L’objection générale de ces travaux est de comprendre les mécanismes d’interaction de molécules d’intérêt avec les membranes afin de faciliter la synthèse de molécules plus efficaces contre leurs cibles tout en étant moins toxique pour l’Homme. Dans la première partie de ces travaux, nous avons étudié les interactions entre ces modèles membranaires et les polyènes antifongiques, connus pour interagir avec les stérols des membranes plasmiques. Nous nous sommes particulièrement intéressés à la Nystatine et à l’Amphotéricine B, deux molécules de structure chimique très proche et actuellement utilisées dans l’industrie pharmaceutique. L’utilisation de différents modèles membranaires et de techniques adaptées a montré que la PhosphatidylEthanolamine avait très vraisemblablement un rôle primordial dans le mécanisme d’interaction de ces molécules avec les membranes. Dans la deuxième partie de ces travaux, nous nous sommes intéressés à l’inhibition de la formation du cristal d’hémozoïne formé lors de la croissance du parasite responsable du paludisme. Ce cristal est formé d’hématine, hautement toxique pour le parasite. L’hématine et l’inhibition de la formation de l’hémozoïne constituent une cible moléculaire idéale pour combattre cette maladie. La chloroquine, la méfoquine et de nouveaux inhibiteurs dérivés de la méfloquine ont été utilisés. L’étude de l’inhibition de la formation du cristal s’est faite en utilisant des monocouches de Langmuir, servant ainsi de biocapteurs. Ces travaux ont montré que l’énantiomérie, mais aussi la lipophilicité des nouveaux composés antipaludiques sont des paramètres importants en vue de la synthèse de molécules plus efficaces. / The main purpose of this work is to better understand the mechanisms of interaction between pharmaceutical relevant molecules and model membranes in order to facilitate the synthesis of new molecules, more efficient against their molecular target and less toxic for Humans. In the first part, we studied the interactions occuring between these models and antifungal polyene molecules. It has been reported that these molecules interacted preferentially with sterols. We specifically focused on Nystatin and Amphotericin B, two polyenes with a very similar chemical structure and presently used as a treatment against fungi and molds. Using different kind of model membranes, we showed PhosphatidylEthanolamine could have a very important role in the mechanism of action of these molecules. In the second part of this work, we studied the inhibition of the formation of a cristal called « hemozoïn », which is growing during the life cycle of the parasite responsible of malaria. This cristal is made of hematin, a toxic by-product of the degradation of hemoglobin, the main source of amino-acids for the parasite. Hematin and the inhibition of the growth of this cristal is a ideal molecular target to combat malaria. Chloroquine, mefloquine and new mefloquine-derivatives were studied. The study of the inhibition of the formation of the cristal was done using Langmuir monolayers as a biosensor. We showed that stereochemistry, but also lipophilicity of these compounds, are important parameters for the synthesis of more efficient antimalarial molecules.

Les membranes biologiques sont impliquées dans divers mécanismes comme la reconnaissance moléculaire ou encore la fusion membranaire. Les lipides, principaux composants des membranes, sont inhérents à ces processus cellulaires, mais leur organisation et leur rôle fonctionnel au sein de ces systèmes sont très complexes. Dans ce travail, nous avons utilisé des modèles membranaires mimant ces systèmes biologiques pour identifier les interactions mises en jeu avec divers agents exogènes (AEs), en utilisant la microscopie à force atomique (AFM). Nous avons donc travaillé sur deux AEs différents qui interagissent potentiellement avec ces membranes. Le premier intervient directement dans le cadre de l'étude du paludisme. Le mécanisme moléculaire de cette maladie (impliquant probablement des structures lipidiques) n'étant pas clair, la compréhension de celui-ci faciliterait le développement de nouvelles molécules antipaludiques et/ou cibles thérapeutiques. Parallèlement notre étude s'est portée sur l'interaction des nanoparticules (NPs) de TiO2, notre second AE, avec les membranes. Très utilisées dans l'industrie, ces NPs de TiO2 pourraient avoir un impact sur la santé humaine, en interagissant notamment avec les membranes cellulaires. Des techniques biophysiques classiques ont tout d'abord été utilisées pour évaluer l'interaction de l'AE avec des systèmes biomimétiques. Ensuite, lorsque celle-ci est prouvée, l'AFM est utilisée pour visualiser les changements morphologiques des modèles membranaires en présence de ces AEs. Ainsi, pour chaque AE, nous avons finalement suggéré un mécanisme d'interaction afin de répondre aux problématiques soulevées. / Biological membranes play a crucial role as a biological barrier but, paradoxically, they were involved in various precesses : as a molecular recognition, enzymatic catalysis, or membrane fusion. Lipids, as a main component of membranes, are entailed in these process but composition, organization, and functional role in these biological systems are quite complex. Here, we use lipid models mimicking biological membrane to identify their interaction mechanisms with various exogenous agents (EAs) like peptides, nanoparticules, drugs, proteins, using atomic force microscopy (AFM). In this project, we worked on two different molecules which interact potentially with biological membrane. The first one was a molecule directly implicated in malaria disease. In fact, the molecular mechanism, probably involving lipid membranes, is still unclear. The understanding of this mechanism would participate to find new antimalarial drug or new therapeutic targets. The second EA studied was titanium dioxide nanoparticules (TiO2 NPs). Widely used in industry, this product from nanotechnology's development could have an impact on human health, whose potential toxicity mechanism still unknown. Biophysical techniques such as fluorescence spectroscopy, Langmuir monolayer were used to evaluate the potential interaction of the EAs with biomimetic membranes. Then, when the interaction was proved, AFM was used in order to visualize the effects inferred by these EAs. Using supported lipid bilayers, we imaged their behavior after injection of the EA concerned, at the nanometer scale. For each EA, we could suggest a mechanism of interaction and respond to the issues raised.

Le paludisme est une maladie endémique sérieuse qui représente une menace importante de santé publique en Afrique, en Asie, Océanie, et en Amérique latine. En Amérique latine, les régions touchées sont principalement centrées autour de l'Amazonie brésilienne. En effet, le Brésil enregistre, chaque année, 100 000 nouveaux cas de paludisme. Aujourd’hui, même les Etats-Unis et l’Europe de l'ouest, qui ne sont pourtant pas des secteurs endémiques, enregistrent un nombre important et croissant de nouveaux cas, essentiellement dus à des voyageurs. Il y a également une recrudescence de la résistance du parasite, à l’origine du paludisme, aux molécules actuellement commercialisés. Par conséquent, la recherche de nouvelles molécules antipaludiques est un enjeu primordial. Nous avons observé que l’acide ursolique, extrait d’espèces sud americainnes Ilex paraguariensis et Ilex dumosa, possédait une activité antipaludique intéressante. Ce travail de thèse a pour but l’extraction, l’hémisynthèse d’analogues de l’acide ursolique et enfin l’évaluation de l’activité antipaludique des composés ainsi obtenus. Le but de ce travail est d'augmenter l'activité antipaludique de l’acide ursolique, initialement décrite, par pharmacomodulation du noyau triterpénique en position 3 et 28. Sept produits naturels ont été extraits et purifiés à partir d’espèces sud americainnes Ilex paraguariensis et Ilex dumosa. Il s’agit des triterpénes de l’acide ursolique et de l’acide oléanolique et les saponosides matésaponines peracetylées ou non. L’optimisation de l’activité antipaludique, par la synthèse de nouveaux analogues triterpéniques, a été basée sur l’hypothèse que l’activité antipaludique initialement observée était due à un mécanisme d’inhibition de la formation de la β-hémozoïne par l’acide ursolique. Ces analogues peuvent être classés selon trois séries : acides ursolique et oléanolique avec des modifications au niveau du cycle A, dérivés ferrocéniques de l'acide ursolique et dérivés pipéraziniques de l'acide ursolique. Les meilleures activités ont été observées pour les derivés pipéraziniques de l’acide ursolique. En effet, sept nouveaux analogues ont démontré des activités intéressantes de l'ordre de nanomolaire (IC50 78 to 964 nM). Les activités obtenues représentent ainsi un gain d’activité au moins d’un facteur 100 par rapport à celle de l’acide ursolique. Une étude de structure-activité a été réalisée sur ces dérivés pipéraziniques de l'acide ursolique. Ainsi, nous avons démontré l’importance du noyau triterpénique et du groupement acétyle en C-3 pour l’activité antipaludique. De même, l’importance des substitutions au niveau de l’azote terminal de la chaine bis-(3-aminopropyl)pipérazine, notamment de groupements hydrophiles, a aussi été réalisée par une étude de relation structure acivité quantitative (QSAR). Enfin, l’hypothèse que ces composés agissent sur l’inhibition de la formation de β-hémazoïne a été confirmée par des études in vitro (inhibition de la formation de la β-hématine) et de modélisation moléculaire. / A Malária é uma doença endêmica que representa um grave problema de saúde pública na África, Ásia, Oceania e América Latina. Na América latina as principais áreas endêmicas estão na Bacia Amazônica e, infelizmente, são registrados cem mil novos casos clínicos no Brasil anualmente. Atualmente, mesmo nos Estados Unidos e no Oeste da Europa, o número de casos de malária tem aumentado a cada ano devido aos viajantes que vêm de áreas de risco. Este trabalho apresenta a síntese de compostos visando aumentar a atividade antimalárica de triterpenos através de farmacomodulação, especialmente em C-3 e em C-28 dos ácidos ursólico e oleanólico. Sete produtos naturais foram obtidos a partir das espécies sul-americanas Ilex paraguariensis e Ilex dumosa: os triterpenos ácido ursólico e ácido oleanólico e as matessaponinas 1 e 3, bem como, os derivados peracetilados das matessaponinas 1, 2 e 3. Três séries de derivados triterpênicos foram sintetizadas: derivados dos ácidos ursólico e oleanólico com modificações no ciclo A, derivados ferrocênicos e derivados piperazínicos do ácido ursólico. Estes compostos foram testados in vitro frente a cepas de Plasmodium falciparum. Os derivados piperazínicos do ácido ursólico foram os mais ativos. Sete novos análogos apresentaram atividade em concentrações na ordem de nanomolar (IC50 78 a 964 nM), enquanto que a cloroquina apresentou IC50 de 130 nM. Baixos índices de resistência cruzada com a cloroquina foram observados. Este estudo também contribuiu para o melhor entendimento da relação estrutura-atividade (REA) para a classe de derivados piperazínicos do ácido ursólico. Desta forma, foi demonstrada a importância do esqueleto triterpênico e do grupamento acetila em C-3 para a atividade antimalárica. O grupamento piperazina foi identificado como farmacóforo nesta série de compostos. Foi caracterizada a importância de substituintes hidrofílicos no nitrogênio terminal da cadeia lateral bis-(3-aminopropil)piperazina através de um estudo de relação estrutura-atividade quantitativa (QSAR). O possível mecanismo de ação destes compostos foi sugerido via inibição da formação de β-hematina a partir de testes in vitro e de modelagem molecular.

Le paludisme est une maladie endémique sérieuse qui représente une menace importante de santé publique en Afrique, en Asie, Océanie, et en Amérique latine. En Amérique latine, les régions touchées sont principalement centrées autour de l'Amazonie brésilienne. En effet, le Brésil enregistre, chaque année, 100 000 nouveaux cas de paludisme. Aujourd’hui, même les Etats-Unis et l’Europe de l'ouest, qui ne sont pourtant pas des secteurs endémiques, enregistrent un nombre important et croissant de nouveaux cas, essentiellement dus à des voyageurs. Il y a également une recrudescence de la résistance du parasite, à l’origine du paludisme, aux molécules actuellement commercialisés. Par conséquent, la recherche de nouvelles molécules antipaludiques est un enjeu primordial. Nous avons observé que l’acide ursolique, extrait d’espèces sud americainnes Ilex paraguariensis et Ilex dumosa, possédait une activité antipaludique intéressante. Ce travail de thèse a pour but l’extraction, l’hémisynthèse d’analogues de l’acide ursolique et enfin l’évaluation de l’activité antipaludique des composés ainsi obtenus. Le but de ce travail est d'augmenter l'activité antipaludique de l’acide ursolique, initialement décrite, par pharmacomodulation du noyau triterpénique en position 3 et 28. Sept produits naturels ont été extraits et purifiés à partir d’espèces sud americainnes Ilex paraguariensis et Ilex dumosa. Il s’agit des triterpénes de l’acide ursolique et de l’acide oléanolique et les saponosides matésaponines peracetylées ou non. L’optimisation de l’activité antipaludique, par la synthèse de nouveaux analogues triterpéniques, a été basée sur l’hypothèse que l’activité antipaludique initialement observée était due à un mécanisme d’inhibition de la formation de la β-hémozoïne par l’acide ursolique. Ces analogues peuvent être classés selon trois séries : acides ursolique et oléanolique avec des modifications au niveau du cycle A, dérivés ferrocéniques de l'acide ursolique et dérivés pipéraziniques de l'acide ursolique. Les meilleures activités ont été observées pour les derivés pipéraziniques de l’acide ursolique. En effet, sept nouveaux analogues ont démontré des activités intéressantes de l'ordre de nanomolaire (IC50 78 to 964 nM). Les activités obtenues représentent ainsi un gain d’activité au moins d’un facteur 100 par rapport à celle de l’acide ursolique. Une étude de structure-activité a été réalisée sur ces dérivés pipéraziniques de l'acide ursolique. Ainsi, nous avons démontré l’importance du noyau triterpénique et du groupement acétyle en C-3 pour l’activité antipaludique. De même, l’importance des substitutions au niveau de l’azote terminal de la chaine bis-(3-aminopropyl)pipérazine, notamment de groupements hydrophiles, a aussi été réalisée par une étude de relation structure acivité quantitative (QSAR). Enfin, l’hypothèse que ces composés agissent sur l’inhibition de la formation de β-hémazoïne a été confirmée par des études in vitro (inhibition de la formation de la β-hématine) et de modélisation moléculaire. / A Malária é uma doença endêmica que representa um grave problema de saúde pública na África, Ásia, Oceania e América Latina. Na América latina as principais áreas endêmicas estão na Bacia Amazônica e, infelizmente, são registrados cem mil novos casos clínicos no Brasil anualmente. Atualmente, mesmo nos Estados Unidos e no Oeste da Europa, o número de casos de malária tem aumentado a cada ano devido aos viajantes que vêm de áreas de risco. Este trabalho apresenta a síntese de compostos visando aumentar a atividade antimalárica de triterpenos através de farmacomodulação, especialmente em C-3 e em C-28 dos ácidos ursólico e oleanólico. Sete produtos naturais foram obtidos a partir das espécies sul-americanas Ilex paraguariensis e Ilex dumosa: os triterpenos ácido ursólico e ácido oleanólico e as matessaponinas 1 e 3, bem como, os derivados peracetilados das matessaponinas 1, 2 e 3. Três séries de derivados triterpênicos foram sintetizadas: derivados dos ácidos ursólico e oleanólico com modificações no ciclo A, derivados ferrocênicos e derivados piperazínicos do ácido ursólico. Estes compostos foram testados in vitro frente a cepas de Plasmodium falciparum. Os derivados piperazínicos do ácido ursólico foram os mais ativos. Sete novos análogos apresentaram atividade em concentrações na ordem de nanomolar (IC50 78 a 964 nM), enquanto que a cloroquina apresentou IC50 de 130 nM. Baixos índices de resistência cruzada com a cloroquina foram observados. Este estudo também contribuiu para o melhor entendimento da relação estrutura-atividade (REA) para a classe de derivados piperazínicos do ácido ursólico. Desta forma, foi demonstrada a importância do esqueleto triterpênico e do grupamento acetila em C-3 para a atividade antimalárica. O grupamento piperazina foi identificado como farmacóforo nesta série de compostos. Foi caracterizada a importância de substituintes hidrofílicos no nitrogênio terminal da cadeia lateral bis-(3-aminopropil)piperazina através de um estudo de relação estrutura-atividade quantitativa (QSAR). O possível mecanismo de ação destes compostos foi sugerido via inibição da formação de β-hematina a partir de testes in vitro e de modelagem molecular.

Le paludisme est une maladie endémique sérieuse qui représente une menace importante de santé publique en Afrique, en Asie, Océanie, et en Amérique latine. En Amérique latine, les régions touchées sont principalement centrées autour de l'Amazonie brésilienne. En effet, le Brésil enregistre, chaque année, 100 000 nouveaux cas de paludisme. Aujourd’hui, même les Etats-Unis et l’Europe de l'ouest, qui ne sont pourtant pas des secteurs endémiques, enregistrent un nombre important et croissant de nouveaux cas, essentiellement dus à des voyageurs. Il y a également une recrudescence de la résistance du parasite, à l’origine du paludisme, aux molécules actuellement commercialisés. Par conséquent, la recherche de nouvelles molécules antipaludiques est un enjeu primordial. Nous avons observé que l’acide ursolique, extrait d’espèces sud americainnes Ilex paraguariensis et Ilex dumosa, possédait une activité antipaludique intéressante. Ce travail de thèse a pour but l’extraction, l’hémisynthèse d’analogues de l’acide ursolique et enfin l’évaluation de l’activité antipaludique des composés ainsi obtenus. Le but de ce travail est d'augmenter l'activité antipaludique de l’acide ursolique, initialement décrite, par pharmacomodulation du noyau triterpénique en position 3 et 28. Sept produits naturels ont été extraits et purifiés à partir d’espèces sud americainnes Ilex paraguariensis et Ilex dumosa. Il s’agit des triterpénes de l’acide ursolique et de l’acide oléanolique et les saponosides matésaponines peracetylées ou non. L’optimisation de l’activité antipaludique, par la synthèse de nouveaux analogues triterpéniques, a été basée sur l’hypothèse que l’activité antipaludique initialement observée était due à un mécanisme d’inhibition de la formation de la β-hémozoïne par l’acide ursolique. Ces analogues peuvent être classés selon trois séries : acides ursolique et oléanolique avec des modifications au niveau du cycle A, dérivés ferrocéniques de l'acide ursolique et dérivés pipéraziniques de l'acide ursolique. Les meilleures activités ont été observées pour les derivés pipéraziniques de l’acide ursolique. En effet, sept nouveaux analogues ont démontré des activités intéressantes de l'ordre de nanomolaire (IC50 78 to 964 nM). Les activités obtenues représentent ainsi un gain d’activité au moins d’un facteur 100 par rapport à celle de l’acide ursolique. Une étude de structure-activité a été réalisée sur ces dérivés pipéraziniques de l'acide ursolique. Ainsi, nous avons démontré l’importance du noyau triterpénique et du groupement acétyle en C-3 pour l’activité antipaludique. De même, l’importance des substitutions au niveau de l’azote terminal de la chaine bis-(3-aminopropyl)pipérazine, notamment de groupements hydrophiles, a aussi été réalisée par une étude de relation structure acivité quantitative (QSAR). Enfin, l’hypothèse que ces composés agissent sur l’inhibition de la formation de β-hémazoïne a été confirmée par des études in vitro (inhibition de la formation de la β-hématine) et de modélisation moléculaire. / A Malária é uma doença endêmica que representa um grave problema de saúde pública na África, Ásia, Oceania e América Latina. Na América latina as principais áreas endêmicas estão na Bacia Amazônica e, infelizmente, são registrados cem mil novos casos clínicos no Brasil anualmente. Atualmente, mesmo nos Estados Unidos e no Oeste da Europa, o número de casos de malária tem aumentado a cada ano devido aos viajantes que vêm de áreas de risco. Este trabalho apresenta a síntese de compostos visando aumentar a atividade antimalárica de triterpenos através de farmacomodulação, especialmente em C-3 e em C-28 dos ácidos ursólico e oleanólico. Sete produtos naturais foram obtidos a partir das espécies sul-americanas Ilex paraguariensis e Ilex dumosa: os triterpenos ácido ursólico e ácido oleanólico e as matessaponinas 1 e 3, bem como, os derivados peracetilados das matessaponinas 1, 2 e 3. Três séries de derivados triterpênicos foram sintetizadas: derivados dos ácidos ursólico e oleanólico com modificações no ciclo A, derivados ferrocênicos e derivados piperazínicos do ácido ursólico. Estes compostos foram testados in vitro frente a cepas de Plasmodium falciparum. Os derivados piperazínicos do ácido ursólico foram os mais ativos. Sete novos análogos apresentaram atividade em concentrações na ordem de nanomolar (IC50 78 a 964 nM), enquanto que a cloroquina apresentou IC50 de 130 nM. Baixos índices de resistência cruzada com a cloroquina foram observados. Este estudo também contribuiu para o melhor entendimento da relação estrutura-atividade (REA) para a classe de derivados piperazínicos do ácido ursólico. Desta forma, foi demonstrada a importância do esqueleto triterpênico e do grupamento acetila em C-3 para a atividade antimalárica. O grupamento piperazina foi identificado como farmacóforo nesta série de compostos. Foi caracterizada a importância de substituintes hidrofílicos no nitrogênio terminal da cadeia lateral bis-(3-aminopropil)piperazina através de um estudo de relação estrutura-atividade quantitativa (QSAR). O possível mecanismo de ação destes compostos foi sugerido via inibição da formação de β-hematina a partir de testes in vitro e de modelagem molecular.

Les membranes biologiques sont impliquées dans divers mécanismes comme la reconnaissance moléculaire ou encore la fusion membranaire. Les lipides, principaux composants des membranes, sont inhérents à ces processus cellulaires, mais leur organisation et leur rôle fonctionnel au sein de ces systèmes sont très complexes. Dans ce travail, nous avons utilisé des modèles membranaires mimant ces systèmes biologiques pour identifier les interactions mises en jeu avec divers agents exogènes (AEs), en utilisant la microscopie à force atomique (AFM). Nous avons donc travaillé sur deux AEs différents qui interagissent potentiellement avec ces membranes. Le premier intervient directement dans le cadre de l'étude du paludisme. Le mécanisme moléculaire de cette maladie (impliquant probablement des structures lipidiques) n'étant pas clair, la compréhension de celui-ci faciliterait le développement de nouvelles molécules antipaludiques et/ou cibles thérapeutiques. Parallèlement notre étude s'est portée sur l'interaction des nanoparticules (NPs) de TiO2, notre second AE, avec les membranes. Très utilisées dans l'industrie, ces NPs de TiO2 pourraient avoir un impact sur la santé humaine, en interagissant notamment avec les membranes cellulaires. Des techniques biophysiques classiques ont tout d'abord été utilisées pour évaluer l'interaction de l'AE avec des systèmes biomimétiques. Ensuite, lorsque celle-ci est prouvée, l'AFM est utilisée pour visualiser les changements morphologiques des modèles membranaires en présence de ces AEs. Ainsi, pour chaque AE, nous avons finalement suggéré un mécanisme d'interaction afin de répondre aux problématiques soulevées.