A descoberta de fármacos a partir de produtos isolados de organismos marinhos tem apresentado um grande crescimento nos últimos anos, principalmente devido aos avanços tecnológicos analíticos, síntese química e biotecnologia. Dentre estes, as esponjas representam uma das principais fontes de metabólitos protótipos para diversas atividades, destacando-se os efeitos antitumorais. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo a investigação química e biológica de três esponjas coletadas na costa sul-brasileira: Haliclona tubifera, Polymastia janeirensis e Scopalina ruetzleri. Considerando a correlação entre câncer, distúrbios da coagulação e desbalanço de espécies reativas de oxigênio (EROs), foram realizados ensaios visando a aquisição destas atividades e a identificação de substâncias bioativas. Para a esponja H. tubifera foram observados interessantes efeitos antitumorais em células de glioma e neuroblastoma humano (IC50 < 20 μg/ml), além das atividades antioxidante e anticoagulante para a fração acetato de etila. O composto majoritário desta fração foi isolado como um derivado N-Boc e sua configuração foi estabelecida utilizando um novo protocolo de dicroísmo circular e semissíntese de derivados. Assim, este esfingosídeo de cadeia longa isolado (2R,3R,6R,7Z)-2-amino-7-octadecene-1,3,6-triol, foi denominado halisphingosine A. Um novo composto minoritário, halisphingosine B foi obtido usando técnicas de isolamento em escala nanomolar. Sua configuração absoluta foi estabelecida por comparação com o composto A. Da mesma forma, para a esponja S. ruetzleri, a fração acetato de etila demonstrou os resultados mais promissores. Um potencial efeito anticâncer e de inibição dos radicais peroxila foi observado. Além disso, um efeito modulador da peroxidação lipídica foi evidenciado em ensaio ex vivo de dienos conjugados. Através da análise por RMN de 1H, verificou-se que a fração era majoritariamente constituída por ácidos graxos, os quais foram derivatizados para caracterização por Cromatografia Gasosa (GC/FID). Foram identificados 32 ácidos graxos principalmente poli-insaturados (53%). Ácidos graxos minoritários não usuais para o ambiente marinho também foram caracterizados. A esponja P. janeirensis apresentou os efeitos citotóxicos mais promissores em células de glioma e neuroblastoma humano, com um IC50 < 1,0 μg/ml para o extrato aquoso (pH 6,8), sendo este efeito pH-dependente, uma vez que o extrato (pH 5,8) não alterou a viabilidade celular. Para P. janeirensis, foi também investigado seu potencial de defesa química em modelo de Zebrafish. Foi observado que o extrato aquoso desencadeia um efeito de fuga, alterando significativamente o comportamento espaço-temporal de peixes Danio rerio. Analisando em conjunto, os dados do presente trabalho representam uma nova contribuição para o estudo químico e biológico de espécies de esponjas marinhas da costa sul-brasileira e apontam as potencialidades destas esponjas na busca de moléculas protótipos para fármacos, especialmente relacionados à terapia do câncer. / Drug discovery from marine natural products has increased in the past few years, mainly due to technological advances in spectroscopy, chemical synthesis and biotechnology. Among all marine animals, sponges represent one of the major sources of prototype metabolites for several biological activities, highlighting the antitumor effects. In this context, this study carried out chemical and biological investigation of three sponges collected on the South Brazilian coastline: Haliclona tubifera, Polymastia janeirensis and Scopalina ruetzleri. Considering the correlation between cancer, clotting disorders and imbalance of reactive oxygen species (ROS), experiments were conducted for acquisition of these activities and identification of bioactive compounds. H. tubifera showed an interesting cytotoxic effect in human neuroblastoma and glioma cell lines (IC50 <20 μg/ml), antioxidant and anticoagulant effect for ethyl acetate (EtOAc) fraction. The major compound of EtOAc fraction was isolated as an N-Boc derivative and its configuration was established using a new circular dichroism protocol with the production of semi-synthetic derivatives. This long chain sphingoid base (2R,3R,6R,Z)-2-aminooctadec-7-ene-1,3,6-triol was named as halisphingosine A. A new minor compound, halisphingosine B was obtained using nanomol scale techniques and their absolute configuration was established by comparison with compound A. Likewise, for the sponge S. ruetzleri, the EtOAc fraction showed the most promising results. A potential anticancer effect, inhibition of peroxyl radicals and modulation effect of lipid peroxidation was observed. Fingerprint 1H NMR analysis showed that this fraction is mainly constituted of fatty acids. Through Fatty Acid Methyl Ester (FAMEs) analysis by GC/FID, it was possible to identify 32 fatty acids, of which around 50% were Polyunsaturated Fatty Acids (PUFAs). In addition, some minor unusual fatty acids for the marine biosphere were identified. It was observed for P. janeirensis the most promising cytotoxic effects on human glioma and neuroblastoma cells, with an IC50 <1.0 μg/ml to aqueous extract (pH 6.8), being this effect pH-dependent, since the extract (pH 5.8) did not affect the cell viability. Moreover, P. janeirensis was investigated along their potential chemical defense in Zebrafish model. Aqueous extract trigged an escape effect, significantly altering the spatio-temporal swimming activity of animals. Taken together, the data presented from this study represent a new contribution to chemical and biological research of marine sponge species from South Brazilian coastline, and point the potentialities of sponges to search chemical prototypes for drugs, especially related to cancer therapy.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Estudos de comunidades de esponjas marinhas são escassos no Brasil, sendo este trabalho pioneiro nessa abordagem para a Ilha Grande - RJ, um local de alta diversidade biológica. A estrutura das assembleias de esponjas marinhas e da comunidade bentônica marinha séssil foi avaliada, a partir de índices descritores de diversidade, em seis pontos da Ilha Grande e ilhas próximas, sendo três do lado continental e três do lado oceânico. As assembleias foram comparadas entre os diferentes lado e profundidade, através da contagem do número de indivíduos e área de cobertura por foto-quadrados. Paralelamente, as esponjas foram coletadas, fixadas e posteriormente identificadas através de metodologia e literatura especializada. Foi encontrado um total de 5.457 indivíduos, representando as Classes Demospongiae e Calcarea, distribuídos em 41 espécies e nove morfotipos, indicando maior diversidade para Lagoa Azul e menor para Parnaióca, sendo o local com maior riqueza a Ilha do Abraão. Dentre as espécies identificadas, quatro dominaram mais de 50% do total e 26 não alcançaram nem 5% da abundância absoluta. Análises de variância por GLM só evidenciaram diferença significativa para profundidade com substratos diferentes (F= 2,79; p<0,04), enquanto o fator lado (F= 2,23; p>0,16) e a interação entre os fatores (F= 1,17; p>0,38) não tiveram diferença estatística. As análises multivariadas de ordenação Cluster e MDS indicaram a formação de quatro assembleias de esponjas: 1) quatro locais com substrato não consolidado; 2) Lagoa Azul com substrato não consolidado; 3) locais oceânicos de substrato rochoso; e 4) locais continentais de substrato consolidado. Já para a comunidade geral, 49 espécies foram encontradas, sendo o Filo Porifera o de maior representatividade específica, apesar das macroalgas terem formado o grupo mais abundante. A comunidade bentônica foi dominada por quatro espécies, que juntas alcançaram média de 50% da cobertura bentônica: alga calcária incrustante, algas formadoras de tapete de turf, a esponja Iotrochota arenosa e o zoantídeo Palythoacaribaeorum. Estatisticamente, o lado continental se mostrou diferente do oceânico, o qual possui maior riqueza, diversidade e uniformidade de espécies, muito provavelmente pelo menor número de espécies dominantes e aliado a isso maior heterogeneidade de habitats, o que promove o aumento da diversidade. Quinze novas espécies estão sendo registradas para a Baía da Ilha Grande, sendo três novas espécies, as quais estão sendo descritas por especialistas, e 12 são novos registros de espécies ou gêneros para a região, evidenciando que a diversidade de esponjas marinhas na BIG é alta e ainda pouco conhecida e que a formação de assembleias pode ser devida a singularidade de cada local, implicando na necessidade de conservação dos costões rochosos da Ilha Grande e cercanias, a qual pode ser manejada através da realização de rápidos levantamentos sobre a riqueza e o número de indivíduos da espécie na região / Marine sponge community studies are scarce in Brazil and this is a pioneering study in this approach on Ilha Grande RJ, a high diversity region. The structure of marine sponges assemblages and sessile marine benthic organisms was evaluated from diversity descriptors index in six sites of Ilha Grande and nearby islands, three in continental side and three on oceanic side. Assemblages were compared between sides and depths counting number of individuals and its coverage area by photo-quadrats method. At the same time, the sponges were collected, fixed and, in lab, identified through specialized methodology and literature. There was a total of 5.457, representing Class Demospongiae and Calcarea, distributed in 41 species and nine morphotypes (50 possible species) with greater diversity to Lagoa Azul on the inside and lower for Parnaióca, outside, while Ilha do Abraão had the greatest richness. Among the identified species, four dominated more than 50% of the total and 26 did not reach even 5% of total abundance. General linear model (GLM) on ANOVA highlighted significant difference only between depths with different substrates (F=2.79; p<0.04), while side (F=2.23; p>0.16) and the interaction between factors did not have differences (F=117; p>0.38). Ordination multivariate analyses, Cluster and MDS, distinguished four sponge assemblages: 1) four sites with unconsolidated substrate; 2) Lagoa Azul with unconsolidated substrate; 3) oceanic sites with hard substratum; 4) continental sites with hard substrate. For the community, 49 species were found and Phylum Porifera was the highest specific representation, despite macroalgae have formed the most abundant group. Encrusting calcareous algae, turf algae, sponge Iotrochotaarenosa, exclusive of the continental side and zoanthid Palythoacaribaeorum added approximately 50% of the benthic cover in all sites. The sides were significantly different with highest richness, diversity and evenness for oceanic side while continental had more abundance of species, most probably due to fewer dominant species. Moreover, greater heterogeneity of habitats may promote increased diversity. The 15 new species now recorded which three are new for science and 12 represent new species or genus records for Ilha Grande Bay revealing this area as one of the highest diverse area in marine sponges from Brazil, despite the low knowlegment. Furthermore, this result implies the need to increase the preservation of the rocky shores of the region and shows that a quick survey of the number of species and their abundance is sufficient to manage a conservation area

Made available in DSpace on 2015-04-01T14:16:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1615747 bytes, checksum: 2bbe77aa39b7f33d5f7b0781f235bb2d (MD5) Previous issue date: 2014-08-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / A new lectin was purified and characterized from marine sponge Aplysina fulva (AFL). The crude extract was obtained with Tris HCl 0.1 M pH 7.4 containing NaCl 0.15 M buffer. Haemagglutinating activity detection and soluble protein measurement were performed with the crude extract and after each purification step. Isolation of AFL was performed by affinity chromatography in Sepharose CL 4B column, and the retained peak was applied in a DEAE Sephacel ion exchange chromatography column. Analysis of DEAE Sephacel retained peak on polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) showed the presence of a single band with approximately 27.5 kDa. Under non-denaturating conditions it shows the presence of a single 57 kDa band. The novel lectin showed large amount of hydrophobic amino acids, high temperatures resistance and better hemagglutination activity in the range of neutral to alkaline pHs. AFL was able to inhibit the growth of strains of P. aeruginosa, C. albicans and C. tropicalis. The lectin did not show toxic effects on cells of breast cancer, but had agglutination effect on Leishmania brasiliensis promastigotes by recognizing galactose residues on its surface. / Uma nova lectina foi purificada e caracterizada a partir da esponja marinha Aplysina fulva (AFL). O extrato bruto foi produzido a partir da solubilização de proteínas em solução tampão Tris HCl 0,1 M pH 7,4 NaCl 0,15 M, sendo este utilizado na realização dos ensaios de atividade hemaglutinante e dosagem de proteínas pelo método de Bradford. O primeiro passo de purificação de AFL foi por meio de cromatografia de afinidade em coluna de Sepharose CL 4B. O pico não retido foi eluido com o mesmo tampão de extração e o pico retido foi eluido com tampão Glicina 0,1 M pH 2,6 NaCl 0,15 M. O mesmo foi dialisado, liofilizado e ressuspendido em Tris HCl 0,025 M pH 7,6 e submetido a cromatografia de troca iônica em DEAE Sephacel. A análise do pico retido da DEAE Sephacel por eletroforese nativa em gel de poliacrilamida (PAGE) mostrou a presença de uma única banda com aproximadamente 57 kDa, como também uma única banda com aproximadamente em 27,5 kDa em presença de SDS (PAGE-SDS). A nova lectina apresenta uma grande quantidade de aminoácidos hidrofóbicos, mostrando-se resistente a altas temperaturas e com melhor atividade hemaglutinante na faixa de pH neutro a alcalino. AFL foi capaz de inibir o crescimento de cepas de P. aeruginosa, C. albicans e C. tropicalis. A nova lectina não apresentou efeitos tóxicos para células de câncer de mama, entretanto mostrou-se hábil em aglutinar formas promastigotas de Leishmania brasiliensis através do reconhecimento de galactose em sua superfície.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Estudos de comunidades de esponjas marinhas são escassos no Brasil, sendo este trabalho pioneiro nessa abordagem para a Ilha Grande - RJ, um local de alta diversidade biológica. A estrutura das assembleias de esponjas marinhas e da comunidade bentônica marinha séssil foi avaliada, a partir de índices descritores de diversidade, em seis pontos da Ilha Grande e ilhas próximas, sendo três do lado continental e três do lado oceânico. As assembleias foram comparadas entre os diferentes lado e profundidade, através da contagem do número de indivíduos e área de cobertura por foto-quadrados. Paralelamente, as esponjas foram coletadas, fixadas e posteriormente identificadas através de metodologia e literatura especializada. Foi encontrado um total de 5.457 indivíduos, representando as Classes Demospongiae e Calcarea, distribuídos em 41 espécies e nove morfotipos, indicando maior diversidade para Lagoa Azul e menor para Parnaióca, sendo o local com maior riqueza a Ilha do Abraão. Dentre as espécies identificadas, quatro dominaram mais de 50% do total e 26 não alcançaram nem 5% da abundância absoluta. Análises de variância por GLM só evidenciaram diferença significativa para profundidade com substratos diferentes (F= 2,79; p<0,04), enquanto o fator lado (F= 2,23; p>0,16) e a interação entre os fatores (F= 1,17; p>0,38) não tiveram diferença estatística. As análises multivariadas de ordenação Cluster e MDS indicaram a formação de quatro assembleias de esponjas: 1) quatro locais com substrato não consolidado; 2) Lagoa Azul com substrato não consolidado; 3) locais oceânicos de substrato rochoso; e 4) locais continentais de substrato consolidado. Já para a comunidade geral, 49 espécies foram encontradas, sendo o Filo Porifera o de maior representatividade específica, apesar das macroalgas terem formado o grupo mais abundante. A comunidade bentônica foi dominada por quatro espécies, que juntas alcançaram média de 50% da cobertura bentônica: alga calcária incrustante, algas formadoras de tapete de turf, a esponja Iotrochota arenosa e o zoantídeo Palythoacaribaeorum. Estatisticamente, o lado continental se mostrou diferente do oceânico, o qual possui maior riqueza, diversidade e uniformidade de espécies, muito provavelmente pelo menor número de espécies dominantes e aliado a isso maior heterogeneidade de habitats, o que promove o aumento da diversidade. Quinze novas espécies estão sendo registradas para a Baía da Ilha Grande, sendo três novas espécies, as quais estão sendo descritas por especialistas, e 12 são novos registros de espécies ou gêneros para a região, evidenciando que a diversidade de esponjas marinhas na BIG é alta e ainda pouco conhecida e que a formação de assembleias pode ser devida a singularidade de cada local, implicando na necessidade de conservação dos costões rochosos da Ilha Grande e cercanias, a qual pode ser manejada através da realização de rápidos levantamentos sobre a riqueza e o número de indivíduos da espécie na região / Marine sponge community studies are scarce in Brazil and this is a pioneering study in this approach on Ilha Grande RJ, a high diversity region. The structure of marine sponges assemblages and sessile marine benthic organisms was evaluated from diversity descriptors index in six sites of Ilha Grande and nearby islands, three in continental side and three on oceanic side. Assemblages were compared between sides and depths counting number of individuals and its coverage area by photo-quadrats method. At the same time, the sponges were collected, fixed and, in lab, identified through specialized methodology and literature. There was a total of 5.457, representing Class Demospongiae and Calcarea, distributed in 41 species and nine morphotypes (50 possible species) with greater diversity to Lagoa Azul on the inside and lower for Parnaióca, outside, while Ilha do Abraão had the greatest richness. Among the identified species, four dominated more than 50% of the total and 26 did not reach even 5% of total abundance. General linear model (GLM) on ANOVA highlighted significant difference only between depths with different substrates (F=2.79; p<0.04), while side (F=2.23; p>0.16) and the interaction between factors did not have differences (F=117; p>0.38). Ordination multivariate analyses, Cluster and MDS, distinguished four sponge assemblages: 1) four sites with unconsolidated substrate; 2) Lagoa Azul with unconsolidated substrate; 3) oceanic sites with hard substratum; 4) continental sites with hard substrate. For the community, 49 species were found and Phylum Porifera was the highest specific representation, despite macroalgae have formed the most abundant group. Encrusting calcareous algae, turf algae, sponge Iotrochotaarenosa, exclusive of the continental side and zoanthid Palythoacaribaeorum added approximately 50% of the benthic cover in all sites. The sides were significantly different with highest richness, diversity and evenness for oceanic side while continental had more abundance of species, most probably due to fewer dominant species. Moreover, greater heterogeneity of habitats may promote increased diversity. The 15 new species now recorded which three are new for science and 12 represent new species or genus records for Ilha Grande Bay revealing this area as one of the highest diverse area in marine sponges from Brazil, despite the low knowlegment. Furthermore, this result implies the need to increase the preservation of the rocky shores of the region and shows that a quick survey of the number of species and their abundance is sufficient to manage a conservation area

A descoberta de fármacos a partir de produtos isolados de organismos marinhos tem apresentado um grande crescimento nos últimos anos, principalmente devido aos avanços tecnológicos analíticos, síntese química e biotecnologia. Dentre estes, as esponjas representam uma das principais fontes de metabólitos protótipos para diversas atividades, destacando-se os efeitos antitumorais. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo a investigação química e biológica de três esponjas coletadas na costa sul-brasileira: Haliclona tubifera, Polymastia janeirensis e Scopalina ruetzleri. Considerando a correlação entre câncer, distúrbios da coagulação e desbalanço de espécies reativas de oxigênio (EROs), foram realizados ensaios visando a aquisição destas atividades e a identificação de substâncias bioativas. Para a esponja H. tubifera foram observados interessantes efeitos antitumorais em células de glioma e neuroblastoma humano (IC50 < 20 μg/ml), além das atividades antioxidante e anticoagulante para a fração acetato de etila. O composto majoritário desta fração foi isolado como um derivado N-Boc e sua configuração foi estabelecida utilizando um novo protocolo de dicroísmo circular e semissíntese de derivados. Assim, este esfingosídeo de cadeia longa isolado (2R,3R,6R,7Z)-2-amino-7-octadecene-1,3,6-triol, foi denominado halisphingosine A. Um novo composto minoritário, halisphingosine B foi obtido usando técnicas de isolamento em escala nanomolar. Sua configuração absoluta foi estabelecida por comparação com o composto A. Da mesma forma, para a esponja S. ruetzleri, a fração acetato de etila demonstrou os resultados mais promissores. Um potencial efeito anticâncer e de inibição dos radicais peroxila foi observado. Além disso, um efeito modulador da peroxidação lipídica foi evidenciado em ensaio ex vivo de dienos conjugados. Através da análise por RMN de 1H, verificou-se que a fração era majoritariamente constituída por ácidos graxos, os quais foram derivatizados para caracterização por Cromatografia Gasosa (GC/FID). Foram identificados 32 ácidos graxos principalmente poli-insaturados (53%). Ácidos graxos minoritários não usuais para o ambiente marinho também foram caracterizados. A esponja P. janeirensis apresentou os efeitos citotóxicos mais promissores em células de glioma e neuroblastoma humano, com um IC50 < 1,0 μg/ml para o extrato aquoso (pH 6,8), sendo este efeito pH-dependente, uma vez que o extrato (pH 5,8) não alterou a viabilidade celular. Para P. janeirensis, foi também investigado seu potencial de defesa química em modelo de Zebrafish. Foi observado que o extrato aquoso desencadeia um efeito de fuga, alterando significativamente o comportamento espaço-temporal de peixes Danio rerio. Analisando em conjunto, os dados do presente trabalho representam uma nova contribuição para o estudo químico e biológico de espécies de esponjas marinhas da costa sul-brasileira e apontam as potencialidades destas esponjas na busca de moléculas protótipos para fármacos, especialmente relacionados à terapia do câncer. / Drug discovery from marine natural products has increased in the past few years, mainly due to technological advances in spectroscopy, chemical synthesis and biotechnology. Among all marine animals, sponges represent one of the major sources of prototype metabolites for several biological activities, highlighting the antitumor effects. In this context, this study carried out chemical and biological investigation of three sponges collected on the South Brazilian coastline: Haliclona tubifera, Polymastia janeirensis and Scopalina ruetzleri. Considering the correlation between cancer, clotting disorders and imbalance of reactive oxygen species (ROS), experiments were conducted for acquisition of these activities and identification of bioactive compounds. H. tubifera showed an interesting cytotoxic effect in human neuroblastoma and glioma cell lines (IC50 <20 μg/ml), antioxidant and anticoagulant effect for ethyl acetate (EtOAc) fraction. The major compound of EtOAc fraction was isolated as an N-Boc derivative and its configuration was established using a new circular dichroism protocol with the production of semi-synthetic derivatives. This long chain sphingoid base (2R,3R,6R,Z)-2-aminooctadec-7-ene-1,3,6-triol was named as halisphingosine A. A new minor compound, halisphingosine B was obtained using nanomol scale techniques and their absolute configuration was established by comparison with compound A. Likewise, for the sponge S. ruetzleri, the EtOAc fraction showed the most promising results. A potential anticancer effect, inhibition of peroxyl radicals and modulation effect of lipid peroxidation was observed. Fingerprint 1H NMR analysis showed that this fraction is mainly constituted of fatty acids. Through Fatty Acid Methyl Ester (FAMEs) analysis by GC/FID, it was possible to identify 32 fatty acids, of which around 50% were Polyunsaturated Fatty Acids (PUFAs). In addition, some minor unusual fatty acids for the marine biosphere were identified. It was observed for P. janeirensis the most promising cytotoxic effects on human glioma and neuroblastoma cells, with an IC50 <1.0 μg/ml to aqueous extract (pH 6.8), being this effect pH-dependent, since the extract (pH 5.8) did not affect the cell viability. Moreover, P. janeirensis was investigated along their potential chemical defense in Zebrafish model. Aqueous extract trigged an escape effect, significantly altering the spatio-temporal swimming activity of animals. Taken together, the data presented from this study represent a new contribution to chemical and biological research of marine sponge species from South Brazilian coastline, and point the potentialities of sponges to search chemical prototypes for drugs, especially related to cancer therapy.

Ce manuscrit présente nos travaux de recherches réalisés sur : i) des éponges marines de Méditerranée (Phorbas tenacior) et des DOM-TOM (Niphates sp. et Clathria rugosa), sélectionnées sur la base des propriétés biologiques préliminaires réalisées sur les extraits bruts, de l’originalité des métabolites, et/ou de l’absence d’étude chimique antérieure de l’espèce ; ii) la synthèse et l’évaluation des propriétés biocides d’analogues de la viscosaline, molécule de type 3-alkylpyridinium aux propriétés antibactériennes et antisalissures faiblement valorisées. L’étude de l’éponge calédonienne Niphates sp. a conduit à l’isolement des népheliosynes A et B, deux polyacétylènes polyhydroxylés avec des cytotoxicités modérées. Les anchinopeptolides B-D, inhibiteurs sélectifs des kinases GSK-3 et PfGSK-3, ont été isolés de Phorbas tenacior, ainsi que la phorbasoïne, un alcaloïde nouveau avec un coeur hydantoïne. Enfin, la première étude chimique de Clathria rugosa a conduit à l’isolement d’un nouveau macrolide, le Clathriolide, un métabolite secondaire cytotoxique vis-à-vis de nombreuses lignées cellulaires tumorales. Chacun des métabolites isolés a fait l’objet d’une étude structurale et biologique poussée. Une stratégie de synthèse originale d’analogues structuraux de la viscosaline a été mise au point. Les dérivés obtenus possèdent d’excellentes activités antibactériennes et antisalissures ainsi que des activités antitumorales modérées. / This manuscript deals with : i) marine sponges from the Mediterranean Sea (Phorbas tenacior) and New Caledonia (Niphates sp. and Clathria rugosa), selected for their biological activities conduced on their crude extract, the originality of produced secondary metabolites and the absence of previous chemical studies ii) the synthesis and the antibacterial properties of analogues of viscosaline. Viscosaline is a 3-alkylpyridinium secondary metabolites which exhibited interesting antibacterial and antifouling properties. The study of the New Caledonian marine sponge Niphates sp. led to the isolation of nepheliosynes Aand B, two polyhydroxylated polyacetylenic acids which exhibited moderate cytotoxic properties. The anchinopeptolides B-D, selective inhibitors of GSK-3 and PfGSK-3 kinases, have been isolated from Phorbas tenacior along with the new alkaloid phorbasoïne. Finally, the first study of the New Caledonian sponge Clathria rugosa let to the isolation of new macrolide, clathriolide, which exhibited cytotoxic properties. The structures and biological properties of each metabolite have been extensively studied in this work. An original synthesis of analogues of viscosaline had been developed. All the derivatives showed excellent antibacterial and antifouling properties, and moderate antitumoral activities.

Notre équipe est l’un des partenaires du projet international PoMaRé (« Invertébrésbenthiques de Polynésie, Martinique et de la Réunion »). Nous travaillons encollaboration directe avec le Dr Cécile Debitus de l’IRD en Polynésie française, sonéquipe étant notamment en charge de collecter des échantillons d’éponges marinesdans différents atolls du Pacifique.Au laboratoire, nous nous sommes intéressés particulièrement à deux espècesabondantes en Polynésie : Dactylospongia metachromia et Dactylospongia elegans.Notre travail a consisté à isoler leurs métabolites spécialisés majoritaires : lesilimaquinones, puis à réaliser diverses études autour de ces deux sesquiterpènesquinoniques épimériques. Le travail s’est organisé de la façon suivante :- Extraction des ilimaquinones : les ilimaquinones ont été isolées de l’éponge Dactylospongia metachromia avec un rendement > 3 %. Une étude de la variation de leur pourcentage respectif par rapport à la géographie de collecte de l’éponge a été entreprise. Impliquant plus d’une centaine d’échantillons, c’est la première fois qu’une étude d’une telle ampleur est réalisée. L’éponge D. elegans a également été étudiée, nos études ont révélé la présence de l’ilimaquinone mais aussi d’une structure proche : l’isospongiaquinone.- Modifications structurales autour des ilimaquinones : Par voie chimique : des modifications ont été étudiées sur les ilimaquinones afin de cerner leur réactivité, divers analogues ont ainsi été obtenus. Entre autres, les substances naturelles isospongiaquinone, 5-epi-isospongiaquinone et néomamanuthaquinone ont pu être hémisynthétisées. Lors de ces études, une nouvelle réaction a été découverte modifiant la quinone de façon surprenante dans des conditions oxydantes. Par voie enzymatique : des micro-organismes ont été utilisés pour réaliser des biotransformations sur le squelette de l’ilimaquinone, trois composés ont été obtenus. Ces modifications ont touché à la fois la décaline et la quinone de notre substrat. Une réaction de fonctionnalisation originale a d’ailleurs pu être observée pour la première fois.- Modélisation moléculaire et électrochimie : une étude de modélisation moléculaire nous a permis de calculer l’énergie de formation des ilimaquinones en nous basant sur les hypothèses de biosynthèse que nous pouvons maintenant mieux appréhender. Finalement une étude d’électrochimie nous a permis d’évaluer les propriétés oxydo-réductrices de ces molécules naturelles à fortes potentialités en termes d’activités biologiques. / Our team is one of the partners of the international project PoMaRe ("Benthic Invertebrates of Polynesia, Martinique and Reunion"). We worked directly with Dr. Cécile Debitus from the IRD in French Polynesia, her team was in charge of collecting samples of marine sponges in different atolls of the Pacific.In the laboratory, we focused particularly on two abundant species in Polynesia: Dactylospongia metachromia and Dactylospongia elegans. Our job was to isolate their major metabolites: the ilimaquinones and perform various studies around these two epimeric sesquiterpene quinones.The work was organized as follows:- Extraction of ilimaquinones: ilimaquinones were isolated from the sponge Dactylospongia metachromia with a yield > 3%. A study of the variation of their respective percentage in relation with the geography of collection was undertaken, involving more than one hundred samples. This is the first study of this scale to be achieved. The sponge D. elegans was also studied, our results revealed the presence of ilimaquinone but also a nearby structure: isospongiaquinone.- Structural modifications of ilimaquinones:* Chemical modifications: structural changes were studied on ilimaquinones to delimit their reactivity: various analogues have been obtained. Among others, natural substances isospongiaquinone, 5-epi-isospongiaquinone and neomamanuthaquinone have been obtained. In these studies, a new reaction was discovered modifying the quinone surprisingly under oxidizing conditions.* Enzymatic modifications: micro-organisms were used to carry out biotransformations on the skeleton of ilimaquinone, three compounds were obtained. These changes have affected both the decalin and the quinone of our substrate. An original reaction has also been observed for the first time.- Molecular modeling and electrochemistry: a molecular modeling study has allowed us to calculate the energy of formation of ilimaquinones based on biosynthesis assumptions that we can now better understand. Finally an electrochemistry study evaluated the redox properties of these natural molecules with high potential in terms of biological activity.

Les travaux de thèse exposés dans ce manuscrit portent sur l'étude chimique de quatre éponges marines collectées à Madagascar : Monanchora unguiculata, Amphimedon sp., Aulospongus gardineri et Biemna laboutei. Pour les trois premières, l'extraction, l'isolement et l'identification des métabolites secondaires par différentes techniques chromatographiques (CLMP, CLHP…) et spectroscopiques (UV-visible, SMHR, RMN 1D et 2D…) ont été envisagés. Quinze métabolites secondaires de type alcaloïdes guanidiniques, dérivés de la bromotyrosine, N-acyléthanolamines et polyynes, ont été isolés de ces éponges. Huit sont de structures nouvelles. La valorisation des molécules isolées a ensuite été envisagée via l'évaluation de leurs activités biologiques. Deux d'entres elles, la fromiamycaline (M70) et la ptilomycaline F (MU7) ont montré une excellente activité antipaludique et quatre, la fromiamycaline (M70) et les ptilomycalines E (MU6), G (MU8) et H (MU9) une cytotoxicité sur cellules KB prometteuse. L'étude de la dernière éponge, Biemna laboutei, portait sur des molécules précédemment isolées au sein du LCSNSA. Les travaux entrepris comprenaient une vérification des configurations relatives de neuf alcaloïdes guanidiniques déterminées par RMN grâce à la probabilité DP4+. Les configurations relatives déterminées par RMN de sept des molécules ont ainsi pu être confirmées et trois d'entre elles, les nétamines G (E8), P (E17) et R (E19) ont fait l'objet d'une étude plus approfondie par modélisation moléculaire afin de déterminer leur configuration absolue par comparaison de leur spectre de Dichroïsme Circulaire Électronique expérimental avec un spectre calculé. / The work described in this manuscript concerns the chemical study of four sponges from Madagascar: Monanchora unguiculata, Amphimedon sp., Aulospongus gardineri and Biemna laboutei. For the first three sponges, the study was devoted to the extraction, isolation and identification of secondary metabolites by various chromatographic (MPLC, HPLC…) and spectroscopic (UV, HRMS, 1D and 2D NMR…) techniques. Fitfteen secondary metabolites including guanidine alkaloids, bromotyrosin derivated, N-acylethanolamines and polyynes were isolated from these sponges. Eight are new molecules. The biological activities of the isolated compounds were then evaluated. Two of them, fromiamycalin (M70) and ptilomycalin F (MU7) showed a very good antimalarial activity and four of them, fromiamycalin (M70) and ptilomycalins E (MU6), G (MU8) and H (MU9) a promising cytotoxicity against KB cells. The study of the last sponge, Biemna laboutei, was performed on molecules already isolated in the LCSNSA. This work included the determination of the relative configuration of nine guanidine alkaloids by using the DP4+ probability. The relative configuration of seven molecules was confirmed. Three of them, netamines G (E8), P (E17) and R (E19) were selected for a study by molecular modeling to determine their absolute configuration by comparison of their experimental Electronic Circular Dichroism spectrum with a calculated spectrum.

Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit portent sur l'étude de quatre éponges marines issues de la zone Sud-Ouest de l'Océan Indien : Plakortis kenyensis, Theonella swinhoei, Haliclona fascigera et Fascaplysinopsis reticulata. Les travaux entrepris comprenaient l'étude chimique de ces éponges incluant l'extraction, l'isolement et l'identification des métabolites secondaires par différentes techniques chromatographiques (CLMP, CLHP...) et spectroscopiques (UV-visible, HRMS, RMN 1D et 2D...). Douze métabolites secondaires ont été isolés de ces éponges dont six de structures nouvelles, à savoir : l'acide 2,5-époxydocosan-6-én-21-ynoïque (HF1), un acide gras atypique isolé de l'éponge Haliclona fascigera ; la 8-oxo-tryptamine (FR2), la 6,6’-bis-(débromo)- gelliusine F (FR3), la 6-bromo-2’-déméthyl-3’-N-méthyl-1’,8-dihydroaplysinopsine (FR6), la 5,6-dibromo-2’- déméthyl-3’-N-méthyl-1’,8-dihydroaplysinopsine (FR7) et la 5,6-dibromo-3’-déimino-2’-déméthyl-3’-oxo-1’,8- dihydroaplysinopsine (FR8), cinq alcaloïdes indoliques isolés de l'éponge Fascaplysinopsis reticulata. La valorisation des molécules isolées a ensuite été envisagée via l'évaluation de leurs activités biologiques. Parmi les douze molécules isolées, sept ont montré une activité antipaludique, trois une activité inhibitrice du quorum sensing de la bactérie bioluminescente Vibrio harveyi et cinq une activité anti-microfouling par inhibition de l'adhésion et/ou de la croissance de souches microbiennes marines. / The work described in this manuscript concerns four sponges from the South-West Indian Ocean: Plakortis kenyensis, Theonella swinhoei, Haliclona fascigera and Fascaplysinopsis reticulata. The chemical study of the sponges including extraction, isolation and identification of secondary metabolites was undertaken using various chromatographic (MPLC, HPLC ...) and spectroscopic (UV-visible, HRMS, 1D and 2D NMR ...) techniques. Twelve secondary metabolites including six new molecules were isolated from these sponges. The new molecules are: 2,5-époxydocosan-6-en-21-ynoic acid (HF1) an unusual fatty acid isolated from the sponge Haliclona fascigera; 8-oxo-tryptamine (FR2), 6,6'-bis (debromo)-gelliusine F (FR3), 6-bromo-2'-demethyl-3'-N- methyl-1',8-dihydroaplysinopsine (FR6), 5,6-dibromo-2'-demethyl-3'-N-methyl-1',8-dihydroaplysinopsine (FR7) and 5,6-dibromo-3’-deimino-2’-demethyl-3’-oxo-1’,8-dihydroaplysinopsine (FR8), five indole alkaloids isolated from the sponge Fascaplysinopsis reticulata. The biological activities of the isolated molecules were then evaluated. Among the twelve isolated molecules, seven were active against the malaria parasite Plasmodium falciparum, three were identified as inhibitors of the quorum sensing-regulated bioluminescence in Vibrio harveyi and five, showing marine bacterial adhesion and/or growth inhibition, exhibited potential anti- microfouling activity.