La glycochimie est un domaine qui prend de plus en plus d'expansion en chimie bioorganique et médicinale. Les glucides, étant la classe de biomolécules la plus répandue, sont des composants de plusieurs molécules bioactives naturelles et synthétiques. Ils présentent notamment un intérêt dans l'industrie pharmaceutique, puisqu'ils peuvent améliorer différentes propriétés pharmacocinétiques de certains composés. À ce jour, plus de 170 médicaments approuvés par les différentes organisations de la santé possèdent une unité glucidique dans leur structure. Ces molécules actives biologiquement ont une grande variété d'applications comme agents thérapeutiques : elles peuvent notamment être utilisées comme antibiotique ou encore comme médicament contre plusieurs types de cancers. Parmi ceux-ci, l'étoposide est un dérivé glycosylé semi-synthétique de la podophyllotoxine, un composé naturel isolé des espèces Podophyllum, et est employé pour le traitement de divers cancers. L'utilisation de ces deux molécules comme agents thérapeutiques est compromise par différents facteurs comme leur toxicité, les effets secondaires engendrés et leur faible solubilité dans l'eau. C'est pour ces raisons que plusieurs groupes de recherche travaillent sur le développement de nouveaux analogues du produit naturel qui seraient potentiellement moins toxiques, plus hydrophiles et dont l'activité biologique est améliorée, ou, du moins, non affectée. Ce mémoire présente la synthèse d'un dérivé de la glucosamine comportant un acide carboxylique et une amine dans sa structure. À partir de cette molécule, une nouvelle méthodologie synthétique d'oligosaccharides linéaires portant un groupement alcyne a été développée. Ces derniers ont pu être liés à la podophyllotoxine grâce à une réaction dite réaction click afin de générer de nouveaux dérivés glycoconjugués de la toxine. Les divers analogues obtenus diffèrent par le groupement retrouvé à la position C-2 du glucide terminal. Une voie de synthèse d'oligosaccharides utilisant les principes de couplage peptidique a donc été développée afin d'accéder à une librairie de nouveaux composés potentiellement actifs biologiquement. / There is a growing interest for the use of glycochemistry in the bioorganic and medicinal chemistry fields. Being the most abundant class of biomolecules, carbohydrates are components of various natural and synthetic bioactive products. They are of particular interest in the pharmaceutical industry since they can improve various pharmacokinetic properties of certain compounds. Nowadays, more than 170 commercially available drugs contain a carbohydrate unit in their structure. These biologically active molecules present a wide range of applications as therapeutic agents: they can be used as antibiotics or even as anticancer drugs. Among these, etoposide is a semi-synthetic glycosylated derivative of podophyllotoxin, a naturally occurring product in Podophyllum species, used as treatment of various cancers. The use of etoposide and podophyllotoxin as therapeutic agents is compromised by various problematics such as high toxicity, undesirable side effects and low water solubility. For these reasons, research groups are working on the development of new podophyllotoxin analogues that would potentially be less toxic, more hydrophilic and whose biological activity is either improved, or not affected. This thesis presents the synthesis of a glucosamine derivative bearing both a carboxyl and an amine group in its structure. From this molecule, a new synthetic methodology to access linear oligosaccharides carrying an alkyne group has been developed. These glycomolecules could be linked to podophyllotoxin by click reaction to generate new glycoconjugate derivatives of podophyllotoxin. Each analogue differs by the group found at the C-2 position on the terminal carbohydrate. Therefore, a new synthetic approach of oligosaccharides using the principles of peptide coupling has been developed to access a library of new potentially biologically active compounds.

Les glycoconjugués constituent une classe de molécules organiques importante car ils sont impliqués dans de nombreux processus biologiques à savoir l'inflammation, la transmission du signal, la fécondation, l'adhérence cellule-cellule et bactérie-cellule, la reconnaissance virus-cellule et la défense immunitaire… L'utilisation de ce type de molécules comme principe actif peut être limitée par l'instabilité de la liaison glycosidique en milieu physiologique et de ce fait la préparation de C-glycoconjugués plus stables, non sensibles aux hydrolyses acides et enzymatiques constitue un enjeu en synthèse organique. Cette thèse décrit un nouvel accès à des C-glycoconjugués via des précurseurs céto-C-glycosides. La majeure partie du travail a consisté à la mise au point d’une nouvelle voie d’accès à des céto-C-glycosides à partir de glyconitriles issus du glucose, du galactose ou du mannose. Dans un premier temps, la réactivité de glyconitriles totalement protégés sous forme d’éthers benzyliques vis-à-vis d’organozinciques activés a été étudiée permettant d’isoler différentes cétones fonctionnalisées C-glycosylés. Lorsque ces substrats sont opposés à des organomagnésiens, un mélange de composé attendu et de glycal issu de l’élimination du benzyloxy en position 2 est observé. Afin de limiter la formation des glycals, des glyconitriles comportant un groupe hydroxyle en position 2 ont été préparés. L’addition de réactifs de Grignard ou d’organolithiens sur ces glyconitriles ont conduit à divers céto-C-glycosides. Ainsi, il a été montré que l’addition des organolithiens était plus efficace en termes de rendement.Ayant en main ces dérivés cétoniques, une étude de fonctionalisation de la fonction cétonique (formation de méthylène, de gem-difluoré, réduction en alcool…) a été entreprise, sur un substrat modèle, acquis qui pourra être transposé aux acyl-C-glycosides plus complexes. De plus, l’application de la méthodologie de synthèse à des C-glycoconjugués originaux appartenant à trois familles de composés différentes, inhibiteurs potentiels de SGLT-2 ou de glycogène phosporylase, nouvelles cibles thérapeutiques dans le traitement du diabète de type 2, a été validée. / Glycoconjugates, an important series of organic molecules, are fundamental to many important biological processes such as inflammation, signal transduction, fertilization, bacterial-cell or cell-cell adhesion, virus-cell recognition and immune response…The use of such compounds as drug is limited by the significant hydrolysis occurring in physiological medium or in acidic conditions. Thus, more stable C-glycoconjugates syntheses have to be developed.A new strategy for the synthesis of C-glycoconjugates via acyl-C-glycosides precursors is described from gluco-, galacto- or manno-nitriles. First, the reactivity of O-perbenzylated glyconitriles towards various activated organozinc reagents led to various functionalized keto-C-glycosides. However, with Grignard reagents, a mixture of the corresponding compound along with glycal occurring from the elimination of benzyloxy group located in position 2 is observed. To prevent such elimination, 2-hydroxyglyconitrile was prepared. With organomagnesium or organolithium reagents, these glyconitriles led to various glyconitriles in good yieds. It is noteworthy that organolitium reagents were more efficient, leading to better yields in glucose and galactose series.With these keto derivatives in hands, the transformation of the keto group into methylene, gem-difluorine, alcool…. was performed on a galatose-derived ketone as a model for the preparation of more complex C-glycosides. Moreover, the application of the methodology was applied to the synthesis of original C-glycoconjugates as potential SGLT-2 or glycogen phosphorylase inhibitors, thereby validating the synthetic strategy.

L'incidence des maladies hépatiques est en augmentation, ce qui rend urgente la recherche de systèmes de vectorisation d'agents thérapeutiques vers le foie. La maladie sur laquelle porte notre étude est la maladie orpheline de Wilson. Elle induit une accumulation de cuivre (Cu) principalement dans les hépatocytes et les chélateurs de Cu systémiques utilisés à ce jour pour la traiter présentent de nombreux effets secondaires. C'est dans ce contexte que nous proposons une stratégie innovante qui consiste à piéger sélectivement le cuivre en excès dans les cellules hépatiques. Des chélateurs sélectifs du Cu(I), degré d'oxydation du Cu disponible intracellulaire, ont été conçus. Afin de cibler ces derniers vers les cellules hépatiques, nous avons focalisé notre intérêt sur le récepteur aux asialoglycoprotéines (ASGP-R), une lectine abondamment et presque exclusivement exprimée à la membrane des hépatocytes.Deux familles de glycoconjugués contenant une unité de ciblage associée à une unité de vectorisation des hépatocytes ont été développées : l'une possède une plateforme cyclodécapeptidique et l'autre une plateforme pseudopeptidique d'architecture tripodale. Les unités de ciblage sont composées de N-acétylgalactosamines présentés de manière multivalente, permettant une reconnaissance et une endocytose sélective des glycoconjugués dans les hépatocytes par l'intermédiaire de la lectine ASGP R. Les deux familles de composés ont montré leur capacité à entrer dans les cellules hépatiques et à faire diminuer le taux de Cu intracellulaire disponible.L'objectif de ce travail de thèse est l'étude et l'optimisation du système de ciblage. Les efficacités d'internalisation des deux familles de glycoconjugués dans les hépatocytes sont pour cela comparée. En outre, l'influence de la structure moléculaire des glycoconjugués sur l'efficacité de ciblage est étudiée. Plusieurs glycoconjugués appartenant à chacune des deux familles de composés ont donc été synthétisés, et leur propriétés d'internalisation dans les hépatocytes humains analysée par cytométrie en flux. / Regarding the increasing incidence of liver diseases in the past decades, the discovery of drug delivery systems is becoming a major research area. In particular, the Wilson disease is a liver dysfunction, which needs more specific treatments than those available nowadays. This genetic disorder induces a toxic copper overload in the hepatocytes. Because current copper chelating therapies present many side effects due to their lack of specificity, we propose an innovative strategy that would selectively detoxify copper in liver cells. Since excess intracellular Cu is in the +I oxidation state, we figured that a chelator that would enter the hepatocytes and be specific for Cu(I) could represent an efficient strategy. To selectively target the hepatic cells, we focus our interest on a lectin, which is highly and exclusively expressed in the membrane of the hepatocytes: the asialoglycoprotein receptor (ASGP-R).Two different kinds of glycoconjugates that contain a Cu(I) chelating unit associated to liver targeting systems have been obtained : one has a cyclodecapeptide scaffold and the other a tripodal pseudopeptide core. The targeting units are composed of N-acetylgalactosamine (GalNAc) residues multivalently presented, allowing the selective recognition and endocytosis of the glyconconjugates thanks to ASGP-R. These two families of molecules were demonstrated to enter hepatocytes and to chelate intracellular copper.The aim of the present work is to study and optimise the targeting system. We have compared the efficiency of the targeting systems of the two families of molecules. Moreover the influence of several structural parameters on the internalisation efficiency was determined. Several compounds belonging to cyclodecapeptide and tripode families have been synthesised, and their ability to enter in human hepatocytes has been analysed by flow cytometry.

Dans la communauté scientifique, la glycosylation suscite un vif intérêt tant les relations existantes entre les sucres et les protéines sont étroites et sont impliquées dans de nombreux processus biologiques. De nombreuses méthodologies de synthèse ont été développées pour permettre la production de glycoprotéines sous forme homogènes nécessaires pour leur étude. Les formes S-glycosidiques sont d’un intérêt particulier grâce notamment à la réactivité de l’atome de soufre qui permet le couplage spécifique sucre – acide aminé et qui confère à la liaison une relative résistance à l’hydrolyse acido/basique et enzymatique. Dans le cadre de ce projet nous avons souhaité utiliser des outils biocatalytiques pour proposer une nouvelle voie d’accès aux protéines S-glycosylées en s’appuyant sur le concept des thioglycoligases. Pour répondre à ce challenge, nous nous sommes intéressés à la production d’une banque de glycosidases natives à partir du génome de la bactérie thermophile Dictyoglomus thermophilum. Trois protéines originales ont pu être produites, caractérisées et criblées en activité transglycosylase. Parmi ces dernières la β-glycosidase DtGly s’est révélée être un biocatalyseur efficace en favorisant la synthèse d’une variété de glycosides d’alkyle et de glycosyl glycérol. Par la suite, neuf mutants thioglycoligases ont été produits par mutagénèse dirigée à partir des glycosidases natives. A l’issue de leur criblage en activité thioligase, le mutant de DtGly E159Q a été retenu pour la synthèse de S-glycoconjugués. Une étude de relation structure/activité menée sur l’enzyme mutée nous a conduit à la synthèse d’un acide aminé non-naturel, la Thiotyrosine. L’essai de glycosylation de l’analogue estérifié de cette Thiotyrosine par DtGly E159Q a été suivi par LC-MS et a permis de mettre en évidence la formation du produit de thioglucosylation. Ce premier résultat préliminaire s’avère très prometteur pour la validation du concept de S-glycosylation d’un acide aminé catalysée par une thioglycoligase. / Glycosylation, one of the most complex co- and post-translationnal modifications of proteins, is of utmost importance for the scientific community as carbohydrates and proteins are closely related and involved in numerous diseases. The need to access homogeneous glycoproteins allows the development of a wide range of synthetic methods. Among them S-glycosidic forms have been attractive thanks to the reactivity of sulfur atom which allows the specific sugar – amino acid conjugation and confers a relative resistance through acido/basic or enzymatic hydrolysis. In this project we attempt to take advantage of natural tools to develop an enzymatic methodology to prepare S-glycosylated proteins through the thioglycoligase concept. In order to take up this challenge we first generate an enzymatic pool of wild type glycosidases from the thermophilic bacteria Dictyoglomus thermophilum. Activity screening of the three proteins produced and characterized allows the isolation of the β-glycosidase DtGly with good transglycosylation activity, thus affording a variety of alkyl glycosides and glyceroglycosides. Next we generate nine thioglycoligase mutants through site-directed mutagenesis and after screening of activity, the variant DtGly E159Q was selected to produce S-glycoconjugates. Finally, DtGly E159Q relation structure/activity studies led us to synthesize the unnatural amino acid Thiotyrosine. Enzymatic thioglucosylation assay catalyzed by DtGly E159Q was monitored by LC-MS and gave converging evidence of the successful formation of the S-glucosylated Thiotyrosine. This tremendous preliminary result is promising for further investigations of enzymatic S-glycosylation of amino acid using thioglycoligases as toolbox.

Les bêta-peptides montrent une grande stabilité métabolique et protéolytique. Ce travail s'est principalement focalisé sur leur utilisation en tant que plateformes multivalentes pour la présentation de "sucres" et en particulier d'antigènes saccharidiques spécifiques des tumeurs, connus sous le nom de TACAs (Tumor-Associated Carbohydrate Antigen). Les TACAs, et parmi eux l'antigène Tn (GalNAc-Alpha-O-Ser/Thr), sont considérés comme des marqueurs des cellules tumorales qui peuvent être intégrés dans des structures synthétiques destinées à mimer la surface des cellules cancéreuses en vue d'induire une réponse immunitaire antitumorale. Dans la première partie de la thèse, nous avons étudié la synthèse de bêta-peptides glycoconjugués, obtenus par cycloaddition 1,3-dipolaire catalysée au cuivre entre un alcyne et un azoture (CuAAC - Copper-catalysed Alkyne-Azide Cycloaddition). Ces glycoconjugués, présentant jusqu'à six unités saccharidiques, ont été élaborés à partir de bêta-peptides fonctionnalisés par des groupes azoture ou alcyne, préparés au départ d'acide aspartique. Les trimères glycoconjugués ont également été couplés à de la biotine, par l'intermédiaire d'un espaceur (d'acide aminocaproïque) et l'antigénécité de ces édifices a été testée. Les bêta-peptides présentent également une tendance prononcée à adopter des structurations secondaires. C'est pourquoi les oligomères synthétisés ont été étudiés d'un point de vue conformationnel afin de déterminer la nature d'une éventuelle préférence conformationnelle

La glycobiologie structurale est la branche de la biologie qui étudie la structure et les interactions de glucides, molécules jouant des rôles d'extrême importance dans tous les organismes. Dans la première partie de la thèse, nous nous sommes intéressés à la structure 3D de deux glycoconjugués, la tricolorine A et un O-glycanne de la protéine de Tamm-Horsfall, en utilisant les méthodes de cristallographie et de modélisation moléculaire. Le sujet développé dans la deuxième partie est centré sur l'interaction de glucides avec leurs récepteurs protéiques, les lectines. Les lectines sont une importante classe de protéines avec la capacité de “lire” l'information biologique qui est codifiée dans la structure 3D des sucres. La cristallographie macromoléculaire en combinaison avec des techniques de biophysique, telles que la microcalorimétrie de titration, ont été utilisées pour élucider les bases structurales et thermodynamiques de la reconnaissance lectine-sucre. Deux lectines, produites par les bactéries pathogènes opportunistes Pseudomonas aeruginosa et Chromobacterium violaceum et ayant un rôle dans l'infectivité, ont été étudiées. La structure tridimensionnelle de la lectine de Psathyrella velutina, le premier membre d'un nouvelle famille des lectines de champignon a également été résolue.

Cette thèse de doctorat a été réalisée au Centre de Recherche sur les Macromolécules Végétales (CERMAV) sous la direction du Dr Sébastien Fort, responsable de l'équipe Chimie et Biotechnologie des Oligosaccharides (CBO) et du Dr Sami Halila de l'équipe PhysicoChimie des Glycopolymères (PCG). Cette thèse intitulée « Synthèse par chimie click non metallo-catalysée de glycoconjugués macromoléculaires pour des applications médicales» est financée par le ministère de l'enseignement supérieur et de la recherche (bourse MESR). L'objectif de ce travail était de développer de nouvelles méthodes de modification et de couplage regiosélectif d'oligosaccharides pour la préparation de glycoconjugués par une chimie « click » sans catalyse métallique. Ces travaux s'appuient sur l'expertise de l'équipe CBO pour la synthèse chimio-enzymatique d'oligosaccharides complexes ainsi que sur les méthodes de modification sélective de la position réductrice des oses.Un premier aspect concerne l'utilisation des propriétés physico-chimiques des oligosaccharides pour l'obtention de nanoparticules de taille contrôlée. Ces particules sont constituées de copolymères à blocs hybrides obtenus par couplage entre un polymère de synthèse et un oligosaccharide. La structure des nano-objets préparés sera analysée au sein de l'équipe PCG.Le deuxième aspect concerne l'utilisation des propriétés de reconnaissance biochimique des oligosaccharides. Cette partie sera focalisée sur le couplage efficace d'oligosaccharides d'intérêt biologiques sur support solide pour la purification de protéines. / The aim of the project is to develop new anomeric modification of oligosaccharides for the synthesis of glycoconjugates by metal-free click chemistry. Synthetic glycans have shown a great potential in medical and nanotechnology related fields. The current use of metallic catalyst during synthesis and the risk of contamination of the final product represent a drawback which could restrain their applications. Therefore an efficient metal free synthesis of glycoconjugates could be of great interest to circumvent this obstacle.Two distinct synthetic strategies have been explored for the metal free coupling of complex oligosaccharides on polymers to yield block-copolymers and glycoadsorbants. The glycopolymers were synthetized by a Michael addition between a thiol functionalized oligosaccharide and a maleimide or bromo-maleimide functionalized polymer. The nanoparticles obtained from the self-assembly of theses amphiphilic copolymers in water were characterized. The polycaprolactone-b-xylooligosaccharides copolymers presenting a reducible linkage were self-assembled into nanoparticles and assessed as model for the delivery of hydrophobic drugs. This system showed a selective release of the entrapped molecules in reducing environment making it an interesting system for the intra-tumoral delivery of anti-cancer drugs. Glycoadsorbents were prepared by a Diels Alder reaction between a solid matrix displaying a maleimide moiety and furyl functionalized oligosaccharides. The affinity matrixes obtained allowed the selective purification of lectins. The blood group antigen (A;B) grafted matrixes displayed good properties for the trapping of corresponding anti-A or anti-B antibodies. These types of immunoadsorbants have great potential for the treatment of immune diseases like the Guillain-Barré syndrome.To conclude, two efficient anomeric modification and coupling strategies of oligosaccharides have been developed, opening the way to the metal free synthesis of various glycoconjugates.