Les composés glycosidiques sont une classe de molécules organiques sous-estimée en chimie médicinale. En effet, la variété de protéines se liant à ce type de molécules est très grande et plusieurs de ces récepteurs sont impliqués dans des processus physiologiques importants tels que l'adhésion cellulaire, la régulation de la croissance, l'apoptose cellulaire et la xénotransplantation. Plusieurs maladies comme le cancer, la fibrose kystique, les infections virales et bactériennes utilisent les interactions glycoside-protéine dans le but d'envahir notre organisme. Le développement de molécules actives basé sur des glycomimétiques aurait l'avantage d'offrir une sélectivité accrue pour un récepteur en particulier selon la nature du glycoside greffé sur l'élément actif. La synthèse de ce type de molécules utilise des réactions de chimie organique moderne telles que des réactions catalysées par transfert de phase, des couplages au palladium (0) de type Sonogashira et Heck ainsi que des réactions spécifiques à la chimie des sucres comme la réaction de propargylation régiosélective impliquant un acétal d'étain. Deux classes d'inhibiteurs ont été synthétisées soient des S-galactosides et lactosides ainsi que des 2-désoxy-C-galactosides. De plus, le développement d'une méthodologie de synthèse de trisaccharides basée sur une réaction d'allylation stéréosélective impliquant un complexe titane-binol a été étudié. Les diverses études réalisées démontrent bien l'efficacité des molécules synthétisées face à divers récepteurs biologiques dont les galectines et la lectine PA-IL de Pseudomonas aeruginosa. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : lectines, fibrose kystique, glycosides, glycomimétigues.

L’hépatite C est une maladie due à l’infection par le virus de l’hépatite C (VHC), qui se transmet par le sang. On considère que ce virus infecte 3 à 4 millions de personnes chaque année, sa prévalence pouvant aller jusqu’à 22% de la population. Ces dernières années, le développement de thérapies antivirales spécifiques du virus à agents antiviraux directs (AAD) a permis de faire fortement régresser l’infection dans les pays développés. Cependant, les traitements sont encore extrêmement couteux, et les mécanismes de l’infection sont toujours mal compris. En effet, le virus de l’hépatite C appartient au groupe des virus oncogènes, au même titre que celui de l’hépatite B ou le papillomavirus. Il n’a cependant jamais été démontré que le VHC induit des perturbations au niveau génétique des cellules infectées, et les processus viraux qui mènent à la transformation cellulaire sont inconnus. Le VHC est un virus qui infecte les hépatocytes, les cellules épithéliales du foie. Il a précédemment été montré que l’infection induit de fortes perturbations métaboliques dans ces cellules qui participent à la pathogenèse virale. Par ailleurs, l’infection induit également une accumulation anormale de tissu cicatriciel dans le foie (fibrose) pouvant sur le long terme conduire à des dérèglements fonctionnels et architecturaux de l’organe (cirrhose) qui deviennent irréversibles. L’ultime étape dans la progression de l’hépatite C est le carcinome hépatocellulaire (CHC) dans 1 à 5% des cas, et une large partie de ces patients meurent dans l’année suivant le diagnostic. Nous nous sommes particulièrement intéressés aux étapes précoces de la pathogenèse virale, en particulier l’établissement de la fibrose hépatique. Celle-ci résulte de l’accumulation de composés de la matrice extracellulaire (MEC) dans l’espace intercellulaire du foie, alimentée d’une part par la surproduction de ces composés, et d’autre part par la diminution de leur dégradation par leurs enzymes spécifiques. La MEC est un espace complexe qui contrôle la signalisation entre les cellules. Ceci dépend en grande partie de l’espace situé immédiatement au-dessus de la membrane plasmique, appelé manteau cellulaire ou glycocalyx. Cet espace est majoritairement composé de protéoglycanes comportant un corps protéique sur lequel sont ancrées de nombreuses chaînes de sucres sulfatés capables ou non de fixer les facteurs de signalisation présents dans la MEC pour les rapprocher ou non de leurs récepteurs. Après avoir démontré dans une première étude que l’infection par le VHC induisait une diminution de l’expression d’un composant majeur du glycocalyx dans les cellules infectées, nous nous sommes intéressés plus globalement à l’évolution de cet espace suite à l’infection. Nos travaux reposent sur des approches pluridisciplinaires regroupant biologie moléculaire, biochimie, et biologie cellulaire. Nous avons pu étudier en détail les composés du glycocalyx présents à la surface des cellules infectées ou non par le VHC, ainsi que les facteurs d’une des voies de leur biosynthèse. Ces études ont été réalisées dans un premier temps en modèle d’infection in vitro, mais également sur échantillons biologiques de patients. Nous avons observé un remaniement important des composés du glycocalyx à la surface des cellules infectées, quantitatif et qualitatif, corrélé à des altérations majeures dans la voie de biosynthèse de composants de cet espace. Nous avons constaté que la profondeur de ces altérations descendait à l’échelle du simple sucre (xylose) dont la concentration varie entre les conditions contrôle et infectée. Cette variation de quantité de xylose dans les cellules infectées semble être reflétée dans l’altération d’une importante voie de signalisation contrôlant la destinée cellulaire. Ce travail de thèse permet donc d’éclairer une partie de la pathogenèse virale du VHC encore jamais explorée, soulignant des problèmes majeurs de communication cellulaire dans les organes infectés / Hepatitis C is a chronic liver disease due to the infection by the hepatitis C virus (HCV), through exposure to contaminated blood. An estimated 3 to 4 million people are infected every year, with a viral prevalence rising up to 22% in the general population in Egypt. Over the past years, directacting antivirals (DAA) have emerged on the market, allowing a strong regression of the infection in developed countries. However these treatments are very expensive, and the underlying mechanisms of HCV infection remain ill-defined. HCV is an oncovirus, as are among others, the hepatitis B virus, human papilloma viruses, and herpes viruses. Contrary to those viruses, HCV does not seem to alter the genetic background of infected cells. Therefore, infectious mechanisms leading to cellular transformation are still unknown. HCV infects the epithelial cells of the liver, the hepatocytes. Infection leads to strong disruptions of glucide and lipid metabolism in these cells, contributing to HCV pathogenesis. Moreover HCV infection induces the accumulation of scarring tissue in the intercellular space of the liver, called fibrosis, which can evolve into cirrhosis with irreversible architectural and functional disorders. The ultimate step in hepatitis C progression is the development of an hepatocellular carcinoma (HCC) in 1-5% of cases, and many of these patients die the year following cancer diagnosis. We aimed at studying the early steps of viral pathogenesis, especially the establishment of liver fibrosis. This is the consequence of extracellular matrix (ECM) deposition in the intercellular space of the liver, fueled by both an oversecretion of ECM components and a lack of ECM degradation by specialized enzymes. The ECM is a complex compartment of the liver which controls molecular cellto- cell signaling. This greatly depends on what happens in the area situated right above the plasma membrane, called the cell coat or glycocalyx. This area mainly consists of proteoglycans, composed of a core protein on which long chains of sulfated sugars are anchored. These sugar chains are able to recognize and capture a myriad of signaling molecules in the ECM, in order to bring them closer to their receptors. Our first study demonstrated that one major proteoglycan was downregulated following HCV infection (Grigorov et al, 2017). We then decided to study on a more global scale how the glycocalyx evolved following this infection. Our work here is based on a multi-disciplinary approach combining molecular biology, biochemistry and cellular biology. We studied in details the glycocalyx components present at the surface of cells infected or not, as well as the expression of factors involved in their biosynthesis. This was first done in in vitro cellular models of infection, and extended where possible to biological samples from patients at various stages of chronic hepatitis. We observed a strong quantitative and qualitative reshuffling of the glycocalyx at the surface of infected cells, which correlated with major alterations in the biosynthesis of some proteoglycans. These abnormalities seemed to originate from the amount of a simple sugar, xylose, the main component of the biosynthesis of some proteoglycans. Indeed, intracellular concentrations of xylose were decreased in infected cells. This might bear a link to the observed alterations of a major signaling pathway controlling cell fate, which is partly regulated by xylose. This study sheds light on a previously unexplored aspect of HCV pathogenesis. Our results could contribute to explain the complications linked to this infection, since they underline major cellto- cell communication issues. Since most of the DAA-based therapies work badly once liver cirrhosis has settled, it could be interesting to combine antiviral treatments with anti-fibrotic agents in patients suffering from advanced hepatitis C

La pigmentation de la peau résulte en grande partie de la présence de mélanine dans l’épiderme. Ce pigment est synthétisé par les mélanocytes puis transféré aux kératinocytes pour assurer une fonction photoprotectrice. Le transfert de mélanosomes nécessite une reconnaissance cellulaire entre mélanocytes et kératinocytes. L’interaction entre lectines et glycanes joue un rôle dans cette reconnaissance et peut constituer une cible d’intérêt pour le développement de produits à activité dépigmentante. Par ailleurs, les conditions du microenvironnement cutané, telles que le taux d’oxygène, sont cruciales pour l’homéostasie tissulaire. Les objectifs de ce travail de thèse, réalisé dans le cadre du projet FUI Glycoskin I, ont été : l’étude de la reconnaissance cellulaire entre mélanocytes et kératinocytes à travers l’interaction lectine-glycane, la caractérisation des mélanosomes sécrétés par les mélanocytes et la mise au point d’une méthode d’évaluation du transfert des mélanosomes aux kératinocytes pour tester l’activité de phosphoconjugués. D’autre part, nous avons étudié l’effet du taux d’oxygène sur le processus de mélanogénèse et sur l’interaction lectine-glycane. Nos résultats ont permis d’élucider les profils glycaniques et lectiniques à la surface des mélanocytes et des kératinocytes et de sélectionner des phosphoconjugués potentiellement inhibiteurs du transfert de mélanosomes aux kératinocytes. Nous avons mis au point un modèle d’évaluation du transfert de mélanosomes aux kératinocytes afin de tester l’effet inhibiteur des phosphoconjugués. Nous avons identifié un phosphosaccharide inhibiteur de la reconnaissance entre mélanosomes et kératinocytes. Par ailleurs, ce projet constitue la première étude de la pigmentation en physioxie. Nous avons montré qu’un travail en physioxie induit des modulations des profils glycaniques et lectiniques, ainsi qu’une stimulation de la mélanogénèse. Ces résultats montrent l’importance de se placer en physioxie lors de l’étude de la mélanogénèse in vitro afin de se rapprocher au maximum des conditions physiologiques du microenvironnement cutané lors de l’évaluation de composés actifs. / Skin pigmentation is mostly due to the presence of melanin in the epidermis. This pigment is produced by melanocytes and transferred to keratinocytes, to play a photoprotective role. Melanosome transfer requires cellular recognition between melanocytes and keratinocytes. Lectin-glycan interaction plays a role in this phenomena and can be an interesting target for developing depigmenting products. Besides, the cutaneous microenvironment conditions, such as oxygen level, are crucial for tissular homeostasis. The aims of this work, as part of the Glycoskin I FUI project, were : to study cellular recognition between melanocytes and keratinocytes through lectin-glycan interaction, to characterize melanosomes released from melanocytes and to develop a method for the evaluation of melanosome transfer to keratinocytes in order to assess phosphoconjugate activity. Also, we studied the effect of oxygen level on melanogenesis and lectin-glycan interaction. Our results allowed to elucidate lectin and glycan profiles on the surface of melanocytes and keratinocytes and to select phosphoconjugates potentially able to inhibit melanosome transfer. We developed a method to assess melanosome transfer in order to test phosphoconjugates inhibiting effect. We identified one phosphosaccharide able to inhibit melanocytes-keratinocytes recognition. Furthermore, this project is the first study of pigmentation in physioxia. We showed that physioxia induces modulations of lectin and glycan profiles and stimulated melanogenesis. These results show the importance of physioxia conditions when studying melanogenesis in vitro to approach cutaneous physiological microenvironment when evaluating active compounds.

Pseudomonas aeruginosa (PA) est l’un des principaux germes impliqués dans les maladies nosocomiales et est aussi la principale cause de mortalité et morbidité des patients atteints de la mucoviscidose malgré l’utilisation massive d’antibiotiques. Dans la lutte contre PA, une alternative aux antibiotiques est l’inhibition de ses facteurs de virulence notamment ceux impliqués dans l’adhésion et la formation du biofilm via des interactions de type sucres/protéines. Ces protéines sont appelées lectines (PA-IL, PA-IIL, FliD). L’objectif de ce travail est la recherche de molécules inhibitrices (glycoclusters) de ces lectines impliquées dans la virulence de PA. Compte tenu du grand nombre de glycoclusters à tester et des faibles quantités de matériels biologiques disponibles, un outil de criblage innovant a été développé (glycoarray) à partir d’une lame de verre microstructurée et fonctionnalisée chimiquement afin d’immobiliser de manière organisée et ordonnée les glycoclusters. La méthode d’immobilisation choisie est la méthode d’immobilisation spécifique par hybridation de l’ADN appelée DDI : DNA Directed Immobilization. Sur ces glycoarrays, 3 méthodes indépendantes (lecture de fluorescence directe, IC50 et Kd) de mesure des interactions glycoclusters/lectines ont été mises au point et validées par une étude comparative donnant un classement similaire des glycoclusters pour leur affinité vis-à-vis des lectines Il faut noter que ces mesures faites sur glycoarrays ne consomment que quelques picomoles de glycoclusters comparées aux méthodes classiques (ITC, ELLA, RMN, …) qui nécessitent des micromoles de produits. A l’aide de ces glycoarrays, un criblage d’une bibliothèque d’une centaine de glycoclusters multivalents, de différentes topologies, charges et linkers a permis d’identifier deux structures montrant une très forte affinité vis-à-vis des lectines de PA. Ces glycoclusters sont actuellement en test in vitro et in vivo. Ces études d’interactions sur DDI-glycoarray ont été étendues à d’autres agents pathogènes tels que les bactéries Burkholderia ambifaria, Viscum album ou contre le virus de la grippe. Dans le futur, pour mieux appréhender les mécanismes d’interactions sucres/protéines, il serait intéressant de pouvoir suivre en temps réel ces interactions en utilisant des systèmes de détection sans marquage tel que, par exemple, la résonance plasmonique de surface. Aussi, le dernier chapitre donne les prémices d’une adaptation de la méthode DDI sur glycoarray sur surface d’or. / Pseudomonas aeruginosa (PA) is one of the predominant bacterium encountered in nosocomial infections. PA infections often lead to chronic inflammation and eventually to death despite aggressive antibiotic therapy. A promising approach is to inhibit the virulence factors of PA such as PA-IL, PA-IIL, FliD (lectins). Therefore, there is a great interest for studying carbohydrate/lectin interactions in order to design new treatments. The goal of this work is the research for inhibitory molecules (glycoclusters ) of these lectins involved in the virulence of PA. An innovative screening tool for studying carbohydrate/lectin interactions has been developed (glycoarray). Glycoarray are microstructured glass-slides, chemically functionalized in order to immobilize, organized and orderly, glycoclusters at the surface. The immobilization method is the specific immobilization method based on DNA hybridization called DDI (DNA Directed Immobilization). This miniaturized analytical biosystem allows multiplex test performed in one single microwell. Moreover, three independent methods of affinity measurement (direct fluorescence read-out, IC50 and Kd) have been developed and validated by a comparative study giving a similar ranking of glycoclusters for their affinity towards PA-IL. These measurements on glycoarrays consume only a few picomoles glycoclusters compared to conventional methods (ITC, ELLA...) that require micromoles of products. Using these glycoarrays, the screening of a library of hundreds of glycoclusters presenting different topologies, multivalencies, charges and linkers led to the identification of two structures showing a very strong affinity for PA lectins. These glycoclusters are currently in vitro assay and in vivo. These interaction studies on DDI-glycoarray were extended to other pathogens such as Burkholderia ambifaria bacteria, Viscum album or against the influenza virus. In the future, to better understand the mechanisms of sugar / protein interactions, it would be interesting to monitor in real time the interactions using label-free detection systems such as, for example, the surface plasmon resonance (SPR). Also, the last chapter gives the beginnings of an adaptation of the method of DDI glycoarray on gold surface