Il est bien établi que la gp120 du VIH-1 se fixe aux héparane sulfate (HS) cellulaires, par le biais de la boucle V3 ce qui favorise l'infectivité virale. Cependant, une variété de polyanions solubles, conjugués à CD4 (mCD4-HS12) a des propriétés antivirales et a montré in vitro une activité contre le VIH-1 à de très faibles concentrations (nM). En raison de la complexité structurale des HS, le criblage d'oligosaccharides différenciellement sulfatés pour améliorer l'activité de la molécule serait trop difficile. En vue d'obtenir une molécule plus spécifique, de plus haute affinité et plus facile à produire, des peptides mimant les HS ont été synthétisés par nos collaborateurs. Notre but était de cribler ces peptides pour leur capacité à inhiber l'entrée de VIH-1. À cette fin, nous avons mis en place une plateforme permettant d'immobiliser CCR5 et CXCR4 solubilisés sur des biocapteurs (Biacore) pour cribler des molécules qui inhibent la liaison de gp120-CD4 aux corécepteurs. Pour contrôler le processus de solubilisation, CXCL12, le ligand naturel de CXCR4, a été injecté sur CXCR4 immobilisé. Les affinités des isoformes de CXCL12 (α et γ) pour CXCR4 ont été calculées dans les fourchettes de valeurs précédemment obtenues avec des techniques différentes, prouvant ainsi la fonctionnalité de notre système et nous permettant d'étudier les mécanismes de fixation de ces deux isoformes sur CXCR4 ainsi que leur régulation par HS. Le système a ensuite été utilisé pour cribler la capacité d'inhibition des peptides mimétiques du HS. Chaque peptide, [S(XDXS)n] contient des acides aminés qui imitent les groupes hydroxyles, carboxyles et sulfates des HS. Le peptide contenant des résidus sulphotyrosines, une fois conjugué à mCD4 (mCD4-P3YSO3), montre un IC50 de l'ordre du nM, pour l'inhibition simultanée de la liaison de gp120 aux HS, à CD4, aux anticorps, aux corécepteurs ainsi que l'infection par VIH-1 in cellulo. Il constitue le premier inhibiteur bivalent de l'entrée qui cible à la fois les virus R5 et X4 et le concept d'un peptide mimétique des HS se prête à une analyse structurale et fonctionnelle de la liaison des chaînes HS aux protéines, une nouvelle technique dans ce domain / It is well-established that cell-associated Heparan Sulphate (HS) binds the V3 loop of gp120 of HIV-1 thus aiding in viral infectivity. However, a variety of soluble polyanions have antiviral properties once conjugated to CD4 and a CD4-conjugated HS (mCD4-HS12), showed nM activity against HIV-1 in vitro. Due to the structural complexity of HS, screening differently sulphated oligosaccharides to improve the molecule's activity would be too cumbersome, thus in order to obtain a more specific, higher affinity and easier to produce moiety, collaborators synthesized HS mimetic peptides. We aimed to screen these peptides and other anionic molecules for their capacity to inhibit HIV-1 entry. To this end we set-up a platform whereby solubilised CCR5 and CXCR4 were immobilized on biosensors (biacore) and used to screen for molecules that inhibited gp120-CD4 binding to the coreceptors. To control the solubilization process, CXCL12, the natural ligand of CXCR4, was injected over the immobilized CXCR4. The affinities of CXCL12 isoforms (α and γ) for CXCR4 were calculated within the ranges of values that have been previously described with different techniques, thus proving the functionality of our system and enabling us to investigate the binding mechanisms of these two isoforms with CXCR4 and their regulation by HS. The system was subsequently used to screen the inhibitory capacity of the HS mimetic peptides. Each peptide, [S(XDXS)n], contained amino acids that mimic the hydroxyl, carboxyl and sulphate groups on HS chains. The peptide containing sulphotyrosine residues, when conjugated to mCD4 (mCD4-P3YSO3), displayed nM IC50 for simultaneously inhibiting gp120 binding to HS, CD4, antibody, coreceptors and HIV-1 infection in vitro. This is the first bivalent entry inhibitor that targets both R5 and X4 viruses and the concept of a HSmimetic peptide lends itself to structural-functional analysis of HS chains binding to proteins, a novel technique in this field.

Ce travail de thèse a pour objectif la simplification de la préparation d’un nouveau type d’inhibiteur d’entrée du VIH conçu, synthétisé et validé dans le cadre d’une collaboration entre l’équipe de Glycochimie Moléculaire et Macromoléculaire dont je dépends, l’Institut de Biologie Structurale de Grenoble et l’Institut Pasteur de Paris. Ce prototype est constitué d’un mime fonctionnel de CD4 lié de façon covalente à un fragment dodécasaccharidique d’Héparane Sulfate dont la synthèse est complexe. Nous avons donc proposé de préparer des oligomaltosides sulfatés afin de déterminer s’ils pouvaient se comporter comme des mimes d’Héparane Sulfate.Dans un premier temps, nous avons mis au point la synthèse, en huit étapes et 38 % de rendement global, d’un précurseur trisaccharidique oligomérisable à partir de maltotriose, un trisaccharide biosourcé commercial. Au cours de ce travail, nous avons résolu trois points particulièrement délicats : l’allylation de l’extrémité réductrice du maltotriose, l’installation d’un groupement paraméthoxybenzylidène en position O-4III et O-6III et la protection sélective des positions O-6I et O-6II par un groupement silylé. Les optimisations menées nous ont permis de limiter la formation de produits secondaires, d’augmenter le rendement de chaque étape et de pouvoir mener sans problème cette synthèse sur une échelle d’une dizaine de grammes. Dans un deuxième temps, le précurseur trisaccharidique a été transformé en différents accepteurs et donneurs de glycosyle dont les comportements dans différentes conditions de glycosylation ont été étudiés. Nous avons ainsi pu démontrer qu’une activation des donneurs sous forme de trichloroacetimidate conduisait à des rendements faibles de part la formation d’une quantité importante des produits de réarrangement en trichloroacétamides anomériques. Une activation sous forme de N-Phényltrifluroacétimidate a permis de résoudre ce problème, sans toutefois que les rendements en soient toujours augmentés. En effet, nous avons pu montrer que la nature du groupement protecteur en O-6I du donneur a une influence déterminante sur l’issue de la réaction de glycosylation, tant au niveau de sa stéréosélectivité que de son rendement. Un groupement encombré ou un ester en O-6I du donneur est ainsi indispensable pour avoir une bonne stéréosélectivité alpha. Le meilleur rendement obtenu est, pour le moment, de 56 %. Des optimisations en cours permettront d’augmenter le rendement et de préparer les oligomaltosides sulfatés visés dans un avenir proche afin de tester leur activité biologique. / This work aims at simplifying the preparation of a new type of HIV entry inhibitor, conceived, synthesized and validated within a collaboration between our group, the "Institut de Biologie Structurale" (Grenoble) and the Institut Pasteur (Paris). This prototype is composed of a CD4 functional mimetic linked to a dodecasaccharide fragment of Heparan Sulfate, whose synthesis is complex. In order to determine if Heparan Sulfate may be replaced by simpler sulfated oligosaccharides, we decided to prepare a set of sulfated oligomaltosides.To this goal, we first optimized the synthesis of an oligomerizable maltotrioside building block in eight steps and 38% global yield from maltotriose, a commercial and biosourced trisaccharide. In this work, we had to address three major points: the allylation of the reducing end of maltotriose, the introduction of a paramethoxybenzylidene group between positions O-4III and O-6III and the selective protection of the remaining primary positions O-6I and O-6II by a silylated protecting group. Each step has been optimized to minimize the amount of secondary products and thus to enhance its yield. The resulting synthesis was thus shown to be highly reproducible up to ten grams scale.Then, glycoside acceptors and donors were prepared from the oligomerizable maltotrioside building block and we studied their behaviors in glycosylation reactions. We found that trichloroacetimidate activation led to poor glycosylation yields, due to the competitive formation of trichloroacetamidyl glycoside rearrangement product. Gratifyingly, N-phenyltrifluroacetimidate activation solved the rearrangement problem, but yields sometimes remained low. Indeed, we were able to demonstrate that the nature of the protecting group in position O-6I of the donor strongly influenced both the stereoselectivities and yields of the glycosylations: a bulky or ester group is needed in this position to obtain a full alpha stereoselecticity. To date, the highest yield obtained is 56 %.Ongoing optimizations will allow us to enhance the yields and to prepare the targeted sulfated oligomaltosides in a near future in order to test their biological activity.

Le virus de l'hépatite C (HCV) représente un problème de santé publique à l'échelle mondiale. Les thérapies actuelles ne permettent pas de guérir tous les patients infectés par le HCV et certains antiviraux ont des effets secondaires importants. Dans la première partie de ma thèse, nous avons identifié des combinaisons d'antiviraux à action directe (DAA) et d'inhibiteurs d'entrée caractérisés par un effet synergique dans la prévention et le traitement du HCV dans des modèles de culture cellulaire et les souris uPA-SCID avec un foie chimérique. Ceci représente une nouvelle stratégies de lutte contre l'infection par le HCV. Dans la seconde partie de ma thèse, nous avons démontré que le mode de transmission du HCV de cellule à cellule est la voie de transmission dominante dans les modèles de culture cellulaire. De plus, les virus résistant aux DAA se propagent efficacement grâce à la transmission de cellule à cellule. L'inhibition de la transmission de cellule à cellule en utilisant des inhibiteurs d'entrée est un moyen efficace pour empêcher l'émergence de virus résistant aux DAA et pour potentialiser l'efficacité antivirale des DAA pour éradiquer l'infection par le HCV. / Hepatitis C virus (HCV) poses a threat to global health with infecting about 170 million people. Current therapies cannot cure all the patients infected with HCV and have obvious side effects. In the first part of my thesis, we uncovered combinations of direct-acting antivirals (DAAs) and entry inhibitors caracterized by a synergistic effect in prevention and treatment of HCV infection using HCV cell culture models and human liver chimeric uPA-SCID mice, thereby providing a new strategy to control HCV infection. In the second part of my thesis, we demonstrated that HCV cell-cell transmission is the dominant transmission route in cell culture models and that DAA-resistant HCV spread efficiently through cell-cell transmission to develop viral resistance. Blocking cell-cell transmission using entry inhibitors allows to prevent the emergence of DAA-resistant virus and potentiates the antiviral efficacy of DAAs to clear HCV infection. In summary, we provide novel strategies to enhance antiviral efficacy by combining entry inhibitors and DAAs and to prevent viral resistance by blocking viral cell-cell transmission.

Ce travail de thèse a pour objectif la simplification de la préparation d’un nouveau type d’inhibiteur d’entrée du VIH conçu, synthétisé et validé dans le cadre d’une collaboration entre le laboratoire, l’Institut de Biologie Structurale de Grenoble et l’Institut Pasteur de Paris. Ce prototype est constitué d’un mime fonctionnel de CD4 lié de façon covalente à un fragment dodécasaccharidique d’Héparane Sulfate dont la synthèse est complexe. Nous avons donc proposé de préparer des oligomaltosides sulfatés afin de déterminer si ils pouvaient se comporter comme des mimes d’Héparane Sulfate. Dans un premier temps, nous avons mis au point la synthèse d’un précurseur trisaccharidique oligomérisable à partir de maltotriose, un trisaccharide biosourcé commercial. Au cours de ce travail, nous avons résolu trois points particulièrement délicats : l’allylation de l’extrémité réductrice du maltotriose, l’installation d’un groupement paraméthoxybenzylidène en position O-4ᴵᴵᴵ et O-6ᴵᴵᴵ et la protection sélective des positions O-6ᴵ et O-6ᴵᴵ par un groupement silylé. Les optimisations menées nous ont permis de limiter la formation de produits secondaires, d’augmenter le rendement de chaque étape. La synthèse définitive du trisaccharide oligomérisable comprend 8 étapes, a un bon rendement global de 44 % et peut être menée sans problème à des échelles allant jusqu’à 10 g. Dans un deuxième temps, nous avons étudié les réactions de glycosylation α(1→4) visant à oligomériser la brique maltotrioside : nous avons constaté qu'une activation des donneurs sous forme de N-phényltrifluoroacétimidate (PTFA) est un meilleur choix que sous forme de trichloroacétimidate (TCA). En effet, ces derniers subissent une réaction parasite du réarrangement de l’imidate en trichloroacétamide. Nous avons aussi observé que le groupement benzoyle (Bz) en position O-6ᴵᴵᴵ du donneur est préférable à l’acétyle (Ac) qui est moins stable dans les conditions acides et basiques. Ensuite, nous avons synthétisé différents donneurs PTFA possédant différents groupements protecteurs en position O-6ᴵ (TBDPS, Bn, pNO2Bz, Piv, Ac et Bz). Nos études de glycosylation avec ces différents donneurs nous ont permis de conclure qu'un groupement TBDPS en position O-6ᴵ permet d'obtenir de hauts rendements et une totale stéréosélectivité 1,2-cis dans les réactions de glycosylation et, de plus, est parfaitement indiqué comme groupement protecteur dans les étapes de diversifications ultérieures. Pour finir, nous avons optimisé différents paramètres comme : le promoteur, la température, l’ordre d’addition des réactifs, le type de tamis moléculaire, l’effet de solvant, le rapport donneur/accepteur, la concentration de l’accepteur et l’échelle de la réaction. Les conditions optimisées nous ont permis d’accéder efficacement, avec de bons rendements et une stéréosélectivité α totale, aux hexa, nona et dodecasaccharide protégés ciblés. Dans un troisième temps, nous avons réussi à réaliser les étapes de déprotection et fonctionnalisation des oligomaltosides synthétisés : débenzoylation et désilylation chimiosélective (hexa et nonasaccharide), sulfatations (hexa et nonasaccharides), puis déprotection des groupements protecteurs résiduels (hexasaccharides). La finalisation de ce projet impliquera de sulfater les nonasaccharides et de déprotéger les groupements protecteurs résiduels, puis d'introduire un espaceur fonctionnalisé sur tous les membres de la chimiothèque ainsi obtenue (hexa et nonasaccharides) et enfin de réaliser l'hydrogénolyse finale des groupements benzyles pour conduire aux oligomaltosides sulfatés libres dont les activités biologiques seront déterminées en collaboration avec nos partenaires. / This work aims at simplifying the preparation of a new type of HIV entry inhibitor, conceived, synthesized and validated within a collaboration between our group, the "Institut de Biologie Structurale" (Grenoble) and the Institut Pasteur (Paris). This prototype is composed of a CD4 functional mimetic linked to a dodecasaccharide fragment of Heparan Sulfate, whose synthesis is complex. In order to determine if Heparan Sulfate may be replaced by simpler sulfated oligosaccharides, we decided to prepare a set of sulfated oligomaltosides. To this goal, we first optimized the synthesis of an oligomerizable maltotrioside building block in eight steps and 44% global yield from maltotriose, a commercial and biosourced trisaccharide. In this work, we had to address three major points: the allylation of the reducing end of maltotiose, the introduction of a paramethoxybenzylidene group between positions O-4ᴵᴵᴵ and O-6ᴵᴵᴵ and the selective protection of the remaining primary positions O-6ᴵ and O-6ᴵᴵ by a silylated protecting group. Each step has been optimized to minimize the amount of secondary products and thus to enhance its yield. The resulting synthesis was thus shown to be highly reproducible up to ten grams scale. Then, glycoside acceptors and donors were prepared from the oligomerizable maltotrioside building block and we studied their behaviors in glycosylation reactions. We found that trichloroacetimidate activation led to poor glycosylation yields, due to the competitive formation of trichloroacetamidyl glycoside rearrangement product. Gratifyingly, N-phenyltrifluroacetimidate activation solved the rearrangement problem. We demonstrate that benzoyl group (Bz) at position O-6ᴵᴵᴵ in the donor should be preferred to acetyl (Ac) which is less stable both in acidic or basic conditions. Then, we synthesized various PTFA donors bearing different protecting groups at O-6ᴵ position (TBDPS, Bn, pNO2Bz, Piv, Ac et Bz) in order to study their influence on the yields and stereochemical outcome of the glycosylation reactions. We concluded that TBDPS represent the best compromise for efficient glycosylation and later protecting group manipulation strategies. Then we optimized various reaction parameters: promotor nature, temperature, reagents addition order, molecular sieve type, solvent nature, donor/acceptor ratio, concentrations and scale of the reaction. The optimized conditions allowed efficient access, in high yields and full α stereoselectivity, to the targeted protected hexa, nona and dodecasaccharides. Then we validated the deprotection and functionnalization steps: chimioselective debenzoylation and desilylation (hexa and nonasaccharide), sulfations (hexa and nonasaccharides), the final deprotection of the residual protecting groups (hexasaccharides).