Les neuropathies à anticorps anti-MAG sont secondaires à une gammapathie monoclonale IgM dirigée contre la MAG des gaines de myéline des nerfs périphériques. Le traitement est celui de l’hémopathie sous‐jacente. Même si les thérapeutiques sont de plus en plus efficaces, les hémopathies restent le plus souvent incurables. Le rituximab est couramment utilisé dans le traitement des neuropathies à anticorps anti‐MAG, mais son efficacité n’a pas pu être clairement démontrée dans deux études contrôlées. Le FTY720 ou fingolimod est un sphingolipide, analogue de la sphingosine, qui inhibe les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate (S1P). Il est utilisé comme immunosuppresseur dans la Sclérose en Plaques. Des études ont également rapporté un effet cytotoxique du FTY720 dans des hémopathies sans toutefois clairement expliquer son mécanisme d’action. L’objectif de ce travail est d’élucider les mécanismes moléculaires de l’effet cytotoxique du FTY720 dans un modèle d’hémopathie B, la leucémie lymphoïde chronique (LLC). Des cellules leucémiques primaires de LLC et une lignée cellulaire MEC1 ont été utilisées comme modèle expérimental in vitro. Le FTY720, comme la sphingosine, entraîne une cytotoxicité dose‐dépendante dans la LLC. Cet effet, médié par la forme non phosphorylée de FTY720, est indépendant des récepteurs au S1P. Le FTY720 induit l’expression de marqueurs d’apoptose: exposition de la phosphaJdylsérine, clivage de PARP et de caspase 3. Cependant sa toxicité apparaît indépendante des caspases. La lipidation accrue de LC3 et la formation d’autophagolysosomes indiquent que le FTY720 augmente également le flux autophagique. Cependant, des inhibiteurs de l’autophagie ne permettent pas de bloquer la mort cellulaire induite par le FTY720, suggérant que l’autophagie a ici un rôle protecteur vis à vis de la toxicité du FTY720. Plusieurs éléments permettent de conclure que le FTY720 est responsable d’une nécrose cellulaire : aspect morphologique de nécrose en microscopie électronique, perméabilisation membranaire précoce avec relocalisation cytoplasmique de HMGB1, libération extracellulaire de LDH, perméabilisation de la membrane lysosomale associée à une activation des cathepsines. Au niveau moléculaire, l’action du FTY720 n’est pas bloquée par la nécrostatine 1, indiquant que la nécrose induite par le FTY720 est indépendante de RIPK1 (receptor interacJng protein 1), une kinase clef des voies extrinsèques de nécrose cellulaire programmée. Par contre, nos travaux ont établi l’implication de DRP1 (dynamin related protein), une enzyme régulatrice de la fission mitochondriale, dans le processus de nécrose induite par le FTY720. En plus d’une relocalisation précoce de DRP1 à la mitochondrie accompagnée d’une augmentation de sa phosphorylation sur des sites régulateurs de son activité, nos expériences montrent que la suppression de son expression par interférence à ARN dans les cellules leucémiques réduit fortement la mort cellulaire induite par le FTY720. Le FTY720 est donc responsable dans la LLC d’une nécrose cellulaire programmée dépendante de DRP1. Nos résultats illustrent l’implication des sphingolipides dans la régulation de la survie cellulaire et dans les voies de nécrose programmée. Le FTY720 a un mode d’action original différent de l’apoptose induite par les chimiothérapies classiques. Le FTY720 pourrait donc être une alternative thérapeutique dans les néoplasies B résistantes aux chimiothérapies usuelles et dans certaines manifestations auto‐immunes des hémopathies comme les neuropathies à anticorps anti‐MAG. / Fingolimod (FTY720) is an immunosuppressive drug that was recently approved for the treatment of multiple sclerosis and is currently under pre-clinical investigation as a therapy for a number of haematological malignancies. Previous studies have indicated a role for FTY720 in inducing autophagy and caspase-independent cell death in cancer cells through incompletely characterized molecular mechanisms. Our study thus aims at a beeer understanding of the way of action of FTY720. In chronic lymphocytic leukaemia (CLL) cells, FTY720 induced cell death with typical features of apoptosis, including phosphatidylserine exposure and caspase-3 activation, and features of autophagy, including LC3 conversion, autophagolysosome formation and lysosomal cathepsins activation. However, neither caspase nor autophagy blockade prevented the cytotoxic effect of FTY720, suggesting another mechanism of cell death. Using electron and fluorescence microscopy, flow cytometry and biochemical analyses, we found that FTY720 treatment increased a fraction of annexin V-/7-AAD+ cells both in primary and transformed leukemic cells and induced morphological changes representative of necrosis, including oncosis, mitochondrial and plasma membrane alteration. FTY720 treatment resulted in increased plasma membrane permeability as shown by the extracellular translocation of the nuclear high mobility group box 1 (HMGB1) protein and by the release into the culture medium of the cytosolic enzyme lactate dehydrogenase (LDH). Interestingly, cell death induced by FTY720 was not prevented by pharmacological inhibition of RIPK1 and PP2A. In contrast, FTY720--‐induced necrosis was accompanied by an early relocation to the mitochondria of Dynamin Related Protein 1, DRP1. Importantly, FTY720 stimulation led to ma tior changes in the phosphorylation of serine residues associated with the mitochondrial fission activity of DRP1. Finally, siRNA--‐mediated knockdown of DRP1 significantly reduced necrotic cell death induced by FTY720. In this study, we thus demonstrate that in leukemic cells the cytotoxic effect of the immunosuppressive drug Fingolimod involves a DRP1--‐dependent regulated necrosis. These observations are important in line of the future development of Fingolimod as a new therapeutic agent in haematological malignancies.

Swelling-activated Cl− current (ICl,swell) is an outwardly-rectifying current that plays an important role in cardiac electrical activity, cellular volume regulation, apoptosis, and acts as a potential effector of mechanoelectrical feedback. Persistent activation of ICl,swell has been observed in models of cardiovascular disease. We previously suggested sphingosine-1-phosphate (S1P) activates volume-sensitive Cl- current (ICl,swell) by ROS-dependent signaling. S1P and its analog, FTY720 (fingolimod), primarily act via G-protein coupled receptors (S1PR; S1PR1-3 in heart), but several intracellular S1P ligands are known. We investigated how these agents regulate ICl,swell. ICl,swell was elicited by bath S1P (500 nM), FTY720 (S1PR1,3 agonist; 10 μM), and SEW2871 (S1PR1 agonist; 10 μM) and was fully inhibited by DCPIB, a specific blocker. These data suggested role of S1PR in activation of ICl,swell. Surprisingly, neither CAY10444 (S1PR3 antagonist; 10 μM) nor VPC23019 (S1PR1,3 antagonist; 13 μM) blocked FTY720-induced ICl,swell. Also, gallein a pan Gbeta-gamma inhibitor, failed to block the S1P-induced current. Moreover, 100 nM FTY720 applied via the pipette evoked a larger, faster activating current than 10 μM bath FTY720. Similarly, 500 nM S1P gave larger, faster activating ICl,swell when added to the pipette than when added in the bath. In contrast to FTY720, bath S1P-induced ICl,swell was blocked by CAY10444, but a 3-fold higher concentration failed to eliminate the response to pipette S1P, and VPC23019 failed to suppress bath and pipette S1P-induced currents. Taken together, inconsistencies in the responses to S1PR agents and the greater sensitivity to pipette than bath S1P and FTY720 support the notion that intracellular ligands rather than sarcolemmal S1PR activated ICl,swell. Next we tested if S1P and FTY720, like osmotic swelling, require both NADPH oxidase and mitochondrial ROS production to evoke ICl,swell. S1P- and FTY720-induced ICl,swell were blocked by rotenone but were insensitive to gp91ds-tat, suggesting only mitochondrial ROS production was needed. One possibility is that S1P and FTY720 elicit ICl,swell by binding to mitochondrial prohibitin-2, an S1P ligand whose knockdown augments mitochondrial ROS productions. These data suggest ICl,swell may be activated by S1P accumulation in ischemia-reperfusion and CHF. Understanding S1P-signaling that elicits ICl,swell may provide insight into electrophysiological mechanisms of cardiac pathology and help identify novel targets for therapy.

Multiple sclerosis (MS) is a chronic disease of the central nervous system (CNS) characterized by demyelination and loss of oligodendrocytes (OLGs), the CNS myelin-producing cells. Thus, understanding the mechanisms that control OLG development can provide valuable knowledge regarding remyelination therapies for MS. This disease is thought to result from an autoimmune attack towards myelin. FTY720, an immunomodulator under evaluation for MS treatment is a sphingosine-1-phosphate (S1P) analog. We found before that S1P plays a crucial role in the NT-3-mediated survival of OLGs, an observation that led us to investigate whether FTY720 could have any effect on these cells. Our studies demonstrate that FTY720 indeed has a direct effect on OLG progenitors, protecting them from apoptotic death through a mechanism involving ERK1/2 and Akt activation. However, another key finding of our study was that this drug arrested OLG differentiation, an effect counteracted by NT-3 which not only enhanced the survival of OLG progenitors but also stimulated their maturation. Furthermore, NT-3 induced an increase in myelin basic protein (MBP) levels in the absence of effects on MBP gene promoter activation or mRNA expression. These observations suggested that NT-3 up-regulated MBP levels by a posttranscriptional mechanism raising the question of whether this neurotrophin could have a more general positive effect on the expression of other OLG proteins. In agreement with this idea, we found that NT-3 also induced the expression of the myelin proteins MAG and MOG. Additionally, [35S]-Methionine labeling indicated a 50% increase in de novo protein synthesis following only a 15 min exposure to NT-3. Such a rapid increase in protein synthesis reinforced the idea that NT-3 plays a crucial role regulating protein expression by posttranscriptional mechanisms. In support of this possibility, we found that NT-3 stimulated the phosphorylation of the initiation factor eIF4E and its inhibitory partner 4EBP1, both essential players in mediating cap-dependent protein synthesis. This stimulation involved the activation of ERK1/2 and PI3K/mTOR mediated signaling pathways. To our knowledge, this is the first study on the regulation of translation initiation in OLGs and the first report describing the potential role of NT-3 as an activator of initiation.

<p>Tris(hydroxymethyl)aminomethane (THAM) was a readily-available and economical amino-triol that was viewed as having a large untapped potential as a starting material. The full chemoselective functionalization and differentiation of the amino group and the three primary alcohol residues present in THAM was extensively investigated. The development of this methodology allowed for the rapid assembly of a differentiated core that lead to existing and new potential drug scaffolds.</p> <p>The discovery of a novel oxidative fragmentation and rearrangement process was made leading to the synthesis of differentiated oxazolidinone rings. This process allowed for the creation of novel chemical library situated around THAM-based oxazolidinones, as well as THAM-based 1,3-dioxanes.</p> <p>THAM was also used as a starting material for sphingosine analogs, including sphingosine 1-phosphate (S1P) and anticancer S1K inhibitors. Selective functionalization of the amine and one alcohol within an oxazolidinone ring allowed access to a new family of Linezolid-type oxazolidinones as well. Additionally, various triazole-based compounds were prepared, which allowed access to a new family of potential antifungal agents based on the lead compound Fluconazole.</p> <p>A total synthesis of the immunosuppressant molecule FTY720 was also reported, employing double Wittig-olefination protocol, from THAM. This synthesis avoided certain pitfalls that were present in previously documented literature methods. Along the pathway to FTY720, many intermediates and analogs were synthesized and tested for biological activity alongside the novel oxazolidinone compounds, resulting in interesting lead compounds for various biological applications. A UV-active FTY720 scaffold was also synthesized for potential future <em>in vivo</em> tracking of the immunosuppressant and its metabolites.</p> / Doctor of Philosophy (PhD)

Influenza A virus (IAV) is generally associated with the seasonal malady that causes brief respiratory illness during the winter months, known simply as "the flu." Most otherwise healthy individuals will suffer from mild fever, congestion, headaches and myalgia that are resolved within 5-7 days of onset. However, there are nearly 500,000 influenza-related deaths that occur world-wide every year. Many of these casualties and patients hospitalized with influenza also test positive for bacterial pneumonia, the most common agent being Streptococcus pneumoniae. Although all individuals are subject to this viral:bacterial synergistic disease, the young, elderly, and immunocompromised are the most susceptible. Previous studies have shown that viral infection creates a prolonged hyper-responsive pro-inflammatory state in the lungs, which increases susceptibility to secondary bacterial infection. Lethality is due to detrimental pulmonary damage from a dysregulated host inflammatory response, known as the "cytokine storm." However, the nature of dual infection has not been well-studied in the elderly demographic. Therefore, we aim to better define this disease synergy in an aged mouse model and explore potential therapeutic alternatives that could be beneficial for the aged and other vulnerable populations. Sphingolipid modulation has emerged as a potential target to ameliorate the excessive inflammation (cytokine storm) elicited by highly pathogenic influenza. There is particular emphasis on sphingosine 1-phosphate (S1P) signaling, as well as control of intracellular S1P levels via sphingosine kinases (SK). Sphingolipids are involved in a multitude of cellular processes, and are tightly regulated by their metabolizing enzymes. We hypothesize that manipulation of sphingolipid signaling and alteration of the internal sphingolipid milieu will diminish the inflammatory response elicited by IAV infection. Using fluorescence-activated cell sorting (FACS), real-time PCR and cytometric bead array (CBA) analysis, we evaluated the immunomodulatory effects of systemic sphingosine analog treatment within the lung microenvironment under homeostatic and influenza-infected conditions. FTY720 treatment caused transient, but significant lymphopenia, influx of neutrophils and efflux of macrophages in the lungs, which was enhanced during a mild influenza infectionGene expression in the lungs was generally unaltered, but protein levels showed increases in specific influenza-induced cytokines, suggesting these treatments may have post-transcriptional effects on cytokine expression. To evaluate sphingolipid modulation in specific pulmonary cell types, we next observed the effects of these compounds and sphingosine kinase (SK) inhibitors in epithelial and alveolar macrophage-like cell lines. SK inhibitors and Enigmol demonstrated anti-viral effects in A549 cells, decreasing viral loads by up to 1.5 logs. Real-time PCR and CBA analysis further demonstrated that these effects were associated with alterations in key cytokine expression, including CCL2, CCL5, CXCL10, IL-6, and IL-8. Collectively, these findings indicate that therapeutic sphingolipid modulation has the potential for creating a protective microenvironment in the lungs that could alleviate or even prevent viral:bacterial synergistic disease. / Master of Science

Das Knochenmark (BM) beherbergt wesentliche Komponenten des adaptiven Immunsystems, die einen langfristigen Schutz gegen wiederkehrende Pathogene vermitteln können, sodass es sich als Reservoir für ein immunologisches Gedächtnis qualifiziert. Neben langlebiger Antikörper-produzierender Plasmazellen bleiben auch Antigen (Ag)-spezifische CD8+ und CD4+ T-Gedächtniszellen dauerhaft im Knochenmark erhalten, auch wenn sie in den sekundären lymphoiden Organen (SLOs) und im Blut abwesend sind. Es wird angenommen, dass diese T-Gedächtniszellen bei erneutem Kontakt mit den gleichen systemischen Pathogenen schnell reagieren können. Allerdings sind die biologischen Mechanismen für ihre langfristige Aufrechterhaltung immer noch umstritten und demnach ungeklärt. Unklar ist auch, wie die T-Gedächtniszellen des Knochenmarks bei erneuter Konfrontation mit demselben Antigen reagieren. Hier wird dieser Frage begegnet, indem durch klassiche Immunisierung mit definieren Antigenen eine stabile Population Ag-spezifischer CD8+ und CD4+ T-Gedächtniszellen im Knochenmark erzeugt wird. / The bone marrow (BM) harbors critical components of the adaptive immune system being able to provide long-lasting protection against previously encountered pathogens, thus qualifying as a reservoir of immunological memory. In addition to long-lived antibody producing plasma cells, antigen (Ag)-specific CD8+ and CD4+ memory T lymphocytes are maintained long-term in the BM even when they are absent from secondary lymphoid organs (SLOs) and blood. Those memory T cells are thought to respond fast upon re-encounter of systemic pathogens. However, the biological mechanisms behind their long-term maintenance in the BM are still a matter of debate and thus remain unclear. Similarly, it is also unclear how the memory T cells of the BM react to antigenic re-challenge. Here we address these issues by generating a stable pool of Ag-specific CD8+ and CD4+ memory T lymphocytes in the BM by classical immunizations with defined antigens.

FTY720 (aussi connu sous le nom de Fingolimod ou Gilenya) agit sur les récepteurs sphingosine-1-phosphate (S1P) et induit la suppression du système immunitaire (immunosuppression). Cette molécule est reconnue pour avoir une activité contre plusieurs cellules cancéreuses. Cette activité est indépendante de l’action sur les récepteurs S1P et on attribue plutôt la mort (apoptose) des cellules cancéreuse à la capacité que possède la molécule à réduire le transport des nutriments dans la cellule. Toutefois, malgré ses nombreux avantages, FTY720 ne peut pas être utilisé afin de traiter des humains puisque l’activation secondaire des récepteurs S1P1 et S1P3 mènent à une diminution du rythme cardiaque (bradycardie) chez les patients. Notre groupe s’est donc concentré sur la synthèse d’analogues qui potentiellement n’activeraient pas le récepteur S1P tout en gardant une activité biologique contre plusieurs cellules cancéreuses. Malgré le fait que nos analogues agissent également sur la diminution du transport des nutriments dans les cellules, nous ne connaissons pas le mécanisme d’action par lequel ceux-ci agissent. Au passage, le projet de recherche ci-présenté nous aura par ailleurs permis de développer une grande variété de sondes photo-actives dans l’espoir d’isoler une ou plusieurs protéines qui seraient impliquées dans le mécanisme d’action. / FTY720 (also known as Fingolimod, or Gilenya) functions as an immunosuppressant due to its effect on sphingosine-1-phosphate receptors. FTY720 also exhibits anticancer activity in a number of cancer cell lines. This result is independent of its effects on S1P receptors and due instead, to its ability to induce nutrient transporter down-regulation. However, FTY 720 cannot be used in human patients due to bradycardia that occurs secondary to the activation of S1P1 and S1P3 receptors. Our group focused on the design and synthesis of constrained FTY720 analogues that do not activate S1P receptors and also have the potential to be safely used in humans due to their potent antiproliferative activity against selected cancer cell lines. Although we know that our analogues, like FTY 720, act as nutrient transporter down-regulators, the proteins involved in the process are not known. We are developing a wide variety of Photo-Cross-Linking Probes to hopefully isolate one or more proteins that may be involved in one of the pathways.

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Les neuropathies à anticorps anti-MAG sont secondaires à une gammapathie monoclonale IgM dirigée contre la MAG des gaines de myéline des nerfs périphériques. Le traitement est celui de l'hémopathie sous‐jacente. Même si les thérapeutiques sont de plus en plus efficaces, les hémopathies restent le plus souvent incurables. Le rituximab est couramment utilisé dans le traitement des neuropathies à anticorps anti‐MAG, mais son efficacité n'a pas pu être clairement démontrée dans deux études contrôlées. Le FTY720 ou fingolimod est un sphingolipide, analogue de la sphingosine, qui inhibe les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate (S1P). Il est utilisé comme immunosuppresseur dans la Sclérose en Plaques. Des études ont également rapporté un effet cytotoxique du FTY720 dans des hémopathies sans toutefois clairement expliquer son mécanisme d'action. L'objectif de ce travail est d'élucider les mécanismes moléculaires de l'effet cytotoxique du FTY720 dans un modèle d'hémopathie B, la leucémie lymphoïde chronique (LLC). Des cellules leucémiques primaires de LLC et une lignée cellulaire MEC1 ont été utilisées comme modèle expérimental in vitro. Le FTY720, comme la sphingosine, entraîne une cytotoxicité dose‐dépendante dans la LLC. Cet effet, médié par la forme non phosphorylée de FTY720, est indépendant des récepteurs au S1P. Le FTY720 induit l'expression de marqueurs d'apoptose: exposition de la phosphaJdylsérine, clivage de PARP et de caspase 3. Cependant sa toxicité apparaît indépendante des caspases. La lipidation accrue de LC3 et la formation d'autophagolysosomes indiquent que le FTY720 augmente également le flux autophagique. Cependant, des inhibiteurs de l'autophagie ne permettent pas de bloquer la mort cellulaire induite par le FTY720, suggérant que l'autophagie a ici un rôle protecteur vis à vis de la toxicité du FTY720. Plusieurs éléments permettent de conclure que le FTY720 est responsable d'une nécrose cellulaire : aspect morphologique de nécrose en microscopie électronique, perméabilisation membranaire précoce avec relocalisation cytoplasmique de HMGB1, libération extracellulaire de LDH, perméabilisation de la membrane lysosomale associée à une activation des cathepsines. Au niveau moléculaire, l'action du FTY720 n'est pas bloquée par la nécrostatine 1, indiquant que la nécrose induite par le FTY720 est indépendante de RIPK1 (receptor interacJng protein 1), une kinase clef des voies extrinsèques de nécrose cellulaire programmée. Par contre, nos travaux ont établi l'implication de DRP1 (dynamin related protein), une enzyme régulatrice de la fission mitochondriale, dans le processus de nécrose induite par le FTY720. En plus d'une relocalisation précoce de DRP1 à la mitochondrie accompagnée d'une augmentation de sa phosphorylation sur des sites régulateurs de son activité, nos expériences montrent que la suppression de son expression par interférence à ARN dans les cellules leucémiques réduit fortement la mort cellulaire induite par le FTY720. Le FTY720 est donc responsable dans la LLC d'une nécrose cellulaire programmée dépendante de DRP1. Nos résultats illustrent l'implication des sphingolipides dans la régulation de la survie cellulaire et dans les voies de nécrose programmée. Le FTY720 a un mode d'action original différent de l'apoptose induite par les chimiothérapies classiques. Le FTY720 pourrait donc être une alternative thérapeutique dans les néoplasies B résistantes aux chimiothérapies usuelles et dans certaines manifestations auto‐immunes des hémopathies comme les neuropathies à anticorps anti‐MAG.

Cette thèse se compose en deux parties: Première Partie: La conception et la synthèse d’analogues pyrrolidiniques, utilisés comme agents anticancéreux, dérivés du FTY720. FTY720 est actuellement commercialisé comme médicament (GilenyaTM) pour le traitement de la sclérose en plaques rémittente-récurrente. Il agit comme immunosuppresseur en raison de son effet sur les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate. A fortes doses, FTY720 présente un effet antinéoplasique. Cependant, à de telles doses, un des effets secondaires observé est la bradycardie dû à l’activation des récepteurs S1P1 et S1P3. Ceci limite son potentiel d’utilisation lors de chimiothérapie. Nos précédentes études ont montré que des analogues pyrrolidiniques dérivés du FTY720 présentaient une activité anticancéreuse mais aucune sur les récepteurs S1P1 et S1P3. Nous avons soumis l’idée qu’une étude relation structure-activité (SARs) pourrait nous conduire à la découverte de nouveaux agents anti tumoraux. Ainsi, deux séries de composés pyrrolidiniques (O-arylmethyl substitué et C-arylmethyl substitué) ont pu être envisagés et synthétisés (Chapitre 1). Ces analogues ont montré d’excellentes activités cytotoxiques contre diverses cellules cancéreuses humaines (prostate, colon, sein, pancréas et leucémie), plus particulièrement les analogues actifs qui ne peuvent pas être phosphorylés par SphK, présentent un plus grand potentiel pour le traitement du cancer sans effet secondaire comme la bradycardie. Les études mécanistiques suggèrent que ces analogues de déclencheurs de régulation négative sur les transporteurs de nutriments induisent une crise bioénergétique en affamant les cellules cancéreuses. Afin d’approfondir nos connaissances sur les récepteurs cibles, nous avons conçu et synthétisé des sondes diazirine basées sur le marquage d’affinité aux photons (méthode PAL: Photo-Affinity Labeling) (Chapitre 2). En s’appuyant sur la méthode PAL, il est possible de récolter des informations sur les récepteurs cibles à travers l’analyse LC/MS/MS de la protéine. Ces tests sont en cours et les résultats sont prometteurs. Deuxième partie: Coordination métallique et catalyse di fonctionnelle de dérivés β-hydroxy cétones tertiaires. Les réactions de Barbier et de Grignard sont des méthodes classiques pour former des liaisons carbone-carbone, et généralement utilisées pour la préparation d’alcools secondaires et tertiaires. En vue d’améliorer la réaction de Grignard avec le 1-iodobutane dans les conditions « one-pot » de Barbier, nous avons obtenu comme produit majoritaire la β-hydroxy cétone provenant de l’auto aldolisation de la 5-hexen-2-one, plutôt que le produit attendu d’addition de l’alcool (Chapitre 3). La formation inattendue de la β-hydroxy cétone a également été observée en utilisant d’autres dérivés méthyl cétone. Étonnement dans la réaction intramoléculaire d’une tricétone, connue pour former la cétone Hajos-Parrish, le produit majoritaire est rarement la β-hydroxy cétone présentant la fonction alcool en position axiale. Intrigué par ces résultats et après l’étude systématique des conditions de réaction, nous avons développé deux nouvelles méthodes à travers la synthèse sélective et catalytique de β-hydroxy cétones spécifiques par cyclisation intramoléculaire avec des rendements élevés (Chapitre 4). La réaction peut être catalysée soit par une base adaptée et du bromure de lithium comme additif en passant par un état de transition coordonné au lithium, ou bien soit à l’aide d’un catalyseur TBD di fonctionnel, via un état de transition médiée par une coordination bidenté au TBD. Les mécanismes proposés ont été corroborés par calcul DFT. Ces réactions catalytiques ont également été appliquées à d’autres substrats comme les tricétones et les dicétones. Bien que les efforts préliminaires afin d’obtenir une enantioselectivité se sont révélés sans succès, la synthèse et la recherche de nouveaux catalyseurs chiraux sont en cours. / This thesis consists of two parts: Part 1: Design and synthesis of constrained azacyclic pyrrolidine analogues of FTY720 as anticancer agents FTY720 is presently marketed as a drug (GilenyaTM) for the treatment of relapsing-remitting multiple sclerosis. It functions as an immunosuppressant due to its effect on sphingosine-1-phosphate (S1P) receptors. At higher doses, FTY720 also has antineoplastic actions. However, at such doses it induces bradycardia due to the activation of the S1P1 and S1P3 receptors. This limits its potentical to be used as a cancer therapy in humans. Our previous studies have shown that some constrained pyrrolidine analogues of FTY720 have anticancer activity but no activity toward S1P1 and S1P3 receptors. We reasoned that a study of the structure-activity relationships (SARs) could lead to the discovery of new effective antitumor agents. Thus, two series of constrained analogues (O-arylmethyl-substituted pyrrolidines and C-aryl-substituted pyrrolidines) were designed and synthesized (Chapter 1). These analogues showed excellent cytotoxic activity against various human cancer cells (prostate, colon, breast, pancreas and leukemia). Especially, several active analogues, which cannot be phosphorylated by SphK, have the potency to be further studied in the treatment of cancer without inducing bradycardia. Mechanistic studies suggest that these constrained analogues trigger down-regulation of nutrient transporters, which induce a bioenergetic crisis and the cancer cells starve to death. To further investigate their target receptors, we have designed and synthesized diazirine based photo-affinity labeling (PAL) probes (Chapter 2). Aided by the PAL technique, information regarding the target receptor could be obtained through LC/MS/MS protein analysis. These tests are in progress and the preliminary results appear promising. Part 2: Metal coordination-controlled and bifunctional catalysis toward tertiary β-ketols The Barbier and Grignard reactions are classical methods to form carbon-carbon bonds, and generally used to prepare secondary or tertiary alcohols. In an attempt to perform a Grignard reaction with n-butyl iodide under Barbier one-pot conditions, we obtained major product β-hydroxyl ketol from the self-aldol reaction of 5-hexen-2-one, rather than the expected addition alcohol product (Chapter 3). The unusual β-ketol formation was also observed using other methyl ketone substrates. Interestingly, in an intramolecular reaction of a triketone substrate, which is well known to give the Hajos-Parrish ketone, the favored product was a rarely studied β-ketol with the hydroxyl group at axial position. Intrigued by these results, after systematic reaction condition studies, we developed two new methods toward the catalytic synthesis of specific β-ketols by intramolecular cylcization in high yield and selectivity (Chapter 4). The reaction can be catalyzed either by a suitable base and lithium bromide as the additive, through a lithium pre-organized transition state or by a bifunctional catalyst TBD (triazabicyclodecene), through a TBD mediated bidentate transition state. The proposed mechanisms were corroborated by DFT computation. These catalytic reactions were also extended to other triketone and diketone substrates. Although the initial efforts to achieve enantioselectivity were not successful, they merit further study of the synthesis and investigation of new chiral catalysts.