On estime le nombre d'espèces de plantes médicinales utilisées par 80 % de la population mondiale dans les médecines traditionnelles et dans le secteur pharmaceutique entre 53 000 et 72 000. Cela représente de 13 % à 17 % des 422 000 espèces végétales supérieures connues dans le monde, dont 2 874 espèces sont utilisées en Amérique du Nord, particulièrement par les peuples autochtones, ainsi que dans le système de santé moderne. Toutefois, déjà 21 % des espèces médicinales identifiées dans le monde, soit 15 000, sont menacées par différents facteurs. Au Québec, parmi la liste des 59 plantes désignées menacées ou vulnérables, 26 sont des plantes médicinales, ce qui réprésente 44 % des espèces végétales désignées menacées ou vulnérables. La rapide diminution des habitats naturels et de la biodiversité contribue également à la perte d'une richesse culturelle et naturelle liée aux savoirs médicinaux traditionnels. L'utilisation et l'importance accrue de la biodiversité médicinale, tant pour les produits de santé naturels que pour le développement pharmaceutique, devrait pourtant exiger de protéger davantage et de valoriser les fruits de cette biodiversité. Paradoxalement, il n'y a toujours pas d'inventaire complet des espèces médicinales sauvages indigènes dans les différents dispositifs législatifs et réglementaires relatifs à l'utilisation et à la conservation de la biodiversité du Québec et du Canada. Cette absence de considération ou du moins ce retard à mettre en oeuvre une politique globale et cohérente dans ce domaine étonne d'autant plus que le Québec accueille le Secrétariat de la Convention sur la diversité biologique. C'est pour tenter de commencer à combler cette lacune que nous avons réalisé une liste des plantes médicinales sauvages indigènes du Québec que nous présentons dans le cadre de ce mémoire. Cette recherche exploratoire, présentée sous la forme d'étude de cas unique, tente de dresser l'état des lieux tant des plantes médicinales que des politiques publiques supposées les encadrer, les protéger et assurer leur développement, à la lumière notamment des dispositifs législatifs et réglementaires provinciaux, nationaux et internationaux de protection de la biodiversité déjà en vigueur. L'analyse critique de ces politiques publiques vise à tenter d'évaluer dans quelle mesure les plantes médicinales sauvages indigènes du Québec sont actuellement protégées de la surexploitation et de la destruction des habitats naturels. Notre analyse de ces dossiers s'inscrit dans les approches écosystémique et écosanté, soucieuse d'éviter une approche éconocentriste, souvent présentée comme principal argument pour justifier la conservation de la biodiversité. La prise en compte des plantes médicinales dans l'élaboration des politiques publiques demeure récente, voire parfois encore inexistante. La biodiversité médicinale sauvage indigène du Québec est inadéquatement protégée par les politiques publiques et la protection de ces ressources naturelles représente une nécessité de plus en plus pressante. Nous concluons en suggérant certaines pistes d'action pour la protection et la valorisation de la biodiversité médicinale du Québec et du Canada. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Santé, Environnement, Plante médicinale, Biodiversité, Herboristerie, Conservation, Protection, Législation, Convention, Politiques publiques, Médecines alternatives et complémentaires, Savoirs traditionnels.

Les plantes médicinales sont une importante source thérapeutique partout dans le monde. Leur consommation repose pour une bonne part sur la croyance populaire voulant que les produits qui en sont dérivés puissent être consommés en toute sécurité. Cependant, les études portant sur les propriétés phytochimiques ou biologiques de plusieurs produits végétaux ont démontré l'action et le potentiel toxique de ces produits sur les systèmes cellulaires des mammifères. Par ailleurs, la consommation de métabolites végétaux pendant la grossesse est peu étudiée et on ne connaît pas l'action de ces produits sur le processus de placentation. Le placenta humain est à la fois un organe multifonctionnel indispensable au développement embryonnaire et une barrière non sélective au passage des substances entre la mère et le fœtus. Le processus de placentation humain mène à la formation d'un type de placenta où le sang maternel n'entre pas en contact direct avec le sang fœtal et le transfert de nutriment est fait à travers les cellules nommées syncytiotrophoblastes. En plus de produire les hormones qui assurent le maintien de la grossesse, ces cellules constituent un important site pour la régulation de l'homéostasie calcique fœtale dans laquelle sont impliqués plusieurs mécanismes de transfert. En nous basant sur les rapports de littérature scientifiques faisant état des interactions entre les composants présents dans certains végétaux et les structures cellulaires chez les mammifères, nous avons émis l'hypothèse que les produits d'origine végétale peuvent affecter la différenciation cellulaire et le transport du Ca2+ par les cellules trophoblastiques. Ainsi, la présente thèse a pour but de caractériser l'effet de plantes médicinales sur la différenciation et sur le transport de Ca2+ par ces cellules in vitro. Pour la réalisation des tests biologiques, nous avons utilisé comme modèle in vitro les cellules de lignée JEG-3 et BeWo. Pour cette étude, les extraits bruts de trois plantes médicinales ont été choisis en fonction des critères taxonomique et ethopharmacologique; il s'agit de Hypericum perforatum, Genipa americana et Lantana macrophylla. Nous avons aussi observé l'effet de l'hypericine, une antraquinone isolée de Hypericum perforatum qui sert à standardiser l'extrait brut commercial. La caractérisation de l'effet de ces plantes sur la différenciation et le transport du Ca2+ a été réalisée à travers le dosage de l'hormone hCG, la fusion cellulaire, l'activation des voies de signalisation impliquées dans la différenciation cellulaire, l'influx de Ca2+ et la régulation génomique à travers l'expression des protéines de liaison et de transport du Ca2+. Aussi, nous avons réalisé la caractérisation chimique de Genipa americana et Lantana macrophylla. De façon générale, les trois plantes étudiées ont affecté le système cellulaire des trophoblastes in vitro. Les résultats obtenus de l'étude de Hypericum perforatum et hypericine ont démontré que, de manière différenciée, ces deux produits peuvent affecter l'influx de Ca2+ intracellulaire des cellules JEG-3 à travers la régulation de l'expression des protéines du transport du Ca2+. Les résultats de l'effet de Genipa americana sur les cellules BeWo ont démontré que l'extrait éthanolique de cette plante peut affecter la viabilité/prolifération cellulaire et interférer dans la voie de signalisation de MAPK; la présence unique de stéroïdes dans l'extrait éthanolique des fruits de Genipa americana indique probablement une action de ces métabolites sur les voies de MAPK. L'étude de l'effet de l'extrait éthanolique des feuilles de Lantana macrophylla sur l'influx du Ca2+ de cellules JEG-3 a indiqué une importante action de cet extrait sur l'homéostasie calcique caractérisée par l'augmentation de la concentration interne de Ca2+ et aussi par l'augmentation de l'expression des protéines liant le calcium; par ailleurs, l'activation des voies des MAPK à court et long terme ainsi que la diminution significative de l'hormone hCG ont démontré son interférence sur la différenciation des cellules BeWo. De plus, la caractérisation chimique de l'extrait de Lantana macrophylla a révélé la présence de trois triterpènes: les acides oléanolique, ursolinique et lantanolique, ce qui indique l'implication de ces substances dans l'homéostasie et la différenciation des cellules trophoblastiques. En conclusion, nous avons pu démontré, avec l'utilisation des modèles in vitro JEG-3 et BeWo, l'effet toxique distinctif de certaines plantes médicinales sur la formation et la fonction du placenta. L'ensemble des résultats indique que ces produits d'origine végétale peuvent induire des effets défavorables à la formation du placenta et/ou au développement du fœtus pendant la grossesse. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : trophoblastes, plantes médicinales, transport du calcium, différenciation cellulaire.

Le développement de médicaments de nature peptidique est principalement limité par une faible biodisponibilité orale. La macrocyclisation a été identifiée comme une solution possible à certains problèmes de métabolisme, mais une basse perméabilité constitue souvent le facteur limitant. Pourtant, certains macrocycles, dont la cyclosporine, parviennent à traverser les membranes. À l’heure actuelle, alors que la perméabilité de grands macrocycles peptidiques fait l’objet de nombreuses études, celle des macrocycles semi-peptidiques demeure peu explorée. Afin de mieux comprendre la relation structure perméabilité des macrocycles peptidiques et semi peptidiques, une librairie de 36 composés a été synthétisée en incorporant de façon systématique deux modifications structurales ciblant l’aspect conformationnel : 1) le remplacement de résidus peptidiques par des résidus peptoïdiques et 2) l’utilisation de différents chaînons chiraux. Ces composés ont été testés dans des essais de perméabilité et les résultats obtenus couvrent une grande plage de valeurs. Une de ces modifications a apporté une hausse importante de la perméabilité dans la majorité des cas.

L’acquisition rapide de résistance aux antibiotiques par Staphylococcus aureus force le milieu hospitalier dans ses derniers retranchements au niveau des traitements antibactériens. Afin de pallier à ce problème, il est important de continuer à innover dans le développement de composés antibiotiques possédant des mécanismes d’action novateurs. Le groupe de François Malouin a récemment démontré que la tomatidine possède une activité antibactérienne et antivirulence contre différentes souches de Staphylococcus aureus, ainsi qu’un potentiel synergique avec les antibiotiques de la famille des aminoglycosides. La cible biologique et le mécanisme d’action de la tomatidine étant à ce jour inconnus, nous avons synthétisé une librairie de 34 analogues dans le but de comprendre la relation structure-activité de ce composé contre les souches persistantes de Staphylococcus aureus, ainsi que dans le but d’améliorer son activité biologique et mieux comprendre son mécanisme d’action. En nous basant sur l’hypothèse que le squelette stéroïdien standard servait principalement de support pour orienter les groupements pharmacophores, nous avons concentré les modifications chimiques sur les pharmacophores eux-mêmes, soit à la fonction hydroxyle en position 3 du cycle A, mais aussi à la fonction spiroaminocétale constituant les cycles E et F de la tomatidine. Les modifications de l’hydroxyle ont été effectuées à partir de la tomatidine elle-même. Nous avons testé l’effet de l’inversion de configuration, de l’allylation, de l’oxydation et de la substitution par différentes amines en cette position. Les modifications sur la fonction spiroaminocétale ont été synthétisées à partir de la tomatidine elle-même, mais également à partir de l’acétate de prégnénolone, un précurseur largement utilisé en chimie stéroïdienne. Dans le premier cas, les modifications ont consisté à synthétiser des analogues de la fonction spiroaminocétale bloquée en conformation fermée, ouverte ou partiellement ouverte. Dans le second cas, les modifications ont porté sur la synthèse d’analogue de la forme ouverte de la fonction spiroaminocétale. Tous les produits synthétisés ont été envoyés au laboratoire du Pr François Malouin afin d’être testés pour leur activité biologique. Les composés ont été testés afin de quantifier leur activité biologique contre S. aureus, seul ou en synergie avec la gentamicine, et également pour quantifier leur activité biologique contre les variantes de petite colonie de S. aureus, un phénotype bactérien souvent associé à des infections récurrentes et difficiles à traiter. Ces tests ont été effectués par Isabelle Guay, étudiante à la maîtrise en biologie à l’Université de Sherbrooke. Cette étude a mené à l’établissement des fondements de la relation structure-activité de la tomatidine envers S. aureus, ainsi qu’à la découverte de certains composés présentant une activité biologique améliorée. Ce travail a permis la rédaction d’un article scientifique intitulé « Unraveling the structure-activity relationship of tomatidine, a steroid alkaloid with unique antibiotic properties against persistent forms of Staphylococcus », soumis à European Journal of Medicinal Chemistry en juillet 2013, qui est présenté en ce mémoire.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Au cours des dernières décennies, le Burkina Faso, pays du Sahel, a fait face à un enchaînement d'événements climatiques «extrêmes» d'une ampleur et d'une rapidité sans précédent. On peut penser notamment aux sécheresses récurrentes, à la pluviométrie insuffisante et mal répartie, à la hausse des températures ainsi qu'à l'abaissement ou l'assèchement total des eaux souterraines qui alimentent les sources. Sans contredit, ces événements ont de lourdes conséquences au niveau bio-physique et socio-économique. Au Burkina Faso, la médecine traditionnelle est un héritage millénaire. Tout un chacun a recours à cette médecine locale, fiable et adaptée à un moment ou à un autre. On compte au nombre des impacts des variations climatiques affectant le pays la perte de biodiversité ainsi que la migration vers le sud de certaines espèces végétales. Ces transformations de l'environnement ont des effets sur la pratique de la médecine traditionnelle, ainsi que sur le mode de vie des gens qui la pratiquent et l'utilisent. Dans le cadre d'une étude qualitative, nous avons procédé à une enquête de terrain dans les régions du Centre et du Plateau central au Burkina Faso afin de déterminer les différents impacts des changements et de la variabilité climatiques sur la pratique de la médecine traditionnelle, la vulnérabilité de la population aux impacts ainsi que les stratégies d'adaptation prévilégiées par celle-ci. L'analyse de contenu fut réalisée à partir de 30 entrevues menées auprès de tradipraticiens et d'acteurs impliqués dans le domaine de la médecine traditionnelle et de l'environnement au cours du printemps et de l'été 2005. Ces données furent mises en relation avec les données provenant de la revue de littérature. L'étude a démontré que les changements et la variabilité climatiques ont bel et bien des impacts sur la pratique de la médecine traditionnelle. Par contre, ces impacts sont amplifiés par une panoplie d'autres facteurs de dégradation tant d'ordre bio-physique que social, ce qui rend la population extrêmement vulnérable à ces impacts. La nécessité de traiter cette problématique d'une façon globale, en prenant compte de tous les facteurs d'influence est donc capitale. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Changements climatiques, Variabilité climatique, Vulnérabilité, Adaptations, Plantes médicinales, Médecine traditionnelle, Burkina Faso.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Depuis une vingtaine d’années, l’utilisation massive des antibiotiques a provoqué l’apparition de souches bactériennes résistantes contre la plupart des familles d’antibiotiques disponibles sur le marché pharmaceutique. L’apparition de souches multirésistantes voire totorésistantes notamment dans le milieu hospitalier, pose de manière croissante des difficultés thérapeutiques et constitue un grave problème de santé publique. Lors de mon doctorat, deux approches ont été abordées.La première approche consiste à inhiber les enzymes DapF et MurE impliquées dans la voie de biosynthèse du peptidoglycane, composant principal de la paroi des cellules bactériennes. Nous avons donc préparé des acides aminés comportant des groupes fonctionnels triazolyle ou alcynyle, analogues stériquement contraints de l’acide 2,6-diaminopimélique (méso-DAP).La deuxième approche développée au laboratoire repose sur le développement d’adjuvants d’antibiotiques, permettant de cibler spécifiquement les protéines responsables des mécanismes de résistances (Histidines kinases, HKs). Ce travail a permis l’obtention de trente-trois molécules dérivées du thiophène, dont huit présentent une activité biologique contre trois HKs différentes (1,63 < CI50 (μM) < 243,9). De plus, sur les huit molécules biologiquement actives, deux ont présenté une inhibition de la croissance bactérienne contre des bactéries à gram-positif et/ou à gram-négatif (B. subtilis, S. aureus, B. anthracis, E. coli…) et une restaure la sensibilité de souches bactériennes (E. coli productrice de β-lactamases à spectre large (BLSE) et S. aureus résistant à la méticilline (SARM)) à l’antibiotique approprié (céfotaxime). / Over the two past decades, the massive use of antibiotics has led to the emergence of resistant bacterial strains against most families of antibiotics available on the pharmaceutical market. The emergence of multiresistant and totoresistant bacterial strains particularly in hospitals, which create increasing problem in the development of new therapeutics and constitutes serious public health threat problems. During my PhD, two approaches were discussed.The first approach of this project consist in targeting the DapF and MurE enzymes, which are implicated in the biochemical pathway for peptidoglycan biosynthesis, a key component of the bacterial cell wall. Consequently, we prepared amino acids derivatives with triazolyl and alkynyl groups, sterically hindered analogs of 2,6-diaminopimelic acid (meso-DAP).The second approach is the development of antibiotic adjuvants, to target specific proteins implicated in the development of bacterial resistance mechanisms (Histidine kinases, HKs). This work has enabled the development of thirty-three thiophene derivatives, eight of them have biological activity against three HKs (1.63 < IC50 (μM) < 243.9). In addition, among the eight molecules with biological activity, two of them present inhibition of bacterial growth (bactericide) against both gram-positive and/or gram-negative bacteria (B. subtilis, S. aureus, B. anthracis, E. coli…) and one of them restores the sensibility of bacterial strains (E. coli producing extended spectrum of β-lactamases (ESBL) and S. aureus resistant to methicillin (MRSA)) to the appropriate antibiotic (cefotaxim).

Les glycosyltransférases sont responsables de la biosynthèse d’oligosaccharides, de polysaccharides et de glycoconjugués. Etant donné le nombre croissant de processus biologiques reliés aux saccharides, il existe un grand intérêt pour la compréhension des rôles biologiques des ces saccharides et étudier leurs applications thérapeutiques potentielles. Ce projet concerne la conception, la synthèse, l’évaluationbiologique et l’analyse structurale de deux nouveaux types d’inhibiteurs de glycosyltransférases analogues du substrat donneur naturel. L’analogie repose sur l’incorporation d’une unité pyridine ou amino-acide neutre comme mime du motif pyrophosphate afin de fournir des substrats capables de pénétrer les cellules pour des applications potentielles in cellulo ou in vivo. Les synthèses d’inhibiteurs neutres de GTs ont été réalisées en utilisant une combinaison de réactions de conjugaison créant une liaison O-glycosidique, amide ou triazole. Au total, 26 inhibiteurs neutres de GTs ont ainsi été synthétisés. L’évaluation de l’inhibition pour cinq galactosyltransférases et une GlcNAc-transférase(OGT) a révélé des inhibitions modestes de l’ordre du micromolaire. La co-cristallisation des meilleurs inhibiteurs avec l’une de ces galactosyltransférases a démontré que le motif pyridine neutre chélate le cation manganèse impliqué dans le site catalytique de l’enzyme. Cependant, le motif galactose est orienté vers l’extérieur du site catalytique et loin de la position initiale du substart naturel (UDP-Gal) etindique donc un nouveau mode de liaison. Le concept d’inhibiteur neutre a aussi été examiné sur un système modèle de membrane pour leur perméation membranaire. / Glycosyltransferase is an important class of enzyme in living organisms responsible for the biosynthesis of oligosaccharides, polysaccharides and glycoconjugates. As more and more carbohydrate related biological processes are elucidated, there is great interest to define the biological roles of a given carbohydrate and examine its potential therapeutic applications. The present study reports the design, synthesis, biological evaluation and structural analysis of two novel types of glycosyltransferase donor substrate analogues. The design rationale is to make analogues of sugar nucleotide diphosphate substrates, but incorporating a ‘neutral’ pyridine or amino-acid moiety as thepyrophosphate surrogate in order to provide cell permeable substrates for potential in cellulo or in vivo applications. The syntheses of “neutral” GTs inhibitors were performed using a combination of conjugations through O-glycoside bond, amide bond or triazole functionalities. A total number of 26 “neutral” GT inhibitors were prepared. The evaluation of inhibition towards five galactosyltransferasesand one GlcNAc-transferase (OGT) revealed moderate inhibitions in the micromolar range. More interestingly, co-crystallyzation could be achieved for the most potent compounds in complex with a glycosyltransferase. The designed ‘neutral’ pyridine linker could chelate the manganese cation involved in the enzyme catalytic site. Whereas the sugar head-group was oriented away from the position found inthe related complex with natural substrate (UDP-Gal) indicating a new binding mode. The concept of ‘neutral’ inhibitor was examined by an artificial cell membrane penetration test.

Les fluoroalcènes, du fait de leurs propriétés physico-chimiques singulières, sont des composés intéressants présents dans de nombreux domaines comme les matériaux polymères, l'agrochimie ou encore la chimie médicinale. Les mono-fluoroalcènes présentent des similarités électroniques et géométriques avec la liaison amide et sont donc de très bons mimes de la liaison peptidique. Néanmoins, la synthèse et la fonctionnalisation de ces composés représente toujours à l'heure actuelle un enjeu synthétique important. Au cours de cette thèse deux briques moléculaires ont été préparées pour développer de nouvelles méthodes d'accès aux fluoroalcènes : les gem-bromofluoroalcènes et les α-fluoroacrylates. Les gem-bromofluoroalcènes ont été employés dans deux méthodologies. La première consiste en une mono-catalyse au cuivre pour réaliser la fluoroalcénylation d'hétéroraryles par fonctionnalisation catalytique de la liaison C-H de dérivés de type azoles. La seconde consiste en la phosphination des gem-bromofluoroalcènes par des phosphines boranes, dans le but d'obtenir de nouvelles phosphines originales. Les α-fluoroacrylates et les acides α-fluoroacryliques ont été utilisés dans deux réactions complémentaires. Une réaction de Heck a été employée pour synthétiser des α-fluoroacrylates tri- et tétrasubstitués, offrant une nouvelle voie d'accès à ces composés. Quant aux acides α-fluoroacryliques, ils ont été utilisés dans une méthode innovante de couplage décarboxylant/déshydrogénant avec des azoles. En effet, il s'agit du premier exemple de couplage décarboxylant/déshydrogénant sur des alcènes. / The fluoroalkenes are compounds with relevant physico-chemical properties and are used in various fields as polymers, agrochemistry or medicinal chemistry. Mono-fluoroalkenes can be used as an effective peptidic bond mimic because of their electronic and geometric similarity with the amide bond. Nevertheless, this interesting moiety still suffers from difficulty of synthesis which constitute a synthetic challenge. For that purpose, two build-blocks (gem-bromofluoroalkenes and α-fluoroacrylates) were used during this thesis to develop new access to mono-fluoroalkenes.The first one is the gem-bromofluoroalkenes moiety were used for the development of two methodologies. First, a copper-catalysed fluoroalkenylation via C-H bond functionalisation of heteroaryles has been reported. Then, the second methodology is the phosphination of gem-bromofluoroalkenes using phosphines boranes, in the goal to get new kind of phosphines.The second building-blocks used are the α-fluoroacrylates and α-fluoroacrylic acids which have been involved in two complementary reactions. A Heck reaction allowed the synthesis of tri- and tetrasubstitued α-fluoroacrylates, giving a new access to these compounds. α-Fluoroacrylic acids were used in a decarboxylative/deshydrogenative cross-coupling with azoles. Indeed, it is the first example of decarboxylative/deshydrogenative cross-coupling with alkenes.