Les reconnaissances cellulaires sont souvent promues par des interactions multiples et simultanées entre des ligands et leurs récepteurs spécifiques. Ce principe de multivalence a inspiré la communauté scientifique pour accroitre l’affinité d’un ligand synthétique son récepteur. Différents effets de multivalence ont été identifiés parmi lesquels l’effet chélate basé sur l’interaction simultanée d’un ligand avec plusieurs sites de reconnaissance d’une protéine. Nous avons développé durant cette thèse trois séries ligands multivalents pour obtenir un effet chélate avec trois cibles : les récepteurs nicotiniques et les lectines AFL et DC-SIGN. Aspergillus fumigatus est un pathogène adhérant aux récepteurs fucosylés via la lectine hexavalente AFL. Nous avons développé des fucosides di-, hexa- et polyvalent dont les affinités pour AFL ont été évaluées par microcalorimétrie et par test cellulaire. Cela nous a permis d’identifier un ligand hexavalent capable d’inhiber l’adhésion cellulaire des spores d’ A. fumigatus à des concentrations micromolaires. DC-SIGN est une lectine tétramérique reconnaissant les motifs mannose et utilisée comme voie d’entrée infectieuse par le cytomégalovirus. Plusieurs structures à faible et haute valence (2, 4 et 89) de mannose nous ont permis d’obtenir des composés très affins pour cette lectine avec des IC50 de l’ordre du nanomolaire lors de tests d’adhésion cellulaire. Enfin, nous avons développé des séries de composés multivalents pour l’interaction avec les récepteurs nicotiniques pour une application potentielle aux maladies neurodégénératives. Ces ligands ont montré des propriétés antagonistes de l’acétylcholine sur des récepteurs de type α7. / Cell recognitions are often promoted by multiple and simultaneous interactions between ligands and their specific receptors. This concept of multivalency has inspired the scientific community to increase the affinity of a synthetic ligand for his receptor. Various effects of multivalency have been identified, including the chelate binding mode based on the simultaneous interactions of a ligand with several binding sites of a protein. During this thesis, we have developed three families of multivalent structures to reach a chelate binding mode with three proteins: the nicotinic receptors and the DCSIGN and AFL lectins. Aspergillus fumigatus is a pathogen adhering to the fucosylated receptors through the hexavalent lectin AFL. We have developed di-, hexa and polyvalent fucosides whose affinities for AFL were evaluated by microcalorimetry and cellular assays. We identified a hexavalent ligand able to inhibit the cell adhesion of A. fumigatus spores at micromolar concentrations. DC-SIGN is a tetrameric lectin binding to mannose units, used in an infectious pathway by the cytomegalovirus. Several structures at low and high valency (2, 4 and 89) of mannose allowed us to reach high affinity for this lectin with IC50 in nanomolar range in the cell adhesion tests. Finally, we developed a series of multivalent compounds to interact with the nicotinic receptors for an application in neurodegenerative diseases. These ligands have shown antagonist properties on acetylcholine α7 type receptor.

Les interactions des glucides sont impliquées dans plusieurs processus biologiques normaux ou bien pathologiques (la communication cellulaire, l'adhésion et l'entrée de pathogènes dans la cellule ou encore de carcinomes métastatiques). Souvent, ces interactions ont une forte spécificité mais une affinité faible. In vivo, cette faible affinité est résolue par la présentation de copies multiples des ligands glucidiques à des multiméres de récepteurs protéiques (lectines). Globalement, l'interaction observée est alors largement supérieure à la somme des interactions individuelles. Ce phénomène est connu comme « l'effet cluster glycosidique ». Ces interactions ont encouragées le développement des recherches interdisciplinaires dans les domaines de la glycochimie et de la glycobiologie. Les nanoparticules d'or, fonctionnalisées avec des glucides (glyco-nanoparticules, GNPs) constituent un nouvel outil pour étudier ce phénomène. Leur synthèse est assez simple, et ils montrent plusieurs propriétés physicochimiques comme la modification de la densité de présentation, le control de la taille de la particule, et ils ont aussi des propriétés électroniques, magnétiques et optiques, liées aux effets quantums. Nous présentons la synthèse et la caractérisation des GNPs fonctionnalisées avec du mannose et du galactose dans le but d'étudier les interactions avec des protéines multivalentes (les lectines Con A, BclA et PA-IL), en utilisant des techniques biophysiques comme la résonance plasmonique de surface, et le microcalorimétrie isotherme de titration. Ces techniques ont montrées que l'affinité des lectines varie avec la densité de présentation des ligands chez les GNPs. Les GNPs sont un outil novateur pour développer des nouvelles méthodes de diagnostiques ou thérapeutiques dans les domaines de la glycobiologie, des biotechnologies et de la science des matériaux.

Les polymères synthétiques tels que les dendrons ou les dendrimères possèdent des propriétés structurales intéressantes. Leur monodispersité et leur synthèse étape par étape permet de contrôler et de caractériser totalement leur structure. De plus, la multivalence offre aux vecteurs une meilleure affinité d’interactions entre plusieurs copies d’un ligand lié au dendron/dendrimère et le récepteur désiré en comparaison au ligand seul. L’adamantane est une molécule rigide et stable dont plusieurs dérivés ont été commercialisés pour des applications thérapeutiques, principalement comme agents antiviraux. De plus, il est possible de le fonctionnaliser sur 4 positions symétriques via des synthèses organiques. Sa conformation 3D permet d’amoindrir les encombrements stériques entre les groupements fonctionnels. Nous avons alors choisi de combiner les propriétés de l’adamantane et des dendrons afin de construire de nouveaux vecteurs synthétiques. Leurs synthèses s’effectuent avec de hauts rendements et chaque nouveau composé a été totalement caractérisé par les différentes techniques d’analyses chimiques et structurales. Les dendrons à base d’adamantane polycationiques non cytotoxiques ont révélé une forte pénétration cellulaire permettant de mieux comprendre les mécanismes d’internalisation des dendrons. Ils ont également été évalués pour la formation de complexes avec un plasmide d’ADN. Des modifications sur leurs structures ont amélioré leur capacité à interagir avec l’acide nucléique grâce à la modification du point focal. Enfin, un peptide thérapeutique aux propriétés protectrices dans le lupus érythémateux disséminé, P140, a été couplé à un dendron à base d’adamantane à 3 branches et nous avons analysé les effets biologiques du trimère en comparaison avec le monomère. / Dendrons (wedge-shaped dendrimer sections) have been investigated as ideal nanoscale carrier molecules for the delivery of bioactive materials into the cells. Molecular engineering of these hyperbranched, monodisperse, well-defined structures can be easily performed using simple organic synthesis. Multivalency constituted by the multiple surface groups at the periphery of a dendron promotes higher binding affinity for ligand/receptor interactions. Adamantane molecule is a rigid structure consisting of four cyclohexane rings fused in chair conformation. The well-defined 3D conformation, the hydrophobicity and the lipophilicity provide to adamantane-based compounds favorable properties for their transport through biological membranes. In this context, the first part of this work was focused on the design and the synthesis of a novel type of polycationic dendrons based on adamantane, which are able to penetrate into cells without triggering cytotoxic effects. The next study of this Thesis concerned the investigation of our polycationic adamantane-based dendrons for gene delivery. We evaluated the capacity of the dendrons to complex a plasmid DNA. Hydrophobic compounds (biotin and cholesterol) were covalently bound to the focal point of the dendrons via “click” chemistry and the effects of the dendron generation, the peripheral cationic groups, and the hydrophobic modifications on the formation and stability of the complexes were studied. Finally, the dendrons constituted of an adamantane core, a focal point and three arms, were synthetized starting from a multifunctional adamantane derivative. We have coupled P140, a therapeutic peptide with protective properties in systemic lupus erythematosus, to an adamantane-based dendron and we have analyzed the biological effects of the resulting trimer compared to the monomer.

Human respiratory syncytial virus (RSV) is the primary cause of acute lower respiratory tract infections in children and the elderly worldwide, for which neither a vaccine nor an effective therapy is approved. The entry of RSV into the host cell is mediated by stepwise structural changes in the surface RSV fusion (RSV-F) glycoprotein. Recent progress in structural and functional studies of RSV-F glycoprotein revealed conformation-dependent neutralizing epitopes which have become attractive targets for vaccine and therapeutic development. As RSV-F is present on viral surface in a trimeric form, a trivalent binding interaction between a candidate fusion inhibitor and the respective epitopes on each of the three monomers is expected to prevent viral infection at higher potency than a monovalent or bivalent inhibitor. Here we demonstrate a novel RSV entry inhibitory approach by implementing a trimeric DNA nanostructure as a template to display up to three linear peptide moieties that simultaneously target an epitope on the surface of the prefusion RSV-F protein. In order to design synthetic binding peptides that can be coupled to the DNA nanostructure, the prefusion RSV-F-specific monoclonal antibody (D25) was selected. Complementarity-determining region 3 (CDR3) derived peptides underwent truncation and alanine-scanning mutagenesis analysis, followed by systematic sequence modifications using non-canonical amino acids. The most effective peptide candidate was used as a binding moiety to functionalize the DNA nanostructure. The designed DNA-peptide construct was able to block RSV infection on cells more efficiently than the monomeric peptides, however a more moderate reduction of viral load was observed in the lungs of infected mice upon intranasal application, likely due to dissociation or absorption of the underlying DNA structure by cells in the lungs.Taken together, our results point towards the inhibitory potential of a novel trimeric DNA-peptide based approach against RSV and open the possibility to apply this platform to target other viral infections.

La recherche sur le cancer s'oriente vers le développement de « stratégies ciblées » comme la vectorisation de composés actifs permettant d'augmenter l'efficacité thérapeutique et de réduire la toxicité du traitement. Dans ce contexte, ces travaux ont été consacrés à la conception de vecteurs peptidiques pour des applications anticancéreuses. Ces systèmes ont été élaborés à partir d'un châssis moléculaire cyclodécapeptidique présentant des propriétés conformationnelles particulières. Deux approches différentes ont été envisagées. La première a consisté à rechercher de nouveaux ligands de récepteurs tumoraux en s'inspirant du domaine de reconnaissance d'un anticorps monoclonal thérapeutique. Dans ce contexte, nous proposons la conception de mime du Rituximab ciblant l'antigène CD20 utilisé dans le traitement des lymphomes Non-Hodkinien. Dans la seconde approche, nous avons développé des vecteurs destinés à des applications d'imagerie tumorale. Pour cela, des châssis multivalents présentant des ligands peptidiques RGD ciblant l'intégrine alpha-v-beta-3 ont été conjugués avec différents agents de détection puis évalués par techniques d'imagerie TEP, IRM et imagerie optique. Dans ces deux stratégies, les systèmes de vecteurs sont constitués d'un domaine de reconnaissance présentant un ou plusieurs ligands, et d'un module effecteur composé d'un élément de détection, le tout assemblé sur le châssis moléculaire. Nous nous sommes donc intéressés à développer des procédures d'assemblages biomoléculaires permettant de moduler les sites d'accrochages du châssis. Pour cela, nous avons mis au point des méthodologies de synthèse originales combinant plusieurs ligations chimiosélectives orthogonales. On démontrera que cette stratégie offre de multiples avantages et permet un assemblage macromoléculaire en une seule étape sans déprotection ni purification intermédiaire.

La chimie combinatoire est un moyen efficace pour découvrir des molécules biologiquement actives. Dans ce travail, nous avons exploré deux approches combinatoires différentes pour synthétiser des bibliothèques de cyclopeptides. Tout d'abord, nous avons développé une stratégie basée sur l'assemblage aléatoire et chimiosélectif de biomolécules sur un châssis peptidique. Cette approche réalisée en solution a permis de générer des bibliothèques d'hétéroglycoclusters et de sélectionner les meilleurs ligands par colonne d'affinité portant une lectine modèle, la Concanavaline A. Dans une seconde approche, des bibliothèques de peptides cycliques ont été préparées par la méthode split and mix. Celles-ci ont été conçues et décodées selon l'algorithme mis au point dans le groupe du Pr. Reymond (Berne, Suisse) qui permet d'attribuer la séquence de chaque peptide sans marquage et de manière quasi-unique. Ces bibliothèques ont été criblées sur le support avec la vitamine B12 et la Caseine Kinase 2.

Cette thèse vise à rendre compte conjointement des jugements de valeurs de vérité non-bivalents, c'est-à-dire des jugements ne correspondant ni à « Vrai » ni à « Faux », déclenchés par des phrases présuppositionnelles (telles que 1 en contexte où Oscar n'est pas français), vagues (telles que 2 en contexte où Oscar est de taille moyenne) ou encore hybrides (telles que 3 en contexte où l'interlocuteur est de taille moyenne).1. Oscar a réalisé que tu es français.2. Oscar est vieux.3. Oscar a réalisé que tu es vieux.Sur la base de systèmes logiques définissant trois valeurs de vérité (vrai, faux et autre) proposés dans la littérature sur le vague tout comme dans la littérature sur la présupposition, j'élabore dans un premier temps un système à cinq valeurs de vérité ordonnées, qui définit ainsi trois paliers intermédiaires entre le vrai et le faux.Suite à l'obtention de résultats expérimentaux incompatibles avec les prédictions de ce système, je propose dans un deuxième temps un système à quatre valeurs de vérité non ordonnées, compatible avec les résultats et qui place cette fois le vague et la présupposition sur des dimensions distinctes. Une expérience menée avec Paul Égré établit par ailleurs que les locuteurs rejettent systématiquement des descriptions contradictoires comme « vieux et jeune », mais qu'ils peuvent accepter des descriptions contradictoires comme "ni vieux ni jeune", "ni veux ni pas vieux" et "vieux et pas vieux". Ces résultats confortent l'idée qu'une phrase vague comme 1 peut être jugée "Ni vraie ni fausse" mais aussi "Vraie et fausse", et nous permettent de discriminer entre deux approches concurrentes de l'antonymie adjectivale. / The aim of my thesis is to give a uniform account of non-bivalent truth-value judgments induced by presuppositional expressions and by vague expression (namely judgments other than "True" or "False"). For example, a presuppositional sentence like 1 below is typically judged neither true nor false in a context where Oscar is not French, and a vague sentence like 2 is also reported as neither true or nor false in a context where Oscar is of an average height. The same holds of a hybrid sentence like 3, combining a vague adjective and a presuppositional expression, in a context where the interlocutor is of an average height:1. Oscar has realized that you are French.2. Oscar is old.3. Oscar has realized that you are old. Abstract:Drawing on systems defining three logical values (true, false and other) and discussed both in the literature on vagueness and in the literature on presupposition, I propose a system with five totally ordered values, thereby defining three intermediate levels between true and false.After collecting experimental data conflicting with the predictions of this system, I propose a system with four values which is compatible with the experimental results and where the four values are partially ordered along a dimension specific to vagueness and along a dimension specific to presupposition.To get further insights about truth-value judgments specific to vagueness, I conducted another set of experiments (in collaboration with Paul Égré), showing that speakers systematically reject contradictory descriptions of the form "old and young" but that they can accept contradictory descriptions of the form "neither old nor young", "neither old nor not old" and "old and not old". These results echo the idea that vague sentences like 1 can be judged "Neither true nor false" but also "True and false", and allow us to discriminate between two competing theories of adjectival antonyms.

Les bambusurils, BU[4] et BU[6], sont des oligomères cycliques apparentés aux cucurbiturils, CBs, constitués respectivement de 4 et 6 motifs glycolurils. Les bambusurils diffèrent des CBs par la présence de glycolurils difonctionnalisés.Les BU[6] ont la capacité d'encapsuler des anions dans leur cavité, propriété intéressante pour la décontamination d'effluents, par exemple.Une nouvelle famille de bambusurils, les allylbambusurils, qui possèdent des groupements allyles sur leur portail macrocyclique, a été développée. Leur post-fonctionnalisation par oxydation, métathèse croisée ou réaction thiol-ène a été étudiée. Par réaction thiol-ène, des BU[4] et BU[6], fonctionnalisés respectivement par 8 ou 12 thiols d'intérèt, ont été obtenus. Les BU[6] sont toujours isolés avec un halogènure à l’intérieur de leur cavité. Une méthode utilisant l’hexafluoroantimonate d’argent a été mise au point pour les décomplexer. L'affinité de ces nouveaux BU[6] exempts d'anion, pour différents halogénures, a été évaluée par RMN 1H.Des glycobambusurils ont été synthétisés par réaction thiol-ène en présence de sucres fonctionnalisés par des thiols. Ces glycoBUs donnent accès à des plateformes multivalentes de valence 8 pour les BU[4] et 12 pour les BU[6]. Le pouvoir inhibiteur de ces nouvelles plateformes a été testé sur l'enzyme WaaC, une heptosyltransferase présente dans la paroi bactérienne. Les tests enzymatiques montrent que ces glycobambusurils sont des plateformes multivalentes prometteuses. / Bambusurils, BU[4] and BU[6] are cyclic oligomers that belong to the cucurbiturils family, CBs, assembled respectively by 4 and 6 glycoluril units. Bambusurils are different from cucurbiturils because of their difunctionalized glycolurils. BU[6] are able to encapsulate anions inside their cavity and this property can be useful for the treatment of effluents.A new family of BUs, the allylbambusurils having allyls groups on their macrocyclic portal, has been developed. Their postfunctionalization by oxidation, cross metathesis and thiol-ene coupling has been studied. BU[4] and BU[6] functionalized by respectively 8 and 12 thiols of interest have been prepared.BU[6] are always obtained with an halide inside the cavity. A method using silver hexafluoroantimonate has been developed to remove this halide. Binding constants of these new empty bambusurils have been determined towards severals halide by 1H NMR.Glycobambusurils have been synthesized by thiol- ene coupling with thiosugars. These glycoBUs can lead to multivalent platforms of valency up to 8 for BU[4] and 12 for BU[6]. Inhibition activity of these new platforms has been tested on WaaC enzyme, an heptosyltransferase found in bacterial cell wall. Enzymatic tests show that these glycobambusurils are promising multivalent platforms.

Les lectines de type C (CLRs) sont des récepteurs impliqués dans la reconnaissance d’oligosaccharides et principalement exprimés à la surface des cellules présentatrices d’antigène (APCs) et notamment des cellules dendritiques (DCs), véritable sentinelle de notre système immunitaire. Elles sont impliquées dans la reconnaissance de motifs spécifiques exprimés à la surface d’agents pathogènes et sont capables de stimuler le système immunitaire afin de déclencher une réponse adaptée. Ce rôle crucial joué par les CLRs dans l’équilibre de la réponse immunitaire confère aux interactions CLR/glycane des perspectives d’applications pharmaceutiques. L’objectif à long-terme du projet de recherche dans lequel cette thèse s’intègre consiste à utiliser ces CLRs pour modeler les réponses du système immunitaire. A cette fin, des néoglycoconjugués spécifiques de chaque CLR doivent être développés. Au cours de cette thèse, 9 CLRs ont été produits BDCA2, DC-SIGN, DC-SIGNR, dectin-1, dectin-2, langerin, LSECtin, MCL and Mincle. Différentes stratégies de production ont été testées en parallèle, incluant des techniques d’adressage au périplasme en vue d’obtenir des protéines solubles et fonctionnelles et de l’expression cytoplasmique, sous forme de corps d’inclusion suivie d’étapes de renaturation qui s’est révélé la plus efficace au final. Une stratégie permettant de construire des tétramères artificiels de CLRs, appelés TETRALEC, a été mise au point. Cet outil permettant le criblage et la caractérisation des lectines a été obtenu avec DC-SIGNR par un marquage spécifique de la lectine. Le complexe TETRALEC a été caractérisé au niveau structural et des tests fonctionnels ont été menés sur des puces à glycanes et des cellules pathogènes. La série de CLRs que nous avons produites a été utilisée pour cribler des puces à glycanes et à glycomimétiques. Ces études nous ont permis de mettre en évidence des interactions dépendantes de l’environnement du glycane et d’identifier de nouveaux glycanes ou glycomimétiques spécifiques de certains CLRs. En effet, de manière étonnante, plusieurs des CLRs testés sont capables, pour un glycane donné, de discriminer des isomères de position ouvrant ainsi de nouveaux questionnements sur la signification biologique de cette sélectivité. De plus des glycomimétiques reconnaissant préférentiellement dectin-2 par rapport à DC-SIGN, DCSIGNR et langerin ont été identifiés. Le choix des glycomimétiques et l’évaluation des étapes de leur optimisation ont été permis par diverses études biophysiques qui ont quantifié la force et la spécificité des interactions. Ceci a permis le développement d’un ligand optimisé sélectif de DC-SIGN. La co-cristallisation de la protéine avec ce ligand a révélé un intéressant mode de liaison qui amène également de nouvelles questions. Simultanément à l’optimisation de ligands monovalents, un premier pas a été réalisé vers la conception d’une molécule pour permettre une vaccination contre le cancer médiée par les CLRs. Les résultats de SPR ont identifié des candidats potentiellement intéressants et des tests biologiques préliminaires ont été réalisés. / C-type Lectin Receptors (CLRs) are carbohydrate-binding proteins mainly expressed on Antigen Presenting Cells (APCs), including dendritic Cells (DCs), the sentinel of the innate immune system. They recognize pathogens or damaged cells by interacting with glycan features and the encounter between the CLR and its ligand constitutes a necessary step for the activation of the adaptive immune system. This crucial role played by CLRs in the balance of immune responses offers to CLR-glycan interactions pharmaceutical applications. The long-term objective of the research project in which this PhD is included is to use these CLRs as modulators in order to tailor the immune system responses. To do so, neoglyco-conjugates selective to each individual CLR have to be developed.Nine different CLRs were produced in this work: BDCA2, DC-SIGN, DC-SIGNR, dectin-1, dectin-2, langerin, LSECtin, MCL and Mincle.Several approaches have been explored in parallel for CLR production, ranking from bacterial periplasmic targeting, aiming to express soluble and functional protein, to inclusion bodies production into the bacterial cytoplasm, with subsequent protein refolding. Our collection of CLRs were used to screen glycan and glycomimetic arrays, highlighting context-dependent binding and identifying natural ligands or glycomimetics selective to each CLRs. Thus, several CLRs were surprisingly able to differentiate between positional isomers of a given N-Glycan, which opens new questions regarding the biological significance. Moreover, glycomimetics with a selectivity towards dectin-2 over DC-SIGN, DC-SIGNR and langerin CLRs have been identified.To guide the choice of the glycomimetics and estimate their optimisation, diverse biophysical studies were performed to evaluate the strength and specificity of the interaction. This enabled the development of an ultimate ligand selective towards DC-SIGN. A co-crystallised structure of the protein with this ligand revealed an interesting binding mode that also opens new questions.Simultaneously to monovalent ligand optimization, a first step towards the design of a highly defined molecule for cancer vaccination by CLR targeting was made. SPR results revealed potential candidates to exploit and preliminary biological assays were performed. Finally, a strategy for tetrameric lectin engineering as been explored, termed TETRALEC. This tool for screening and lectin characterization, has been obtained with one the lectin of the study, DC-SIGNR, by a site-specific labelling of the lectin. The TETRALEC complex was structurally characterised and functional assays were performed on glycan array and pathogen cells.

DNA nanostructures enable the attachment of functional molecules to nearly any unique location on their underlying structure. Due to their single-base-pair structural resolution, several ligands can be spatially arranged and closely controlled according to the geometry of their desired target, resulting in optimized binding and/or signaling interactions. Here, the efficacy of SWL, an ephrin-mimicking peptide that binds specifically to EphrinA2 (EphA2) receptors, increased by presenting up to three of these peptides on small DNA nanostructures in an oligovalent manner. Ephrin signaling pathways play crucial roles in tumor development and progression. Moreover, Eph receptors are potential targets in cancer diagnosis and treatment. Here, the quantitative impact of SWL valency on binding, phosphorylation (key player for activation) and phenotype regulation in EphA2-expressing prostate cancer cells was demonstrated. EphA2 phosphorylation was significantly increased by DNA trimers carrying three SWL peptides compared to monovalent SWL. In comparison to one of EphA2’s natural ligands ephrin-A1, which is known to bind promiscuously to multiple receptors, pinpointed targeting of EphA2 by oligovalent DNA-SWL constructs showed enhanced cell retraction. Overall, we show that DNA scaffolds can increase the potency of weak signaling peptides through oligovalent presentation and serve as potential tools for examination of complex signaling pathways.