Les protéines à domaine PDZ, en très grand nombre dans le génome humain, sont impliquées dans des interactions protéine-protéine. Elles participent ainsi à véhiculer des signaux à l’origine de différentes pathologies (cancer, douleur….). L’interruption de l’interaction entre la protéine à domaine PDZ, PSD-95, et le récepteur de la sérotonine, 5-HT2A, entraîne une réduction de l’hyperalgie chez le rat neuropathique. Le développement de molécules capables d’inhiber cette interaction pourrait donc conduire à une nouvelle classe d’antalgiques.Nous avons réalisé, au cours de ces travaux, la synthèse de trois générations de ligands, comportant un noyau indolique, capables d’interagir avec le site S0, site très conservé des protéines à domaines PDZ. Dans un premier temps, nous avons préparé 15 biligands possédant un noyau indolique polysubstitué lié, via un espaceur de longueur variable (2 à 6 atomes de carbone), à différents acides aminés, dans le but d’interagir avec le site S1, montrant beaucoup de diversité en fonction du domaine. Nous avons ensuite, après une étude de relation structure/activité, développé deux autres générations d’indoles polysubstitués présentant notamment des substituants hydrophobes en position 5.Nous avons montré, par RMN HSQC 1H/15N et chromatographie d’affinité, que deux de ces composés sont des inhibiteurs de l’interaction PSD-95/5-HT2A et présentent de fortes interactions avec le site S0 de PSD-95. Ces molécules présentent également des propriétés antalgiques particulièrement intéressantes in vivo. Nous avons également déterminé, par RMN NOESY, la structure du complexe protéine/ligand pour ces deux composés. L’orientation d’une de ces molécules dans le site de la protéine nous permet d’envisager le développement d’une nouvelle génération d’indoles polysubstitués, pouvant interagir avec le site S1 de la protéine et permettant ainsi d’obtenir des inhibiteurs sélectifs de l’interaction PSD-95/5-HT2A. / Protein-protein interactions play a central role in the regulation of biological processes and represent a promissing class of therapeutic targets. It has been recently reported that disrupting the interaction between the PDZ protein PSD-95 and the serotonin receptor 5-HT2A induced an antihyperalgesic effect in diabetic rats. In this context, the development of original ligands capable to inhibit specifically this interaction could lead to a new class of analgesic compounds.We carried out the synthesis of three generations of ligands possessing an indole moiety in order to interact with the highly conserved carboxylate-binding loop (GLGF loop) of PSD-95. Two generations of compounds were developed to find out the position and the nature of the substituents furnishing the best interactions. One generation consists of a family of 15 biligands possessing a substituted indole moiety, coupled with a linker (having from 2 to 6 carbon atoms) via an amid function, ended with various amino acids to interact with the S1 site of the protein, in order to obtain specific ligands.By various biological evaluations, NMR HSQC 1H/15N, chromatography affinity assays and in vivo experiments, we identified two promising inhibitors of the interaction PSD-95/5-HT2A with strong interactions with S0 site of PSD-95. For these compounds, we determined the structure of the complex protein/ligand by NMR NOESY experiments. The orientation of one of these molecules in the S0 site allows us to envisage a new generation of ligands capable to interact with the S1 site of the protein.

Les travaux de recherche doctorale présentés dans ce manuscrit traitent de l'utilisation de ligands organométalliques associés à des briques organométalliques luminophores. Ces ligands rganométalliques, appelés organométalloligands sont des complexes sandwichs où un ruthénium(II) ou un iridium(III) est -coordonné à un cycle portant une ou deux fonctions chélatantes. Ces fonctions sont des atomes de soufre ou de sélénium. Les briques luminophores sont constituées d'un atome de platine(II) complexé par des ligands aromatiques. En faisant varier la topologie des organométalloligands employés ainsi que le type de briques de platine, des assemblages polynucléaires variés sont obtenus. Pour chaque famille d'assemblages synthétisés, une étude des propriétés d'absorption et de luminescence est menée. Au travers de ces divers assemblages, différents aspects particulier de la chimie de coordination sont mis en avant. Ainsi, nous pouvons avec un organométalloligand servant d'espaceur créer des chaînes monodimensionnelles, leur formation étant assurée par des interactions de type supramoléculaires Pt···Pt et - . La stratégie de l'organométalloligand permet par ailleurs d'amoindrir le caractère non-innocent d'un ligand dithiolène complexé à une brique de platine luminescente, ce qui peut être confirmé par étude électrochimique. Enfin, la synthèse d'un organométalloligand portant une information chirale mène, en contrôlant cette chiralité, à moduler les agrégations intermoléculaires ce qui permet d'observer une modulation en terme de luminescence. / The PhD research work presented herein deals with the use of organometallic ligands as connectors to luminescent organometallic building blocks to provide novel luminescent coordination assemblies. These organometallic ligands, called "organometalloligands" are sandwich-complexes where a ruthenium(II) or an iridium(III) is pi-bonded to a carbo-cycle bearing one or two chelating ligands. These ligands are either sulfur or selenium atoms. The luminescent building blocks are basically cyclometallated platinum(II) or polypyridyl Pt(II) moieties. Upon variation of the geometrical structures of the organometalloligands as well as the platinum luminophores, various polynuclear assemblies displaying unique appealing architectures are obtained. Moreover for each type of coordination assembly, a full investigation of their absorption and emission properties is presented. For instance, such assemblies with organometalloligand spacer display 1D infinite chains, where the individual units exhibit supramolecular Pt···Pt and pi-pi interactions. On the other hand, the non-innocent character of the pi-bonded dithiolene ligand is controlled as it is shown by electrochemistry experiments. Finally, the synthesis of a novel organometalloligand bearing chiral function allows, the control of the chirality of the assemblies, the modulation of the intermolecular Pt···Pt and pi-pi interactions and overall their luminescent properties.

Les interactions biologiques sont régies par des mécanismes complexes, qui mêlent différentes échelles, de temps comme de taille. C’est le cas du ribosome, un complexe nucléoprotéique responsable de la traduction de l’ARNm en protéines, et ce faisant, une cible thérapeutique primordiale. Or la taille du ribosome procaryote 70S (2.4 MDa) rend difficile l’applications des techniques classiques de criblage de ligands. Au cours de ma thèse, j’ai exploré la possibilité d’utiliser la RMN du fluor pour caractériser les interactions entre des ligands et le ribosome procaryote. Cette approche a été motivée par l’apport de nouvelles méthodes de détection pouvant coupler la versatilité de la RMN (Résonance Magnétique Nucléaire) avec les propriétés de l’atome de fluor. L’atome 19F se prête parfaitement à la RMN, avec son rapport gyromagnétique proche du proton et son abondance isotopique naturelle de 100%. De plus, le fluor est bio-orthogonal au Vivant. Enfin, les caractéristiques physico-chimiques du fluor sont bien exploitées dans la pharmacopée (un quart des antibiotiques en possèdent un groupement). / Biological interactions are under the control of complex mechanisms, across different scales, in time of in size. It is particularly true for the ribosome, a nucleoprotein responsible for the mRNA translation into proteins, and thus, a primary therapeutic target. The size of the prokaryotic 70S ribosome (2.4 MDa) is a problem for the application of classical ligand screening method. During my thesis, I explored using fluorine NMR to characterize the interaction between ligands and the prokaryotic ribosome. This strategy was motivated by new detection approaches that can combine NMR (Nuclear Magnetic Resonance) versatility with the fluorine atom properties. The 19F atom is perfectly suited for NMR, with its gyromagnetic ratio close to the proton one and its isotopic abundance of 100%. Moreover, the fluorine is absent from natural compounds. Finally, the physicochemical characteristics of fluorine are well exploited in the pharmacopeia (a fourth of all antibiotics has a fluorine moiety).

Cette thèse décrit l'étude réalisée sur des complexes portant le ligand pince indendiide, incluant leur synthèse et caractérisation ainsi que leur activité en catalyse coopérative métal/ligand de cycloisomérisation d'acide alcynoïques et N-tosyl alkynylamides. Le premier chapitre fait un point bibliographique non-exhaustif du domaine de la catalyse coopérative métal/ligand, des premiers travaux précurseurs de Noyori sur les processus d'hydrogénation avec des complexes amido de ruthénium aux récents travaux de Milstein avec des complexes pince à base de pyridine déaromatisée. Le deuxième chapitre porte sur le développement de nouveaux complexes pince indendiide du Pd et leur application en catalyse coopérative métal/ligand. La modification structurale réalisée, remplacement des substituants Ph sur l'atome de phosphore par des iPr, visait à augmenter la robustesse des complexes et améliorer ainsi leur performance en catalyse. Deux nouveaux complexes ont été préparés et entièrement caractérisés (RMN, IR, DRX). Les premières évaluations d'activité catalytique ont en effet révélé une meilleure activité de ces nouveaux complexes comparés à leurs prédécesseurs, puisqu'ils sont capables de cycloisomériser de manière efficace les N-tosyl alkynyl amides. Une large gamme de substrats a été étudiée, incluant N-tosyl alkynyl amides linéaires non-substituées et substituées, d'autres à base de squelette phénylène, et même celles à alcyne en position interne. De manière générale, une majorité d'exo-lactames est formée avec des très bons rendements (~90%) sauf lorsque l'alcyne est en position interne, cas dans lequel l'endo-lactame est formée préférentiellement. Il est important de souligner que le résultat phare de ce chapitre est la préparation pour la première fois de methylène lactames à 7-chainons par cycloisomérisation. Malgré les avancées notables atteintes dans ce chapitre, la grand modularité des complexes pince étudiés permet d'espérer des améliorations du système catalytique. Ces améliorations sont présentées lors du troisième chapitre. Il s'agit ici de remplacer l'atome de Pd par le Pt. Les nouveaux complexes préparés ont été évalués dans la cycloisomérisation de acides alcynoïques et N-tosyl alcynyl amides et le meilleur d'entre eux a été identifié (dimère à groupement iPr sur l'atome de P). A nouveau une large gamme de substrats, acides et amides, a été étudiée faisant varier la taille de cycle et la position de l'alcyne. La stratégie s'est avérée fructueuse puisque de manière générale ce complexe de Pt s'est montré plus actif que l'équivalent à base de Pd. En particulier, ce complexe présente une activité remarquable pour la transformation d'alcynes internes et la formation de cycles à 6 et 7-chaînons. La connaissance approfondie du mécanisme de la réaction a conduit aussi à l'utilisation d'additifs donneurs de liaison H afin de favoriser la réaction de cyclisation. Grâce à l'utilisation du pyrogallol, la vitesse de réaction et la sélectivité 6-endo (vs 5-exo) et 6-exo (vs 7-endo) ont été améliorées de manière significative. Pour la première fois, une grande variété de d et e-lactones et lactames ont pu être préparées avec des très bonnes sélectivités et rendements. L'ensemble de ces résultats souligne les propriétés uniques de ces complexes pince indendiide et étend leurs applications catalytiques. / This work contributes to the study of new indenediide pincer complexes, including their synthesis, characterization, and finally their activity in metal-ligand cooperative catalytic cycloisomerization of a range of alkynoic acids and N-tosyl alkynylamides. The 1st chapter compiled a non-exhaustive bibliographical survey of the field of metal-ligand cooperation in catalysis, from the pioneering work of Noyori using amido-Ruthenium complexes for hydrogenation, to the recent work of Milstein with pincer complexes based in dearomatized pyridine. The 2nd chapter of this thesis is dedicated to the development of the newly-tuned Pd indenediide pincer complexes and their application in metal-ligand cooperative catalysis. A structural modulation, by varying the R substituents Ph at phosphorus with iPr, was performed in attempt to increase the robustness of the Pd pincer complexes and enhance thereby their catalytic performance. Thus, two novel complexes were successfully synthesized and fully characterized (NMR, IR, XRD). Initial study demonstrated a better performance of the new complexes than their predecessor, as the cycloisomerization of N-tosyl alkynyl amides can be efficiently achieved. Moreover, the N-tosyl alkynyl amide scope was extensively studied, from linear non-substituted C5-C7, then substituted, benzo-fused, and finally to internal alkyne ones. Eventually, a majority of exo lactams products, together with the unusual internal endo lactam can be prepared in excellent yields (most often 90 %). Note that the obtaining for the first time of 7-member ring methylene caprolactam via a cycloisomerization was pretty inspiring. Nevertheless, improvements for the current catalytic system remain. The 3rd chapter of this thesis is devoted to further modulation of the pincer complexes, in particular the switching of metal center from Palladium to Platinum. The newly-synthesized Pt complexes were evaluated in the cycloisomerization of N-tosyl alkynylamides and alkynoic acids, and the dimeric complex with iPr groups at the P atoms exhibited the best performance. The substrate scope was further extended to more challenging ones. In most cases, reactions were remarkably accelerated. Direct comparisons upon amides and acids bearing internal alkyne further indicated that the Pt complex outperformed its Pd analogue. In particular, the Pt pincer complex is extremely efficient for the formation of 6 and 7-membered rings. In light of in-depth understanding of the mechanism, several selected additives were employed as H-bond donor, to reinforce the cyclization. The reaction rate and selectivity for 6-endo (vs 5-exo) as well as 6-exo (vs 7-endo) cyclizations was greatly improved by using pyrogallol. For the first time, a large variety of d and e-lactones/lactams could be prepared with high selectivities and in very good yields. These results emphasize the unique properties of SCS indenediide pincer complexes and extend further their catalytic applications.

Parmi les différents isotopes du Scandium qui peuvent être utilisés en médecine nucléaire, on peut citer le ⁴⁷Sc et le ⁴⁴Sc. Le premier se désintègre en émettant un électron associé à un gamma de 159 keV et peut donc être utilisé soit pour faire de la radiothérapie, soit de l’imagerie TEMP. Le ⁴⁴Sc (3.97 h) se désintègre dans 94.27 % des cas en émettant un positron, accompagné d’un photon γ d’énergie égale à 1.157 MeV. Cet isotope est alors un candidat idéal pour des applications en imagerie TEP. Actuellement, le Cyclotron de haute énergie et haute intensité Arronax produit le ⁴⁴Sc et coproduit son état isomérique le ⁴⁴mSc (2.44 j). Le ⁴⁴mSc a des propriétés (Eᵧ=270 keV, 98.8 %) qui permet d’envisager son utilisation comme potentiel générateur in vivo. Les travaux précédents ont permis de montrer que le ligand DOTA est le plus adapté et le plus stable pour le Sc. Ce travail de thèse a pour but de mettre en évidence la faisabilité du générateur in vivo ⁴⁴m/⁴⁴Sc. Dans un premier temps une procédure a été optimisée et validée pour la production du ⁴⁴m/⁴⁴Sc avec une haute activité spécifique et pureté chimique. Le radiomarquage sur des peptides contenant du DOTA a été ensuite développé et optimisé. Des études théoriques et expérimentales ont été réalisées dans le but de démontrer la faisabilité du ⁴⁴m/⁴⁴Sc comme potentiel générateur in vivo. En fin des études de stabilité in vitro sur des complexes radiomarqués du ⁴⁴m/⁴⁴Sc suivi d’études de biodistribution et d’imagerie TEP ont été réalisées. / Among the different isotopes of Scandium that can be used in nuclear medicine may be mentioned the ⁴⁷Sc and ⁴⁴Sc. The first decays by emitting an electron associated with a 159 keV gamma can thus be used either for radiotherapy or TEMP imaging. The ⁴⁴Sc (3.97 h) decays in 94.27% in case by emitting a positron, with a γ photon energy equal to 1.157 MeV. This isotope is then an ideal candidate for applications in PET imaging. Currently, the Cyclotron of high energy and high intensity ARRONAX produce ⁴⁴Sc and co-produces the isomeric state the ⁴⁴mSc(2.44 d). The ⁴⁴mSc has properties (Eᵧ = 270 keV, 98.8%), which allows to consider its use as a potential in vivo generator. Previous work had demonstrated that the DOTA ligand is most suitable and stable for Sc. This thesis aims; make in evidence the feasibility of the in vivo ⁴⁴m/⁴⁴Sc generator. Initially a procedure was optimized and validated for the production of ⁴⁴m/⁴⁴Sc with a high specific activity and chemical purity. Radiolabeling of DOTA conjugated peptides was then developed and optimized. Theoretical and experimental studies have been performed in order to demonstrate the feasibility of ⁴⁴m/⁴⁴Sc as a potential in vivo generator. Finally, in vitro stability studies on radiolabeled ⁴⁴m / ⁴⁴Sc complexes were performed, followed by biodistribution studies and PET imaging.

Substitution of the 1,5-cyclooctadiene (cod) ligand in PtCl2(cod) (1) by the diphosphine ligand 4,5-bis(diphenylphosphino)-4-cyclopenten-1,3-dione (bpcd) yields PtCl2(bpcd) (2). Knoevenagel condensation of 2 with 9-anthracenecarboxaldehyde leads to the functionalization of the bpcd ligand and formation of the corresponding 2-(9-anthracenylidene)-4,5-bis(diphenylphosphino)-4-cyclopenten-1,3-dione (abpcd) substituted compound PtCl2(abpcd) (3), which is also obtained from the direct reaction of 1 with the abpcd ligand in near quantitative yield. The reaction of 3 with disodium maleonitriledithiolate (Na2mnt) affords the chelating dithiolate compound Pt(mnt)(abpcd) (4). The reaction of PtCl2(bpcd) (2) with 4-methyl-1,2-benzene dithiol under basic conditions affords Pt(tdt)(bpcd) (5). Compounds 2-5 have been fully characterized in solution by IR and NMR spectroscopies (1H and 31P), and their molecular structures established by X-ray crystallography. The electrochemical properties of 2‑5 have examined by cyclic voltammetry, and the nature of the HOMO and LUMO levels in systems 2-4 has been established by MO calculations at the extended Hückel level, the results of which are discussed with respect to electrochemical data and related diphosphine derivatives. In addition the new compounds 2-5 have been isolated by column chromatography and characterized by IR, UV-Vis spectroscopy.

The reaction between the formamidine ligand PriN=CHNHPri and the activated cluster Os3(CO)10(MeCN)2 has been studied. A rapid reaction is observed at room temperature, yielding the hydride clusters HOs3(CO)9[μ-OCNPriC(H)NPri] and HOs3(CO)10[μ-NPriC(H)NPri] as the principal products. The spectroscopic data and X-ray diffraction structures of those formamidinate-substituted clusters will be present. The thermal reactivity of the clusters has been investigated, with the face-capped cluster HOs3(CO)9[μ-NPriC(H)NPri] found as the sole observable product. The relationship between these three clusters has been established by kinetic studies, the results of which will be discussed.

abstract: Due to analytical limitations, thermodynamic modeling is a lucrative alternative for obtaining metal speciation in chemically complex systems like life. However, such modeling is limited by the lack of equilibrium constant data for metal-complexation reactions, particularly for metal-organic species. These problems were ameliorated estimating these properties from 0-125°C for ~18,000 metal complexes of small molecules, proteins and peptides. The estimates of metal-ligand equilibrium constants at 25°C and 1 bar were made using multiple linear free energy relationships in accordance with the metal-coordinating properties of ligands such as denticity, identity of electron donor group, inductive effects and steric hindrance. Analogous relationships were made to estimated metal-ligand complexation entropy that facilitated calculation of equilibrium constants up to 125°C using the van’t Hoff equation. These estimates were made for over 250 ligands that include carboxylic acids, phenols, inorganic acids, amino acids, peptides and proteins. The stability constants mentioned above were used to obtain metal speciation in several microbial growth media including past bioavailability studies and compositions listed on the DSMZ website. Speciation calculations were also carried out for several metals in blood plasma and cerebrospinal fluid that include metals present at over micromolar abundance (sodium, potassium, calcium, magnesium, iron, copper and zinc) and metals of therapeutic or toxic potential (like gallium, rhodium and bismuth). Metal speciation was found to be considerably dependent on pH and chelator concentration that can help in the selection of appropriate ligands for gallium & rhodium based anticancer drugs and zinc-based antidiabetics. It was found that methanobactin can considerably alter copper speciation and is therefore a suitable agent for the treatment of Wilson Disease. Additionally, bismuth neurotoxicity was attributed to the low transferrin concentration in cerebrospinal fluid and the predominance of aqueous bismuth trihydroxide. These results demonstrate that metal speciation calculations using thermodynamic modeling can be extremely useful for understanding metal bioavailability in microbes and human bodily fluids. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Biochemistry 2019

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第24446号 / 理博第4945号 / 新制||理||1706(附属図書館) / 京都大学大学院理学研究科化学専攻 / (主査)教授 北川 宏, 教授 有賀 哲也, 教授 吉村 一良 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DGAM

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