, furthermore, shown that the mechanism whereby HS supports FGF receptor activation is qualitative, as well as quantitative. Kinase activity could be induced by FGF-2 in the absence of HS, but this allowed only selected phosphorylation. In the presence of HS, the kinase activity was stabilized, allowing a broader spectrum of phosphorylation of sites on the FGF receptor itself as well as on cytoplasmic substrates. Finally, using selected microarrays, we have examined the potential regulation of enzymes in the HS biosynthesis pathway and of different proteoglycans to which HS is attached. Overall, we found no evidence for dramatic regulation on the transcriptional level, but could identify specific upregulation of HS proteoglycan syndecan-2, during blood vessel formation in vitro. In conclusion, our studies demonstrate selective and complex regulation of HS synthesis and structure, essential in guiding growth factor function during health and disease.

Energy-Coupling-Factor (ECF)-Transporter sind Aufnahmesysteme für Vitamine und Übergangsmetallkationen in Prokaryoten. Sie bestehen aus den zwei unverwandten Membranproteinen S und T sowie einem Paar ABC-ATPasen (A). Die S-Einheit vermittelt die Substratspezifität. Die Kombination aus der T- und den A-Einheiten wird als ECF bezeichnet. In dieser Arbeit wurden Fragen zur kontrovers diskutierten Stöchiometrie der Untereinheiten von ECF-Transportern sowie zur zuvor postulierten Substrattransport-Funktion einzelner S-Komponenten auch ohne ECF untersucht. Dazu wurden der ECF-Biotintransporter BioMNY, mehrere natürlicherweise in Organismen ohne ECF existierende biotinspezifische S Einheiten (BioY) sowie zwei Vertreter der metallspezifischen ECF-Systeme genutzt. Die S-Einheit BioY des dreiteiligen Biotinimporters lag in vitro als Monomer und Dimer vor. Oligomeres BioY wurde außerdem in lebenden Bakterienzellen beobachtet. „Pull-down“-Experimente zeigten, dass die T Komponente BioN im BioMNY-Komplex zum Teil als Dimer vorlag. Wachstumsuntersuchungen bestätigten die Transportfunktion von acht solitär vorkommenden BioY. Die in vitro auch für diese BioY-Proteine nachgewiesene Dimerisierung könnte die Transportfunktion von BioY ohne ECF erklären. Die metallspezifischen S Einheiten CbiM/NikM interagieren mit für die Transportfunktion essentiellen, zusätzlichen Transmembranproteinen (N) und zeichnen sich durch eine Topologie mit sieben Transmembranhelices und einem extrem konservierten, weit in das Proteininnere hineinragenden N-Terminus aus. Die Metallbindestelle besteht aus vier Stickstoffatomen von Met1, His2 und His67 und wird durch ein Netz aus Wasserstoffbrückenbindungen stabilisiert. Die Transport¬funktion von CbiMN bzw. Nik(MN) ohne ECF wurde in vivo mittels des nickelabhängigen Enzyms Urease als Indikator für die intrazelluläre Nickelkonzentration verifiziert. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt ist die Funktion der für den Transport essentiellen N-Komponente jedoch noch unklar. / Energy-coupling factor (ECF) transporters are uptake systems for vitamins and transition metal cations in prokaryotes. They consist of the two unrelated membrane proteins S and T, and a pair of ABC ATPases (A). The S unit mediates substrate specificity. The combination of the T and the A units is called ECF. In this thesis the controversially discussed stoichiometry of the subunits of ECF transporters and the postulated substrate transport function of solitary S units without ECF were analysed. For this purpose, the biotin-specific ECF transporter BioMNY, several biotin-specific S units (BioY) encoded in organisms lacking any recognizable ECF and two metal-specific ECF transporters were used. The S unit BioY of the tripartite biotin importer existed in vitro as monomer and dimer. Furthermore, oligomeric BioY was observed in living bacterial cells. Oligomerisation of a part of the T unit BioN in the BioMNY complex was shown by “pull-down”- experiments. Growth analyses confirmed the transport function of eight solitary BioY proteins. The dimerisation, also proved for these solitary BioY proteins in vitro, could be an explanation for the transport function of BioY without ECF. The metal-specific S units CbiM/NikM interact with additional and for the transport function essential transmembrane proteins (N). The S units consist of seven transmembrane helices and an extremely conserved N-terminus, which extends deeply into the protein. The metal-binding site consists of four nitrogen atoms from Met1, His2 and His67 and is stabilised by a series of hydrogen bonds. The transport function of CbiMN and Nik(MN) without ECF was verified respectively in vivo using the nickel-depending enzyme urease as an indicator for intracellular nickel concentration, respectively. However, the role of the N component, which is essential for transport activity, is currently under investigation.

La tesi que porta per títol "Theoretical Study of the Basicity and the Redox Properties of Heteropolyanions" ofereix informació complementària a la comunitat científica relacionada amb la química de coordinació amb metalls de transició en general, i particularment a experts en òxids metàl·lics d'elevada nuclearitat, o polioxometal·lats (POMs). Els POMs poden encapsular selectivament espècies iòniques i catalitzar força reaccions orgàniques, també són agents blanquejadors de la polpa de fusta respectuosos amb el medi ambient, funcionen com a membranes, sensors, etc. En el futur, podrien ser aplicats amb èxit en medecina ja que estan sent testats com a agents antivirals. La llista de possibles aplicacions és interminable. Sigui com sigui, molts grups estan treballant per explotar les propietats d'aquests òxids metàl·lics. Per tant, un coneixement acurat de les propietats fonamentals dels POMs és necessari si els experimentalistes volen desenvolupar noves tecnologies.La pràctica totalitat dels resultats presentats en la memòria han estat obtinguts amb mètodes de càlcul mecano-quàntics d'alt nivell. La tècnica més àmpliament utilitzada ha estat el mètode relacionat amb la teoria del funcional de la densitat. Aquesta eina, d'ús rutinari des de fa uns pocs anys, s'ha convertit en la preferida per al càlcul de sistemes de gran mida com els POMs. Els principals temes abordats en aquest treball estan relacionats amb l'estructura electrònica d'alguns heteropolianions (HPAs). Aquests es caracteritzen per posseir dos tipus estructurals d'àtoms a part dels lligands oxo: el(s) central(s) i els perifèrics. Dintre d'aquest subgrup dels POMs, s'han investigat les propietats de les dues estructures més comuns: l'anió de Keggin (XM12O40n) i el de WellsDawson (X2M18O62m), així com alguns derivats. Han estat estudiades sèries amb diferents metalls perifèrics (anomenats addenda), metalls centrals (heteroàtoms), isòmers i estructures, de manera que s'han traçat conclusions valuoses i extrapolables a altres sistemes no estudiats. Aquesta classe de POMs presenta una seqüència d'orbitals moleculars peculiar. Els seus orbitals frontera han estat analitzats detalladament per un grup ampli de compostos. S'ha posat especial èmfasi en conèixer la relació entre els orbitals metàl·lics (normalment buits) i les propietats redox dels HPAs. Un dels èxits del treball ha estat explicar de forma inequívoca i general les tendències en els potencials de reducció segons la composició química d'una espècie, així com el comportament dels electrons metàl·lics―(des)localització. Val a dir que, en la gran majoria dels casos, s'ha trobat una concordància molt bona amb les dades experimentals.El segon gran tema abordat en la tesi és la basicitat dels HPAs. En un compost tipus XxMmOyn existeixen diverses posicions oxo, les quals no sempre són equivalents químicament. La seva basicitat pot ésser, doncs, diferent. Un estudi realitzat sobre una sèrie de compostos amb metalls mesclats ha donat escales relatives de basicitat, estimades a partir de la funció potencial electrostàtic, així com a partir d'energies de protonació. S'ha mostrat que els lligands oxo bicoordinats a metalls solen ser els més bàsics, mentre que els oxígens terminals són, generalment, els menys bàsics. Els processos de dimerització en anions de Keggin solen tenir lloc en medi àcid. Aquests passen per una protonació dels monòmers i s´han abordat en dos casos. L'objectiu era mostrar possibles mecanismes de reacció del procés.El tractament teòric dels POMs és encara en la seva etapa inicial, probablement per les dificultats intrínseques associades al càlcul d'aquestes espècies. Aquestes són, des del punt de vista computacional, molècules grans. A més, degut a que són òxids de metalls de transició, acostumen a ser anions altament carregats amb, de vegades, estats electrònics de capa oberta. Els resultats recopilats en la tesi són una prova de que el DFT ha estat hàbilment aplicat a l'estudi dels POMs. / The thesis titled "Theoretical Study of the Basicity and the Redox Properties of Heteropolyanions" offers complementary information to the scientific community concerned to coordination chemistry with transition metals in general, and particularly to experts in high-nuclearity metal oxide compounds. They are the so-called polyoxometalates (POMs). POM species can encapsulate selectively some ionic species as well as catalyse many organic reactions. They are also environmentally-friendly wood pulp bleaching agents, they work as membranes, sensors, etc. In the close future, they could be successfully applied to medicine since they were tested as antiviral agents. The full list of possible applications is endless. Be that as it may, many groups are working with the aim of exploiting the properties of these metal oxides. Thus, an accurate knowledge of their fundamental properties is necessary if experimentalists are to develop new POM-related technologies.The great majority of the results presented in the thesis were obtained by means of high-performance quantum-mechanics computational methods. The most amply utilised tool in this study was the method derived from the density function theory. This tool, only recently utilised routinely, has arisen as the preferred one for computing molecular systems of large size as POMs are. The main topics studied in this work are related to the electronic structure of some heteropolyanions (HPAs). They are characterised by possessing two structural types of atoms, a part from oxo ligands: the central and the peripheral atoms. Within this subset of POMs, the two most common structures were studied: the Keggin (XM12O40n) and the WellsDawson (X2M18O62m) anions, and some of their derivatives, as well. Large series of compounds with varying peripheral atoms (also known as addenda), central metals (heteroatoms), isomers and frameworks, so that we traced valuable conclusions, extrapolable to other systems not studied here. This class of POMs features a particular molecular orbitals sequence. Their frontier orbitals were carefully analysed for a wide set of compounds. We especially stressed the connection between the metal orbitals (normally empty) and the redox properties of HPAs. One of the successes of the work was to explain unequivocally and in a general way the trends in the reduction potentials depending on the chemical composition of a given species, as well as the behaviour of metal electrons―(de)localisation. It is worth noting that, in virtually all cases, we found a fair accordance of our results with experimental data.The second great topic studied in the thesis is the basicity of HPAs. In a compound like XxMmOyn there exist different oxo positions which are not always chemically equivalent. Their basicity might be, then, different. The study carried out for a series of mixed-addenda molecules gives relative basicity scales, estimated from the electrostatic potential function and from protonation energies. It has been showed that the oxo ligands coordinated to two metals are more basic than terminal position, which in general are the least basic. The dimerisation processes in Keggin anions take place, normally, in acidic media. They occur after protonation of the monomers and were investigated for two cases. The goal was to show possible reaction mechanisms for the process.The theoretical treatment of POMs is still in its initial steps, probably due to the intrinsic difficulties associated to the calculation of such species. They are, from a computational point of view, large molecules. In addition, because they are transition-metal oxides, they are highly charged anions that, sometimes, display open-shell electronic states. The compilation of results of the thesis is a proof that the DFT have been skilfully applpied to the study of POMs.

Mécanismes d’activation et conséquences fonctionnelles de la dimérisation des récepteurs aux chimiokines<p><p>Les chimiokines sont de petites protéines qui régulent la migration des cellules immunitaires. Elles exercent leur action en se liant à des récepteurs appartenant à la famille des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) dont la fonction est intimement liée à la régulation des cellules immunitaires. Notre laboratoire étudie depuis plusieurs années les relations reliant la structure et la fonction des récepteurs aux chimiokines. Ces dernières années, un nouveau concept est venu révolutionner le mode de fonctionnement des RCPGs. En effet, des travaux ont montré que la plupart des RCPGs sont capables de former des dimères. Le but de cette thèse de doctorat est d’étudier de manière systématique la dimérisation des récepteurs aux chimiokines et d’analyser les conséquences fonctionnelles de la dimérisation. <p><p>Dimérisation des récepteurs humains aux chimiokines et conséquences fonctionnelles<p><p>En utilisant une technique biophysique basée sur un transfert d’énergie de luminescence (BRET) nous avons montré au cours de ce travail de thèse que les récepteurs CCR1, CCR2, CCR5, CCR7 et CXCR4 sont capables de former des homodimères et des hétérodimères. De plus, une dimérisation entre ChemR23, dont le ligand naturel, la chémérine, est structurellement différent des chimiokines, et les récepteurs CCR7 et CXCR4, a également été identifiée. <p><p>D’un point de vue fonctionnel, des expériences réalisées au laboratoire dans le cadre d’un autre travail de thèse ont identifié une forme de compétition croisée entre CCR2, CCR5 et CXCR4 où la liaison de ligands (agonistes ou antagonistes) spécifiques de l'un des deux récepteurs inhibe la liaison des ligands spécifiques de l’autre. Ces effets ont été démontrés sur des cellules recombinantes mais aussi sur des cellules immunes et dans un modèle in vivo. (El-Asmar, 2005; Springael, 2006; Sohy, 2007; Sohy, 2009). Au cours de ce travail, nous nous sommes dans un premier temps focalisés sur les <p>hétéromères de ChemR23 avec CXCR4 et CCR7 et nous avons ensuite étudié plus en profondeur les hétéromères de CCR7. Concernant la dimérisation de ChemR23 avec les récepteurs aux chimiokines CCR7 et CXCR4, nous avons pu mettre en évidence une coopérativité négative de liaison entre les agonistes des récepteurs comme cela avait pu être démontré pour CCR2/CCR5/CXCR4. Par contre, nous n’avons observé aucun effet de compétition hétérologue ou d’inhibition fonctionnelle croisée de l’AMD3100 sur ChemR23 quand il est coexprimé avec CXCR4. De manière additionnelle, nous avons pu observer cette compétition croisée sur des cellules dendritiques murines immatures, démontrant l’existence des effets de l’hétérodimérisation lorsque les récepteurs sont exprimés à un niveau physiologique. Lors de l’étude approfondie des hétéromères de CCR7, nous avons montré que les conséquences fonctionnelles de l’hétérodimérisation de CCR7 sont différentes suivant le récepteur avec lequel il interagit. Pour l’hétérodimère CCR7/CCR2, nous avons identifié une forme de compétition croisée, où la liaison de ligands spécifiques de l'un des deux récepteurs inhibe la liaison des ligands spécifiques de l’autre, rejoignant les effets mis en évidence pour les hétéromères CCR2/CCR5/CXCR4. Ensuite, nous avons montré pour l’hétérodimère CCR7/CCR5 que les ligands de CCR7 sont capables d’inhiber la liaison des ligands spécifiques sur CCR5 mais que l’inverse n’est pas vrai. Enfin, pour l’hétérodimère CCR7/CXCR4, nous n’avons pas pu mettre en évidence d’inhibition croisée, que ce soit dans un sens ou dans l’autre. D’autre part, un effet inhibiteur de CCR7 a également été identifié pour les hétéromères CCR7/CCR5 et CCR7/CXCR4. Nous avons pu montrer que l’expression de CCR7 exerce un effet négatif sur la réponse fonctionnelle de certains récepteurs hétérologues comme CCR5 et CXCR4 mais pas CCR2 ou ChemR23.<p><p>L’ensemble de ces données permet de mieux comprendre les interactions entre récepteurs et pourrait mener à l’identification de nouvelles cibles pour les programmes de recherche de molécules thérapeutiques, qui, jusqu’à présent, ciblaient presque exclusivement un seul et unique récepteur.<p><p>Etude du mécanisme d’activation du récepteur CCR5 et étude de la relation entre activité constitutive et dimérisation.<p><p>De nombreux travaux ont été menés ces dernières années afin de mieux comprendre les mécanismes moléculaires à la base de l’activation des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG). Il apparaît que les RCPGs peuvent se trouver dans plusieurs états conformationnels, dont certains sont favorisés par la présence d’agonistes ou d’antagonistes, ou encore d’anticorps reconnaissant des épitopes conformationnels. Certaines mutations peuvent également induire la stabilisation de certaines conformations, actives ou inactives. Pour les RCPGs appartenant à la famille de la rhodopsine, il en a résulté un modèle selon lequel les récepteurs sont maintenus dans une conformation inactive par un ensemble d’interactions ioniques impliquant l’arginine (R3.50) d’un motif DRY conservé, présent à l’extrémité cytosolique du troisième segment transmembranaire. Les interactions responsables de ce qu’on appelle le « DRY-lock » feraient intervenir notamment l’aspartate (D3.49) adjacent de l’arginine et un aspartate ou glutamate (D/E6.30) localisé au sein de l’hélice 6. Selon ce modèle, la liaison d’un agoniste, ainsi que certaines mutations, favoriseraient la rupture de ces interactions ioniques, et une conformation permettant aux récepteurs de se coupler plus efficacement aux protéines G. Des résultats du laboratoire indiquent cependant que ce modèle ne serait pas transposable complètement au récepteur CCR5. <p><p>CCR5 possède intrinsèquement une activité constitutive en absence d'agoniste. Cette activité peut être mise en évidence par l'action d'un des antagonistes de CCR5, le TAK-779, qui s'est révélé posséder une activité de type agoniste inverse. D'autre part, CCR5 possède au sein de l'hélice 6 une arginine en position 6.30 et non pas un glutamate ou un aspartate. Une arginine à cette position ne peut donc contribuer au maintien d’une conformation inactive par interaction avec R3.50 .Dans le but de tester le modèle de « DRY-lock » sur CCR5 et de mieux comprendre les interactions moléculaires impliquées dans l’activation du récepteur, plusieurs récepteurs mutants ont été construits au laboratoire. Tout d’abord, l’arginine 3.50 du motif DRY a été mutée en Asn (R3.50N) afin de rompre les interactions ioniques de ce résidu. L’aspartate 3.49 a été muté en Asn (D3.49N) ou en Val (D3.49V), afin de neutraliser une des interactions du « DRY-lock » (Lagane, 2005). L’arginine 6.30 a été mutée d’une part en Asp (R6.30D) ou en Glu (R6.30E), afin de rétablir une possibilité d’interaction avec R3.50, d’autre part en Ala (R6.30A) et en Gln (R6.30Q) afin de mieux cerner le rôle de la charge de l’arginine. Afin de tester l’hypothèse d’interaction entre le résidu 6.30 et le résidu 2.40, l’aspartate 2 .40 a été mutée en Ala (D2.40A) ou en Arg (D2.40R) et des récepteurs présentant les deux mutations ont également construits (D2.40A/R6.30A et D2.40R/R6.30D). L’ensemble des résultats obtenus par l’analyse de ces mutants a permis de montrer que la nature des interactions entre l’extrémité cytosolique des hélices 3 et 6 influence l’activité du récepteur CCR5 (Springael, 2007). Une interaction forte conduit à une forme de récepteur inactif alors qu’une interaction faible s’accompagne d’une augmentation d’activité constitutive. Cette propriété de CCR5 serait donc partagée avec d’autres récepteurs appartenant à la famille de la rhodopsine. Cependant les interactions inter-hélice stabilisant ces conformations seraient différentes pour CCR5. D’autre part, l’étude de la position 2.40 laisse supposer l'importance du résidu aspartate 2.40 dans le maintien d'une conformation permettant l'activité constitutive du récepteur. Nous avons également testé s’il existait une corrélation entre activité constitutive et capacité du récepteur CCR5 à former des dimères, mais les résultats ne nous ont pas permis de mettre en évidence une quelconque relation entre activité et dimérisation.<p><p> <p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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Les canaux potassiques sensibles à l'ATP (KATP) jouent un rôle primordial dans plusieurs processus cellulaires. La modulation de ces canaux par des molécules activatrices constituerait des applications pharmacologiques et médicinales très intéressantes. À cet effet nous avons conçu et synthétisé de nouvelles molécules hybrides cromakalim-diazoxide et diazoxide-amine/aminoacide. Nous avons également, évalué l'activité myorelaxante de ces composés sur l'aorte de rates. Les résultats obtenus ne montrent pas un effet myorelaxant significatif. Des études sur d'autres tissus, notamment les cellules β pancréatiques et le muscle utérin, sont envisagées afin d'explorer une éventuelle sélectivité tissulaire. Par ailleurs, les interactions protéine-protéine jouent un rôle fondamental dans presque tous les processus cellulaires. Elles sont fortement impliquées dans la formation de la structure dimérique de la protéase du VIH-1 et l'agrégation du peptide β amyloïde impliquée dans la maladie d'Alzheimer. L'inhibition de ces interactions serait donc d'un avantage thérapeutique pour le traitement du SIDA et de la maladie d'Alzheimer. Nous avons conçu et synthétisé d'une part, des pinces moléculaires à base de motifs carbonylhydrazides et oligohydrazides (Azatide), et d'autre part, des molécules pentapeptidiques avec un peudoaminoacide central alcoolfluoré. Enfin, nous avons testé la capacité des pinces moléculaires à perturber le feuillet β terminal de la PR du VIH-1 afin d'inhiber sa dimérisation et donc son activité. Nous avons réalisé de même une étude de relation structure-activité et d'après l'ensemble des résultats obtenus, il semblerait que la flexibilité est délétère pour l'activité inhibitrice. Nous avons également évalué la capacité des nouvelles molécules peptidomimétiques alcool fluorées à accélérer ou inhiber l'agrégation du peptide Aβ1-42 dans le but de diminuer la présence de petits oligomères neurotoxiques. Les résultats obtenus sont très prometteurs, nous avons réussi à développer d'une part un pentapeptide capable d'inhiber totalement l'agrégation de Aβ1-42, et d'autre part des pseudopentapeptides capables d'accélérer son agrégation. Nous avons aussi démontré l'influence de l'atome de fluor sur la structuration d'un pentapeptide. Des études par RMN et DC sont en cours.

Le système endothéline (ET) est activé en condition d’hypertension pulmonaire (HTP). L’efficacité des antagonistes des récepteurs à l’ET a clairement été démontrée et a menée à l’approbation clinique de tels antagonistes dans le traitement de l’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP). Toutefois, il existe présentement un important débat opposant l’utilisation d’un antagoniste sélectif des récepteur ETA à l’utilisation d’un antagoniste double ETA/ETB dans le traitement de cette pathologie. Bien que nous sachions que le système ET est activé et contribue à l’HTAP, les modifications locales de ce système induites par la pathologie, particulièrement au niveau des artères de résistance pulmonaires, demeurent inconnues. De plus, l’impact de ces modifications sur la réponse pharmacologique aux divers antagonistes des récepteurs à l’ET (sélectifs versus double) est d’une importance capitale. Ainsi, le but de la première étude de cette thèse était d’évaluer les modifications potentielles de la pharmacologie du système ET au niveau des artères de résistance pulmonaires induites par l’HTAP. Dans cette étude, nous avons démontré qu’en condition contrôle l’antagoniste sélectif ETA et l’antagoniste double n’ont eu aucun effet sur la réponse vasoconstrictrice à l’ET-1. Toutefois, en condition d’HTAP, les antagonistes sélectif et double ont tous deux été en mesure de réduire la vasoconstriction pulmonaire induite par l’ET-1. Une diminution importante de l’expression génique du récepteur ETB pourrait être à l’origine de cette modification du profil pharmacologique des antagonistes. Une meilleure compréhension des rôles joués par les récepteurs ETA et ETB au niveau des artères de résistance pulmonaires pourrait permettre l’optimisation des traitements de l’HTAP. Ainsi, le but de la deuxième étude était d’évaluer les effets d’un traitement antisens ex vivo dirigé contre l’ARNm des récepteurs ETA et ETB dans la vasoconstriction des artères de résistance pulmonaires induite par l’ET-1. Dans cette étude, nous avons démontré dans un premier temps que les récepteurs ETA et ETB pouvaient former des dimères au niveau des artères de résistance pulmonaires. De plus, nous avons observé qu’une réduction de l’expression protéique du R-ETA entraînait une potentialisation de la vasoconstriction ETB dépendante suggérant ainsi qu’en condition contrôle, le récepteur ETA aurait un effet inhibiteur sur la vasoconstriction pulmonaire induite par la stimulation du récepteur ETB. Les effets délétères de l’ET-1 sur la circulation pulmonaire sont bien connus, toutefois seules quelques études ont porté leur attention sur l’implication de l’ET-3 dans l’HTAP. Ainsi, le but de la troisième étude était d’évaluer l’implication potentielle de l’ET-3 dans l’HTAP. Dans cette étude, nous avons démontré qu’il était nécessaire en condition contrôle de bloquer simultanément les récepteurs ETA et ETB afin de réduire la réponse vasoconstrictrice pulmonaire à l’ET-3. En condition d’HTAP, nous avons observé une augmentation non-significative des concentrations plasmatiques d’ET-3 ainsi qu’une modification du profil pharmacologique des antagonistes des récepteurs à l’ET. En effet, l’utilisation de l’antagoniste sélectif ETA ou de l’antagoniste double était dans les deux cas en mesure de réduire la vasoconstriction pulmonaire à l’ET-3. Les résultats de ces trois études suggèrent qu’il est préférable d’utiliser un antagoniste double dans le traitement de l’HTAP. En effet, (1) en condition d’HTAP, l’utilisation d’un antagoniste double est aussi efficace que l’utilisation d’un antagoniste sélectif ETA; (2) les récepteurs ETA et ETB peuvent former des dimères au niveau des artères de résistance pulmonaires et (3) le récepteur ETB joue un rôle prédominant dans la vasoconstriction pulmonaire, il semble donc essentiel de bloquer simultanément les récepteurs ETA et ETB afin d’inhiber la réponse vasoconstrictrice induite par l’ET. Mots-clés: endothéline-1, endothéline-3, artère de résistance pulmonaire, récepteur vasculaire, antagoniste des récepteurs à l’ET, dimérisation, phosphorothioate, hypertension artérielle pulmonaire / The endothelin (ET) system is activated in pulmonary arterial hypertension (PAH); indeed, increased plasma levels of ET-1 were detected in patients with various forms of PAH and in various experimental models. The therapeutic value of pharmacological blockade of ET receptors has been demonstrated in various animal models and led to the current approval and continued development of these drugs for the therapy of human PAH. Whether the net effect of either selective ETA receptor blockade or combined ETA/ETB receptor blockade provides greater therapeutic benefit remains a subject of debate. Although the ET system contributes to PAH, we currently incompletely comprehend which local modifications of this system occur as a consequence of PAH, particularly in small resistance arteries, and how this could affect the pharmacological response to ET receptor antagonists. The purpose of the first study was therefore to evaluate potential modifications of the pharmacology of the ET system in rat pulmonary resistance arteries from monocrotaline-induced PAH. Our results reveal striking changes in pulmonary vasculature sensitivity to ET receptor antagonism in PAH that may be related to a reduction in ETB receptor expression. A better understanding of the exact role played by both ETA and ETB receptors on pulmonary resistance arteries might contribute to optimization of PAH treatments. Therefore the aim of the second study was to clarify the role played by both ETA and ETB receptors in ET-1 induced pulmonary vasoconstriction using an antisense (AS) oligonucleotide ex vivo treatment. In this study we have demonstrated that ETA and ETB receptors can form heterodimers in pulmonary resistance arteries. Furthermore, suppression of ETA receptors potentiated the response to ET-1 suggesting that in control condition the ETA receptor has an inhibitory action on the ET-1 induced pulmonary vasoconstriction induced by the stimulation of the ETB receptor. Although the deleterious effects of ET-1 on the pulmonary circulation are well established, only a few studies have focused on ET-3 in PAH. Therefore, the purpose of the last study was to evaluate the potential implication of ET-3 in MCT-induced PAH and evaluate the roles of ETA and ETB receptors on ET-3-induced pulmonary vascular reactivity. In control condition, the use of a combination of both ETA and ETB receptor antagonists is necessary to reduce the ET-3 induced pulmonary vasoconstriction. In PAH, we found an increased ET-3 plasma levels and a modification of the pharmacological profile of ET receptor antagonists. Indeed, the use of either the ETA receptor antagonist or the dual antagonist was able to reduce the ET-3 response. The results from these three studies suggest that it is preferable to use a dual antagonist in the treatment of PAH. Indeed, (1) in PAH the use of a dual antagonist is as effective as the use of a selective ETA receptor antagonist (2) ETA and ETB receptors can form heterodimers in pulmonary resistance arteries and (3) ETB receptor plays an important role in the ET-1 induced pulmonary vasoconstriction, suggesting that it is necessary to block both receptors to reduce the ET-1 induced pulmonary vasoconstriction. Keywords: endothelin-1, endothelin-3, pulmonary resistance artery, receptor, endothelin receptor antagonist, dimerisation, phosphorothioate pulmonary arterial hypertension

Investigation of the catalytic formation, reactivity and synthetic scope of sp³-gem-organodimetallic palladio(II)/main group metal (main group metal = tributylstannyl, dialkylalumino) alkane species has been carried out. Insight was expanded regarding the inter- and intramolecular reactivity of vinylmetallic reagents in presence of transition metal catalysts. New Pd-catalysed methodologies for carbon-carbon bond formation were developed, such as cyclopropanation of strained olefins, as well as tandem vinylalane arylation/1,2-methyl transfer and 1,2-diarylation. On the one hand, geminal π-allylpalladio(II)/tributylstannylalkane intermediates are produced by oxidative addition of Pd(0) catalysts to α-tributylstannylpropenyl acetate derivatives. They adopt ambiphilic behaviour depending on the transition metal pre-catalyst, presence or absence of phosphine ligands, and reaction temperature. In presence of tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0) with additional bidentate ligand, the carbenoid reactivity of these gem-organobismetallic species is exposed by reaction with dimethyl malonate. Deuterium-labeling studies demonstrated sequential functionalisation of the C-Sn and C-Pd bonds. Conversely, phosphine-free catalyst bis(dibenzylideneacetone)palladium(0) uncovers metal-carbene reactivity, and dimerisation and strained alkene cyclopropanation reactions are observed. The nature of the palladium catalyst controls the reactivity of the carbenoid species. Finally, bis(cyclooctadienerhodium(I) chloride) catalytically activates the alkenylstannane moiety, leaving the allylic acetate leaving group available for further transformations. On the other hand, gem-disubstituted trifluoromethanesulfonyloxy- and iodopalladio(II)/ dialkylaluminoneopentane species are generated by intramolecular migratory insertion of 2,2-disubstituted-1-butenyldialkylalanes with σ-arylpalladium(II) triflate and iodide intermediates. Using excess Lewis-basic 1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane, electron-rich tris(para-methoxyphenyl)phosphine ligand and acetonitrile as solvent, tandem arylation/1,2-alkyl migration from aluminum to carbon affords 7-substituted-1-ethyl-1-methylindanes containing an all-carbon quaternary stereogenic centre in good yields. This reaction is tolerant of 6-aryl methyl ethers, thioethers and trimethylsilanes. Deuterium labeling established that protiodealumination of the key neopentyl(methyl)aluminum triflate intermediate is caused by the acetonitrile solvent. The organodimetallic species in that study were shown to be configurationally stable, hence the stereospecificity of the process that proceeds via carbopalladation, transmetalation and reductive elimination of an alkylpalladium(II) intermediate. When applied to 1-naphthyl triflate-tethered vinylalanes, the same reaction conditions mediate stereospecific 1,2-diarylation, leading to 2,3,3a,4-tetrahydro-1H-cyclopenta[def]phenanthrenes in excellent yields. The influence of DABCO, tether length and solvent polarity was studied. Selective tandem arylation/1,2-methyl migration could also be achieved in non-polar solvent in absence of Lewis base. While steric properties took precedence over electronic considerations when inducing product selection, preagostic C-H···Pd interactions were postulated to facilitate 1,3-metal migration in the production of 1H-cyclopenta[def]phenanthrene derivatives.

Investigation of the catalytic formation, reactivity and synthetic scope of sp³-gem-organodimetallic palladio(II)/main group metal (main group metal = tributylstannyl, dialkylalumino) alkane species has been carried out. Insight was expanded regarding the inter- and intramolecular reactivity of vinylmetallic reagents in presence of transition metal catalysts. New Pd-catalysed methodologies for carbon-carbon bond formation were developed, such as cyclopropanation of strained olefins, as well as tandem vinylalane arylation/1,2-methyl transfer and 1,2-diarylation. On the one hand, geminal π-allylpalladio(II)/tributylstannylalkane intermediates are produced by oxidative addition of Pd(0) catalysts to α-tributylstannylpropenyl acetate derivatives. They adopt ambiphilic behaviour depending on the transition metal pre-catalyst, presence or absence of phosphine ligands, and reaction temperature. In presence of tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0) with additional bidentate ligand, the carbenoid reactivity of these gem-organobismetallic species is exposed by reaction with dimethyl malonate. Deuterium-labeling studies demonstrated sequential functionalisation of the C-Sn and C-Pd bonds. Conversely, phosphine-free catalyst bis(dibenzylideneacetone)palladium(0) uncovers metal-carbene reactivity, and dimerisation and strained alkene cyclopropanation reactions are observed. The nature of the palladium catalyst controls the reactivity of the carbenoid species. Finally, bis(cyclooctadienerhodium(I) chloride) catalytically activates the alkenylstannane moiety, leaving the allylic acetate leaving group available for further transformations. On the other hand, gem-disubstituted trifluoromethanesulfonyloxy- and iodopalladio(II)/ dialkylaluminoneopentane species are generated by intramolecular migratory insertion of 2,2-disubstituted-1-butenyldialkylalanes with σ-arylpalladium(II) triflate and iodide intermediates. Using excess Lewis-basic 1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane, electron-rich tris(para-methoxyphenyl)phosphine ligand and acetonitrile as solvent, tandem arylation/1,2-alkyl migration from aluminum to carbon affords 7-substituted-1-ethyl-1-methylindanes containing an all-carbon quaternary stereogenic centre in good yields. This reaction is tolerant of 6-aryl methyl ethers, thioethers and trimethylsilanes. Deuterium labeling established that protiodealumination of the key neopentyl(methyl)aluminum triflate intermediate is caused by the acetonitrile solvent. The organodimetallic species in that study were shown to be configurationally stable, hence the stereospecificity of the process that proceeds via carbopalladation, transmetalation and reductive elimination of an alkylpalladium(II) intermediate. When applied to 1-naphthyl triflate-tethered vinylalanes, the same reaction conditions mediate stereospecific 1,2-diarylation, leading to 2,3,3a,4-tetrahydro-1H-cyclopenta[def]phenanthrenes in excellent yields. The influence of DABCO, tether length and solvent polarity was studied. Selective tandem arylation/1,2-methyl migration could also be achieved in non-polar solvent in absence of Lewis base. While steric properties took precedence over electronic considerations when inducing product selection, preagostic C-H···Pd interactions were postulated to facilitate 1,3-metal migration in the production of 1H-cyclopenta[def]phenanthrene derivatives.

Le système endothéline (ET) est activé en condition d’hypertension pulmonaire (HTP). L’efficacité des antagonistes des récepteurs à l’ET a clairement été démontrée et a menée à l’approbation clinique de tels antagonistes dans le traitement de l’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP). Toutefois, il existe présentement un important débat opposant l’utilisation d’un antagoniste sélectif des récepteur ETA à l’utilisation d’un antagoniste double ETA/ETB dans le traitement de cette pathologie. Bien que nous sachions que le système ET est activé et contribue à l’HTAP, les modifications locales de ce système induites par la pathologie, particulièrement au niveau des artères de résistance pulmonaires, demeurent inconnues. De plus, l’impact de ces modifications sur la réponse pharmacologique aux divers antagonistes des récepteurs à l’ET (sélectifs versus double) est d’une importance capitale. Ainsi, le but de la première étude de cette thèse était d’évaluer les modifications potentielles de la pharmacologie du système ET au niveau des artères de résistance pulmonaires induites par l’HTAP. Dans cette étude, nous avons démontré qu’en condition contrôle l’antagoniste sélectif ETA et l’antagoniste double n’ont eu aucun effet sur la réponse vasoconstrictrice à l’ET-1. Toutefois, en condition d’HTAP, les antagonistes sélectif et double ont tous deux été en mesure de réduire la vasoconstriction pulmonaire induite par l’ET-1. Une diminution importante de l’expression génique du récepteur ETB pourrait être à l’origine de cette modification du profil pharmacologique des antagonistes. Une meilleure compréhension des rôles joués par les récepteurs ETA et ETB au niveau des artères de résistance pulmonaires pourrait permettre l’optimisation des traitements de l’HTAP. Ainsi, le but de la deuxième étude était d’évaluer les effets d’un traitement antisens ex vivo dirigé contre l’ARNm des récepteurs ETA et ETB dans la vasoconstriction des artères de résistance pulmonaires induite par l’ET-1. Dans cette étude, nous avons démontré dans un premier temps que les récepteurs ETA et ETB pouvaient former des dimères au niveau des artères de résistance pulmonaires. De plus, nous avons observé qu’une réduction de l’expression protéique du R-ETA entraînait une potentialisation de la vasoconstriction ETB dépendante suggérant ainsi qu’en condition contrôle, le récepteur ETA aurait un effet inhibiteur sur la vasoconstriction pulmonaire induite par la stimulation du récepteur ETB. Les effets délétères de l’ET-1 sur la circulation pulmonaire sont bien connus, toutefois seules quelques études ont porté leur attention sur l’implication de l’ET-3 dans l’HTAP. Ainsi, le but de la troisième étude était d’évaluer l’implication potentielle de l’ET-3 dans l’HTAP. Dans cette étude, nous avons démontré qu’il était nécessaire en condition contrôle de bloquer simultanément les récepteurs ETA et ETB afin de réduire la réponse vasoconstrictrice pulmonaire à l’ET-3. En condition d’HTAP, nous avons observé une augmentation non-significative des concentrations plasmatiques d’ET-3 ainsi qu’une modification du profil pharmacologique des antagonistes des récepteurs à l’ET. En effet, l’utilisation de l’antagoniste sélectif ETA ou de l’antagoniste double était dans les deux cas en mesure de réduire la vasoconstriction pulmonaire à l’ET-3. Les résultats de ces trois études suggèrent qu’il est préférable d’utiliser un antagoniste double dans le traitement de l’HTAP. En effet, (1) en condition d’HTAP, l’utilisation d’un antagoniste double est aussi efficace que l’utilisation d’un antagoniste sélectif ETA; (2) les récepteurs ETA et ETB peuvent former des dimères au niveau des artères de résistance pulmonaires et (3) le récepteur ETB joue un rôle prédominant dans la vasoconstriction pulmonaire, il semble donc essentiel de bloquer simultanément les récepteurs ETA et ETB afin d’inhiber la réponse vasoconstrictrice induite par l’ET. Mots-clés: endothéline-1, endothéline-3, artère de résistance pulmonaire, récepteur vasculaire, antagoniste des récepteurs à l’ET, dimérisation, phosphorothioate, hypertension artérielle pulmonaire / The endothelin (ET) system is activated in pulmonary arterial hypertension (PAH); indeed, increased plasma levels of ET-1 were detected in patients with various forms of PAH and in various experimental models. The therapeutic value of pharmacological blockade of ET receptors has been demonstrated in various animal models and led to the current approval and continued development of these drugs for the therapy of human PAH. Whether the net effect of either selective ETA receptor blockade or combined ETA/ETB receptor blockade provides greater therapeutic benefit remains a subject of debate. Although the ET system contributes to PAH, we currently incompletely comprehend which local modifications of this system occur as a consequence of PAH, particularly in small resistance arteries, and how this could affect the pharmacological response to ET receptor antagonists. The purpose of the first study was therefore to evaluate potential modifications of the pharmacology of the ET system in rat pulmonary resistance arteries from monocrotaline-induced PAH. Our results reveal striking changes in pulmonary vasculature sensitivity to ET receptor antagonism in PAH that may be related to a reduction in ETB receptor expression. A better understanding of the exact role played by both ETA and ETB receptors on pulmonary resistance arteries might contribute to optimization of PAH treatments. Therefore the aim of the second study was to clarify the role played by both ETA and ETB receptors in ET-1 induced pulmonary vasoconstriction using an antisense (AS) oligonucleotide ex vivo treatment. In this study we have demonstrated that ETA and ETB receptors can form heterodimers in pulmonary resistance arteries. Furthermore, suppression of ETA receptors potentiated the response to ET-1 suggesting that in control condition the ETA receptor has an inhibitory action on the ET-1 induced pulmonary vasoconstriction induced by the stimulation of the ETB receptor. Although the deleterious effects of ET-1 on the pulmonary circulation are well established, only a few studies have focused on ET-3 in PAH. Therefore, the purpose of the last study was to evaluate the potential implication of ET-3 in MCT-induced PAH and evaluate the roles of ETA and ETB receptors on ET-3-induced pulmonary vascular reactivity. In control condition, the use of a combination of both ETA and ETB receptor antagonists is necessary to reduce the ET-3 induced pulmonary vasoconstriction. In PAH, we found an increased ET-3 plasma levels and a modification of the pharmacological profile of ET receptor antagonists. Indeed, the use of either the ETA receptor antagonist or the dual antagonist was able to reduce the ET-3 response. The results from these three studies suggest that it is preferable to use a dual antagonist in the treatment of PAH. Indeed, (1) in PAH the use of a dual antagonist is as effective as the use of a selective ETA receptor antagonist (2) ETA and ETB receptors can form heterodimers in pulmonary resistance arteries and (3) ETB receptor plays an important role in the ET-1 induced pulmonary vasoconstriction, suggesting that it is necessary to block both receptors to reduce the ET-1 induced pulmonary vasoconstriction. Keywords: endothelin-1, endothelin-3, pulmonary resistance artery, receptor, endothelin receptor antagonist, dimerisation, phosphorothioate pulmonary arterial hypertension