Le mode d’action des traitements médicaux fait généralement intervenir des interactions entre une (des) molécule(s) et une (des) cible(s) protéique(s) de l’organisme. Au sein de notre équipe, le choix s’est porté vers l’APN, protéine connue depuis les années 2000, pour être impliquée dans les processus d’angiogenèse i.e. la formation de nouveaux vaisseaux sanguins à partir de vaisseaux préexistants, et de migration cellulaire. Compte tenu de la pertinence thérapeutique des fonctions de l’APN et de leur validation lors d’études in vivo, la conception de voies de synthèse simples et efficaces menant à l’inhibiteur le plus puissant et sélectif de l’APN est devenu un des objectifs premier du laboratoire : 3 voies de synthèses sont décrites. Par ailleurs, notre laboratoire s’est intéressé à une nouvelle classe de composés comportant un groupement ferrocényle. En effet, les composés organométalliques suscitent un intérêt grandissant dans le développement de thérapies anticancéreuse ou encore les maladies tropicales. Ses possibilités réactionnelles étendues combinées à ses remarquables propriétés électrochimiques donnent lieu à des molécules nouvelles aux propriétés biologiques étonnantes. Ayant développé la molécule la plus puissante vis-à-vis de l’APN, ses impressionnantes propriétés inhibitrices peuvent être exaltées en créant des molécules à activité duale : inhibitrice de l’APN et cytotoxique vis-à-vis des cellules tumorales. La synthèse de ces composés hybrides ainsi que l’évaluation de leurs effets envers deux cibles, l’APN (porcine et d’Escherichia coli) et les cellules HT1080 (cellules de type fibrosarcome exprimant fortement l’APN), sont décrites dans cette thèse. / APN/CD13, a zinc dependent metallo-peptidase ectoenzyme widespread in human tissues is emerging as a new target in cancer therapy. Indeed several studies indicate that APN/CD13 plays an active role in angiogenesis and tumor metastasis. We already prepared a series of (±)-1,4-disubstituted-7-amino-benzocyclohepten-6-ones and discovered the extraordinary inhibitory power of the 1-bromo-4-phenyl derivative (Ki = 60 pM) on mammalian APN/CD13. As recent crystallographic works in collaboration with the Paul Scherrer Institut have revealed that only the (S) enantiomer was efficiently binded to the enzyme active site, we recently developed a new synthetic pathway to prepare this optically pure molecule in benzo-oxepine series. In parallel we prepare analogs equipped with at least one ferrocenyl moiety of potential intrinsic additional cytotoxicity.

Les flavonoïdes sont des antioxydants issus du monde végétal, dont les effets protecteurs sur l'organisme ne sont plus à démontrer, ce qui leur a valu le qualificatif d'" alicament ". Le ferrocène est un complexe organométallique stable et lipophile, possédant un couple redox FeII / FeIII stable. Les molécules bio-actives contenant une entité ferrocéniques possèdent de nouvelles activité biologique. Par exemple, le ferrocène peut permettre d'augmenter l'activité et le spectre thérapeutique de molécules existantes, mais aussi induire des activités biologiques inédites. Ce travail a pour but de rassembler ces deux entités actives sur le plan redox afin de créer de nouvelles classes de molécules bioactives. Nous explorerons donc la conception, la synthèse, ainsi que les propriétés chimiques et biologiques de diverses sous-classes de flavonoïdes fonctionnalisés par le ferrocène. Nous verrons que l'accès à ces dérivés utilise des protocoles de synthèse originaux, et les dérivés eux-mêmes présentent des intérêts particuliers sur une variété de cibles biologiques : le virus HIV, le cancer ou encore les staphylocoques.

Après avoir dressé un inventaire des connaissances, attitudes et pratiques concernant les leishmanioses en Amazonie d'après la littérature, le présent travail s'est focalisé sur les espèces végétales connues et utilisées dans le traitement de ces maladies. L'utilisation d'indices de diffusion (géographique, culturelle) a permis de caractériser des taxons antileishmaniens panamazoniens et de définir certains mécanismes impliqués dans leur diffusion. Des cohérences entre usages traditionnels et résultats de laboratoire ont été recherchés. Deux enquêtes de type " connaissance, attitudes et pratiques " effectuées au sein du groupe chayahuita (Pérou), et sur le haut et moyen cours du fleuve Oyapock (Guyane, communautés teko et wayãpi) ont permis d'affiner les connaissances sur la perception de cette maladie dans ces différents groupes culturels, de comprendre les recours aux différentes thérapeutiques et de dresser un inventaire des espèces médicinales utilisées. Trente et une espèces collectées chez les Chayahuita ont été soumises à des essais in vitro sur amastigotes axéniques de Leishmania amazonensis. Pseudoelephantopus spicatus (Asteraceae) compte parmi les espèces les plus actives et les plus fréquemment utilisées, et des dérivés du piptocarphol très actifs sur les parasites in vitro ont été isolés conjointement à l'acide ursolique. La présence de ces molécules permet de justifier en partie l'usage de cette espèce comme antileishmanien traditionnel par les Chayahuita.

La ciguatéra est une intoxication liée à l'ingestion de poissons de récif corallien devenus toxiques par l'accumulation d'une ou plusieurs neurotoxines d'origine dinoflagellaire. Cet ichtyosarcotoxisme représente une des plus fréquentes formes d'intoxication dans les régions tropicales et subtropicales et se manifeste par une cohorte de symptômes complexes chez l'homme. La première partie de cette étude a consisté à mettre en évidence l'action de la CTX-1B du Pacifique (P-CTX-1B) sur la surproduction d'oxyde nitrique (NO) via la modulation de son enzyme de synthèse, la NO synthétase inductible (iNOS), impliquant ainsi pour la première fois ce mécanisme pathogénique inflammatoire dans la ciguatéra. La deuxième partie concerne les travaux de l'évaluation de potentiel thérapeutique d'une trentaine d'extraits de plantes. En effet, la médecine occidentale reste peu efficace et symptomatique pour traiter durablement les patients souffrant de ciguatéra. La troisième partie décrit la sélection de trois de ces plantes et les études phytochimiques menées. Ces travaux ont conduit à l'identification de trois molécules : la quercitrine, l'acide rosmarinique et l'agnuside. Cette thèse a abouti au dépôt d'un brevet sur l'activité détoxifiante de l'acide rosmarinique.

Suite au succès clinique des composés du platine (cisplatin et de ses dérivés) en tant qu’agent anticancéreux, la chimie inorganique médicinale a connu un essor considérable offrant ainsi une alternative à la conception d'agents thérapeutiques. Bien que le cisplatin et ses dérivés soient sans doute une des classes la plus réussie de médicaments anticancéreux, leur utilisation n’est pas efficace contre tous les types de cancer. De plus, ils sont à l’origine d’effets secondaires très invalidants (neurotoxicité, néphrotoxicité, perte de poids, nausées…) et sont également inactifs contre certains cancers présentant une résistance innée ou induite. Par conséquent, la recherche a développé des composés possédant des activités améliorées et des profils de toxicité plus acceptables. Ceci a ainsi stimulé l'intérêt pour les complexes contenant d'autres métaux de la mine du platine tels que le ruthénium, car ces composés présentent une plus faible toxicité que les complexes existants. Certains composés du ruthénium ont déjà montré une activité anticancéreuse prometteuse et deux complexes du RuIII le trans-[RuCl4-(DMSO)(Im)]ImH (NAMI-A) et le trans-[RuCl4(Ind)2]IndH (KP1019) sont entrés récemment en phase clinique.Dans le but d’améliorer l’activité et de réduire les effets secondaires des agents anticancéreux existants, le Laboratoire de Synthèses Métallo-Induites a développé depuis plusieurs années des complexes organométalliques du ruthénium RDC (Ruthenium Derivative Compound) dans lesquels un des ligands est fortement lié au métal par une liaison convalente σ C-Ru qui est elle-même stabilisée par une liaison intramoléculaire N-Ru. Cette thèse présente les avancées récentes du laboratoire dans ce domaine et plus particulièrement le développement d’une chimiothèque de RDC de seconde génération dans laquelle le ligand cyclométallé est stabilisé par deux liaisons N-Ru. Plusieurs complexes ont ainsi atteint des IC50 significativement inférieur à la micromole. En parallèle, le même type d’études a été réalisé sur des complexes de l’osmium aboutissant à une chimiothèque ODC (Osmium Derivative Compound) d’une quarantaine de composés. Cette étude est d’un intérêt particulier car non seulement elle complète la famille des RDC, mais elle permet également de vérifier l’impact du changement de métal. Les études biologiques ont ainsi montré que l'osmium présente un réel intérêt dans le développement de nouveaux médicaments antitumoraux particulièrement efficaces. Les mesures des propriétés physico-chimiques telles que le potentiel d’oxydo-réduction et la lipophilie (log(Po/w)) ont permis de corréler ces paramètres à leur activité in vitro, se rapprochant ainsi d’une éventuelle relation propriété-activité (P.A.R.). Le réel rôle du potentiel d’oxydo-réduction deviendra probablement plus clair au fur et à mesure de notre avancée dans la résolution du mécanisme d'action de ces espèces. / Since the clinical success of platinum drugs (cisplatin and its derivatives) as anticancer agent, medicinal inorganic chemistry has become a field of growing interest because it offers an alternative for the design of therapeutic agents that are not readily available to organic compounds. Although cisplatin is one of the most widely used drugs in chemotherapy, it is not effective for all types of cancer. Moreover, platinum drugs are the cause of disabling side effects (neurotoxicity, nephrotoxicity, weight loss, nausea…) and their applicability is limited by innate or induced resistance to platinum in a narrow range of tumours. Therefore, this clinical success has promoted the search for cytotoxic compounds with enhanced activities and more acceptable toxicity profiles. This has stimulated interest in complexes containing other heavy metals of the platinum group such as ruthenium because these compounds show lower toxicity than drugs based on platinum. Some ruthenium compounds have already shown promising anticancer activity and two RuIII complexes trans-[RuCl4-(DMSO)(Im)]ImH (NAMI-A and trans-[RuCl4(Ind)2]IndH (KP1019) recently enter in clinical phase for their respectively antimetastatic and cytotoxic properties.In the essential aim of increasing activity and reducing side effects of anticancer agents, the Laboratoire de Synthèses Métallo-Induites has developed for several years organometallic ruthenium compounds RDC (Ruthenium Derivative Compound) in which one of the ligand is strongly bound to the metal via a strong σ C-Ru bond and stabilized by an intramolecular N-Ru bond. This thesis presents the recent advances of the laboratory in this field and the development of a second generation RDC in which the cylometallating ligand is stabilized by two N-Ru bonds. Thus, several complexes pass the symbolic barrier of the nanomolar range for their IC50 indicating a critical improvement. At the same time, we decided to focus our studies on osmium heavier congener, not only to complete the RDC chemical library, but also to verify the impact of exchanging the metal. An extensive chemical library ODC (Osmium Derivative Compound) of forty cyclometalated osmium complexes was synthesized and evaluated in vitro. Biological studies on these ODCs showed that osmium is another metal that deserves attention for the development of new effective antitumour drugs. The measurements of physicochemical properties such as red-ox potential and lipophylicity (log(Po/w)) allowed us to tentatively correlate these parameters to the level of activity, thus approaching a possible Property-Activity Relationship (P.A.R.). More insight into the role of the red-ox potential will probably become clearer as we progress into the mechanism of action of these species.

La chimie médicinale est l’application des techniques de recherche en chimie pour synthétiser les molécules pharmaceutiques. Au cours des premiers stades de développements de chimie médicinale, les scientistes ont été principalement concernés par l’isolement des agents médicinaux présents dans les plantes, mais aujourd’hui, ils sont également impliqués dans la création et la synthèse de nouveaux composés pharmaceutiques, parfois basées sur des mécanismes récemment découverts. / Medicinal chemistry is the application of chemical research techniques to the synthesis of pharmaceuticals. During this PhD project, we tried to synthesize small molecules based on terminal alkyne and propargyl alcohols. These molecules were prepared by departing from a simple aldehyde and by doing reactions like Bestmann-Ohira in order to prepare terminal alkynes or reaction with ethynylmagnesium bromide to prepare propargyl alcoholsB. These prepared small molecules were then subjected into the 1,3-dipolar Huisgen cycloaddition reaction in the presence of organic azides in order to prepare small triazolic derivatives. Cytotoxicity property of these small triazoles was then tested against B16 melanoma cell lines. Primary results showed some activities for some of our synthesized molecules that need more study like adding functionalities on the structure to improve their activities.In the last part of this dissertation, a methodology study on the synthesis of propargyl ethers from their corresponding propargyl esters under microwave irradiations has been described. To the best of our knowledge preparation of propargyl ethers from propargyl esters or nucleophilic substitution of propargyl esters in order to find propargyl ethers has been reported in the literature only by use of catalysts such as Lewis acids or metal complexes. The advantage of our method was the absence of such catalysts and the time of the reaction which was less than 1h in comparison with the reported synthesis. Synthesis of such molecules can also be interesting in the synthesis of natural products.

Nous avons synthétisé des composés d'étain avec des acides undécylénique, ricinoléique et caprylique. Ils ont une activité importante contre certaines souches de microrganismes, puisque ils agissent pour certains d’entre eux à des concentrations nanomolaires. Staphylococcus aureus semble être 4000 fois plus sensible à leur toxicité que les cellules de mammifères. Nous avons obtenu des composés du ruthénium qui présentent cytotoxicité contre des cellules cancéreuses suivant un mécanisme d'action différent de ceux observés pour le Cisplatine ou d'autres composés de Ru, grâce à leur grande stabilité dans les réactions de substitution. Enfin, pendant la vectorisation des composés dérivés du Ru avec une Affitine nous avons pu acquérir des connaissances importantes sur un éventuel mécanisme d'action de ce type de molécules dont le potentiel redox très abaissé par rapport aux composés correspondants pourrait être responsable de la polymérisation de protéines cibles par transfert d’électron. / Related to antimicrobial research, we synthesized tin compounds derived from undecylenic, ricinoleic and caprylic acids and we found that they show very high activity against some strains of bacteria and yeast, even in nM range, being up to four thousand times more potent against Staphylococcus aureus than against mammalian cells. For ruthenium compounds, in turn, we have confirmed that the mode of action of some compounds that were synthesized recently is undoubtedly different from Cisplatin or other ruthenium compounds, because of their high stability toward substitution reactions. Finally, during the vectorization of compounds derived from Ru with Affitin we have gained important knowledge about a possible mechanism of action of this type of molecule: it could indeed be possible that these compounds which have a very reduced redox potential compared to corresponding compounds can cause polymerization of proteins by electron transfer.

Problématique : Le cancer du sein est un des types du cancer les plus diagnostiqués au Canada et il est une cause majeure de mortalité liée au cancer chez la femme. Le cancer du sein triple négatif (CSTN) a un mauvais pronostic dû à son agressivité clinique et à l’absence de réponse aux traitements habituels du cancer du sein tels que l’hormonothérapie et l’inhibition de HER2. En ce moment, les avancées pour le CSTN restent très négligeables. Il y a un besoin urgent d’identifier une nouvelle thérapie qui ciblerait les voies signalétiques pro-métastatiques du cancer du sein triple négatif et ainsi, bloquer idéalement la prolifération et la dissémination métastatique des cellules cancéreuses. Cadre conceptuel : Dernièrement le laboratoire de Sylvain Meloche à l’IRIC a montré qu’une déplétion génétique de ERK3 (Extracellular Regulated Kinase 3) inhibe la croissance des tumeurs mammaires dans un modèle de souris de CSTN et bloque la progression métastatique. Ainsi, suite à ces résultats, nous avons émis l’hypothèse que l’inhibition de ERK3 à l’aide de molécules engendrerait une diminution de la prolifération cellulaire au niveau du cancer du sein triple négatif. L’objectif principal du projet est de développer des molécules ayant des propriétés inhibitrices de ERK3 in vitro. Les deux objectifs secondaires sont d’évaluer leur potentiel d’inhibition vis-à-vis ERK3 dans des modèles in cellulo et de confirmer, parallèlement à la relation structure-activité (SAR), leur mode de liaison par des méthodes computationnelles. Méthodologie : Des composés tête de série ont été identifiés à la suite d’un criblage à haut débit d’une librairie d’inhibiteurs de kinases. Quelques composés intéressants démontrent une activité dont les IC50 (concentration inhibant 50% de l’activité de la kinase) sont inférieurs à 300 nM. Une molécule en particulier a été retenue compte tenu de son niveau d’activité et de sélectivité par rapport aux autres kinases. Une modification systématique des groupements fonctionnels lors de la synthèse d’analogues nous permet d’établir de façon claire le mode de liaison et ainsi, établir la SAR de notre composé tête de série et le site de liaison de ERK3. Les tests d’inhibition compétitifs in vitro seront effectués à l’IRIC à partir de la protéine ERK3 purifiée. Grâce à la SAR établie, on poursuit l’optimisation avec l’intégration de groupements moléculaires solubilisants qui vont permettre d’augmenter les propriétés pharmacocinétiques et ainsi, augmenter l’activité cellulaire de notre composé tête de série. En dernier lieu, à l’aide de la modélisation computationnelle, le mode de liaison de la molécule à ERK3 sera élucidé de façon à confirmer la SAR et aussi, permettre le développement de nouvelles structures (ex : bioisotères) pouvant avoir aussi une activité inhibitrice sur ERK3. Résultats : Une SAR étendue basée sur l’inhibiteur sélectionné a été obtenue. Un inhibiteur de ERK3 possédant une puissance cellulaire (IC50) de 2 μM a été synthétisé. Retombée scientifique : Les travaux effectués dans le cadre de ma maîtrise pourraient conduire au développement de nouveaux traitements pour le cancer du sein triple négatif en ciblant les voies de signalisation prométastatiques à l’aide de molécules inhibitrices. / Problem: Breast cancer is one of the most diagnosed type of cancer in Canada and it is a major cause of mortality linked to cancer for women. Triple-negative breast cancer (TNBC) is the form with the worse prognostic compared to the other forms of breast cancer due to clinical aggressiveness and the absence of response to conventional hormonal therapy and HER2 inhibition therapy. At this time, therapeutic advances for TNBC remain very negligible, which testifies to a need for a new therapy that would target the prometastatic signaling pathways of triple negative breast cancer and thus, ideally block the proliferation and the metastatic dissemination of cancer cells. Conceptual Basis: Recently, Sylvain Meloche's laboratory at IRIC showed that genetic depletion of ERK3 (Extracellular Regulated Kinase 3) inhibits the growth of mammary tumors in a TBNC mouse model and blocks metastatic progression. Thus, in view of these results, our hypothesis is that the inhibition of ERK3 using a specific inhibitor would cause a decrease in cell proliferation in triple negative breast cancer. The main objective of my project is to develop small molecules with inhibitory properties of ERK3 in vitro. The two secondary objectives are to evaluate their inhibitory potential toward ERK3 in cellulo models and to confirm, alongside the structure-activity relationship (SAR), the binding mode of inhibitors to ERK3 by computational methods. Methodology: Lead compounds have been identified following a high-throughput screening of a kinase inhibitor library. A few interesting compounds emerged with activities below 300 nM (IC50). One molecule in particular was chosen given its good selectivity as well as an acceptable inhibitory activity. Systematic modification of functional groups for analogs synthesis allows us to clearly establish the binding mode and thus, establish the SAR of our lead compound. The competitive inhibition tests in vitro have been carried out at IRIC using purified ERK3. With the established SAR, optimization is continued with the integration of solubilizing molecular groups which will increase the pharmacokinetic properties and thus increase the cellular activity of our lead compound.7 Finally, with the help of computational modeling, the binding mode of the molecule to ERK3 will be elucidated to confirm the SAR and also, allow the development of new structures (i.e. bioisosters) that can have an inhibitory activity on ERK3. Results: An extensive SAR of the inhibitor is obtained. A compound with 2 μM activity (IC50) on ERK3 in cell has been synthesized. Scientific outlook: The work done as part of my master's degree could lead to the development of a new treatment for triple-negative breast cancer by targeting prometastatic signaling pathways using small inhibitory molecules.

Dans le cadre d’un programme de recherche dédié à la découverte de petites molécules à visée anticancéreuse, nous avons envisagé de concevoir des composés originaux dérivés de quinones. Notre premier objectif a été d’élaborer des mimes non-peptidiques de la protéine Smac, susceptibles de participer à relancer le phénomène d’apoptose, dont la structure est rigidifiée par des contraintes conformationnelles. Par ailleurs, les kinases et les phosphatases, jouant des rôles complémentaires de phosphorylation / déphosphorylation dans le cadre du contrôle du cycle cellulaire notamment, apparaissent aussi comme des cibles intéressantes. Une étude attentive de leurs inhibiteurs connus nous a permis de mettre en avant des analogies structurales qui nous ont conduit à vouloir synthétiser des motifs fonctionnalisés de dérivés de naphtoquinones.L’introduction directe de chaînes latérales aliphatiques sur nos substrats, par création de liaisons de type C(sp2)–C(sp3), a été rendue possible grâce au développement d’une méthodologie de décarboxylation radicalaire. Dans les conditions réactionnelles mises au point, le couple Ag(I)/S2O82- est utilisé comme initiateur radicalaire et autorise la génération de radicaux alkyles par décarboxylation d’acides aminés. L’introduction directe de cycles aromatiques fonctionnalisés, via la création de liaisons de type C(sp2)–C(sp2), a été réalisée par l’intermédiaire de la génération de radicaux aryles issus de sels de diazonium stables ou d’anilines. Les procédés décrits dans ce manuscrit nous ont permis d’apporter certains éclaircissements sur la réactivité des substrats et sur les mécanismes réactionnels impliqués. / In our ongoing course dedicated to the discovery of small anticancer molecules, we designed novel quinone derivatives. Our first objective was to fashion non-peptidic Smac mimics, able to trigger apoptosis in tumor cells, displaying a structure rigidified by conformational restrictions. Otherwise, the kinases and the phosphatases, acting as phosphorylating / dephosphorylating agents mostly in the control of the cell cycle, were thought to be other relevant biological targets. An intent study of their known inhibitors allowed us to underline trends in their chemical structure and made us plan the synthesis of functionalized naphthoquinones.A dedicated approach involving radical decarboxylation of amino acids allowed the introduction of aliphatic side chains on our substrates though C(sp2)–C(sp3) bond formation. Ag(I)/S2O82- was used as alkyl radical initiator and the direct C-H alkylation of the quinonic positions could take place. C(sp2)–C(sp2) bonds were created through aryl radicals generation from stable diazonium salts or anilines which allowed the direct C-H arylation of quinones. The procedures described along this manuscript let us formulate several advances on the substrates reactivity and on the reaction mechanisms involved.

Dans la première partie nous décrivons la synthèse et l'évaluation biologique de nouveaux inhibiteurs de l'agrégation plaquettaire, composés dont la structure a été établie en partant du 12-HETE et du 13-HODE. Dans la seconde partie nous développons de nouvelles méthodologies pour la préparation de molécules contenant des motifs CF₂R. Tout d'abord une stratégie très flexible a été mise au point pour la préparation de composés gem-difluorobisaryliques et de leurs analogues hétéroaromatiques. Elle est basée sur l'emploi d'intermédiaires gem-difluoropropargyliques faciles d'accès. Par une séquence de Diels-alder-aromatisation on obtient les molécules cibles de la première série. Pour la seconde, des réactions de cycloaddition dipolaire 1,3 ont été utilisées. A partir de ces intermédiaires, des chimiothèques ciblées de molécules fluorées ont été préparées. Nous nous sommes intéressés ensuite à la synthèse de composés fluorés fonctionnalisés et chiraux à travers des réactions d'organocatalyse asymétrique. A partir d'énals gem-difluorés des réactions de Diels-Alder et des additions 1,4 asymétriques ont été réalisées avec succès. / The first part of the thesis deals with the synthesis and biological evaluation of new platelets aggregation inhibitors, based on 12-HETE, 13-HODE and their analogues. In the second part we are interested in novel methodologies for the preparation of CF₂-containing molecules : First, a flexible strategy for the synthesis of gem-difluoro-bisarylic derivatives and heteroaromatic analogues was designed based on the easy synthesis and the reactivity of gem-difluoro propargylic intermediates, which by Diels-Alder cycloaddition and 1,3-dipolar cycloadditions afforded respectively the bisarylic and mixed arylic heteroarylic scaffolds. In addition, two small libraries were constructed around a bisarylic scaffold as representative examples. Second, we were interested in the synthesis of optically active functionalized molecules containing a gem-difluoro group, using asymmetric organocatalysis protocols. After preparation of the gem-difluoro enals, from their difluoropropargylic precursors, asymmetric organocalytic Diels-Alder cycloaddition and 1,4-conjugated additions were successfully performed.