Ces travaux s’articulent autour de dérivés saccharidiques de type exo-glycals ou C-glycosides pour lesquels de nouvelles méthodologies synthétiques ainsi que des applications dans le domaine de la biologie ont été développées. Dans un premier temps, l’addition de nucléophiles soufrés et carbonés sur le carbone anomérique de différents exo-glycals activés a été réalisée, permettant un accès efficace à de nouveaux S-glycosides tertiaires ainsi qu’à des γ-glycoamino acides anomériques. Ces derniers ont été utilisés pour l’élaboration de peptides linéaires mixtes α/γ dont les propriétés de structuration ont ensuite été étudiées par RMN, IR, CD et modélisation moléculaire. De nouvelles plates-formes glycopeptidiques multifonctionnelles ont été préparées par cyclisation de ces peptides. Dans un second temps, le développement de peptidomimétiques ciblant le récepteur neuropiline-1, impliqué dans l’angiogenèse tumorale, a été entrepris. En s’appuyant sur des études de modélisation moléculaire, certains composés ont montré une bonne affinité pour le récepteur NRP-1 et l’un des composés a montré des propriétés prometteuses pour l’inhibition de la formation de tubules / This work is focused on the development of new synthetic pathways for exo-glycals functionalization and synthesis of bioactive compounds. The first part of this manuscript describes the efficient preparation of new tertiary S-glycosides and γ-glycoamino acids via Michael addition of thiols derivatives and carbanions on anomeric carbon of exo-glycals. The obtained γ-glycoamino acids were then incorporated in α/γ mixed peptides and their structural properties were studied by NMR, IR, CD and molecular modelling studies. Furthermore, cyclic multivalent platforms were built by intramolecular cyclization of these entities. The second part of the manuscript concerns the elaboration of peptidomimetics targeting neuropilin-1 receptor, implicated in tumor angiogenesis. Based on molecular modeling studies, some compounds showed interesting binding affinity for NRP-1 receptor and one of them displayed promising properties toward inhibition of tubule formation

La thérapie photodynamique (PDT) appliquée aux tumeurs cérébrales est évaluée comme une stratégie complémentaire par rapport aux thérapies conventionnelles. De nombreux travaux mettent en exergue le rôle prépondérant joué par l'effet vasculaire de la PDT dans l'éradication tumorale. Ainsi, une accumulation sélective du photosensibilisateur au niveau des néo-vaisseaux tumoraux favorise cet effet et donc, l'efficacité du traitement photodynamique. La stratégie vasculaire consistant à coupler un photosensibilisateur à un peptide ligand pour cibler le récepteur neuropiline-1 (NRP-1) surexprimé par les cellules endothéliales angiogéniques a été validée, démontrant également l'induction de l'expression du facteur tissulaire immédiatement après PDT. Grâce à l'utilisation de nanoparticules multifonctionnelles, des améliorations ont été apportées à la stratégie initiale pour une PDT interstitielle (iPDT) guidée par l'imagerie. Fonctionnalisées par le peptide ligand, vecteur du photosensibilisateur et d'un agent de contraste puis rendues furtives, les nanoparticules sélectionnées présentent les propriétés originales requises pour une action combinée en IRM et PDT ciblée. Les nano-objets sont affins pour NRP-1 et conservent leur caractéristique photo-activable. Les essais sur rats nude xénogreffés en orthotopique par un modèle de gliome malin humain, valident la faisabilité du concept de iPDT guidée par l'IRM en temps réel. Après injection des nanoparticules par voie intraveineuse, un rehaussement positif du signal IRM est observé au niveau de la zone tumorale pour optimiser l'implantation de la fibre optique. Les résultats obtenus par IRM de perfusion et, l'expression protéique de NRP-1 au niveau du tissu et des berges tumorales, valident la sélectivité des nanoparticules fonctionnalisées. La combinaison des techniques d'imagerie non-invasives (IRM, SRM, TEP/CT) a permis le suivi thérapeutique / Photodynamic therapy (PDT) for brain tumors appears to be complementary to conventional treatments. Number studies show the major role of the vascular effect in the tumor eradication by PDT. To promote this vascular effect, a selective targeting of neuropilin-1 (NRP-1), mainly over-expressed by tumor angiogenic vessels, was investigated using a photosensitizer coupled to a ligand peptide. We validated the interest of using this active-targeting strategy to promote this vascular effect by the induction of tissue factor expression immediately post-PDT. For interstitial PDT (iPDT) of brain tumors guided by real-time imaging, multifunctional nanoparticles consisting of a surface-localized tumor vasculature targeting NRP-1 and encapsulated PDT and imaging agents, have been developed. The selected nanoparticles are favourable to a photosensitizer targeting strategy for iPDT combined with MRI.Characterization studies of the nanoparticles reveal a photodynamic efficiency and demonstrate a molecular affinity of the functionalized nanoparticle to NRP-1 target. After intravenous injection of the multifunctional nanoparticles into rats with intracranial glioma, we demonstrate a positive contrast enhancement of the tumor tissue by MRI, allowing the optimization of the optical fiber implantation. Perfusion MRI data and NRP-1 protein expression of the tumor and brain adjacent to tumor tissues check selectivity of the functionalized nanoparticle. The combination of non-invasive techniques of imaging (MRI, MRS, PET/CT) validates this concept of iPDT guided by MRI

Le criblage virtuel est utilisé dans la recherche de médicaments et la construction de modèle de prédiction de toxicité. L’application d’un protocole de criblage est précédée par une étape d’évaluation sur une banque de données de référence. La composition des banques d’évaluation est un point critique ; celles-ci opposent généralement des molécules actives à des molécules supposées inactives, faute de publication des données d’inactivité. Les molécules inactives sont néanmoins porteuses d’information. Nous avons donc créé la banque NR-DBIND composée uniquement de molécules actives et inactives expérimentalement validées et dédiées aux récepteurs nucléaires. L’exploitation de la NR-DBIND nous a permis d’étudier l’importance des molécules inactives dans l’évaluation de modèles de docking et dans la construction de modèles de pharmacophores. L’application de protocoles de criblage a permis d’élucider des modes de liaison potentiels de petites molécules sur FXR, NRP-1 et TNF⍺. / Virtual screening is widely used in early stages of drug discovery and to build toxicity prediction models. Commonly used protocols include an evaluation of the performances of different tools on benchmarking databases before applying them for prospective studies. The content of benchmarking tools is a critical point; most benchmarking databases oppose active data to putative inactive due to the scarcity of published inactive data in the literature. Nonetheless, experimentally validated inactive data also bring information. Therefore, we constructed the NR-DBIND, a database dedicated to nuclear receptors that contains solely experimentally validated active and inactive data. The importance of the integration of inactive data in docking and pharmacophore models construction was evaluated using the NR-DBIND data. Virtual screening protocols were used to resolve the potential binding mode of small molecules on FXR, NRP-1 et TNF⍺.

HARP (Heparin Affin regulatory peptide) est un facteur de croissance qui constitue avec la midkine une sous-famille des Heparin Binding Growth Factors (HBGFs). HARP est impliqué dans de nombreux processus physiologiques comme la neurogenèse et la vasculogenèse mais aussi dans des processus physiopathologiques comme l’angiogenèse et la progression tumorale. HARP interagit avec différents récepteurs (N-syndécan, RPTPβ/ζ, et ALK). Plus récemment, il a été montré au laboratoire que la nucléoline, protéine navette entre le noyau, le cytoplasme, et la surface cellulaire est un nouveau récepteur à HARP. Malgré les avancées dans ce domaine, l’interaction de HARP avec ses récepteurs n’est pas totalement élucidée. L'objectif de ce projet de thèse était la recherche de nouveaux partenaires moléculaires qui interagissent avec HARP, de comprendre le mécanisme de leurs interaction et d’analyser les effets biologiques. A ce titre, j’ai participé à l’étude de l’interaction de HARP avec le facteur de croissance des fibroblastes, le FGF-2. Ce facteur liant l’héparine est également mitogène et angiogène. En utilisant des techniques de biocapteurs optiques et d’interaction protéine-protéine, nous avons montré une interaction directe entre HARP et le FGF-2 et qui implique les domaines C-TSR-I et C-terminale de HARP. De plus, cette interaction inhibe la migration et la prolifération des cellules endothéliales, induites par le FGF-2 ou par HARP seuls. En parallèle, j’ai mis en évidence l’interaction entre HARP et la NRP-1. NRP-1 est une protéine transmembranaire, ayant comme ligands principaux, les sémaphorines de classe 3 (SEMA 3A), le facteur de croissance endothélial vasculaire (VEGF) et le FGF-2. En plus de son rôle crucial dans le développement des systèmes nerveux et cardiovasculaires, la NRP-1 est impliquée dans les processus physiopathologiques tels que l’angiogenèse et l’invasion tumorale. Ainsi, la NRP-1 présente un profil biologique similaire à HARP. En utilisant des tests d’ELISA, d’immunoprécipitation et de « pull-down », nous avons montré que HARP interagit avec la NRP-1. Cette interaction semble être directe et s’effectue via les domaines de liaison à l’héparine TSR-I. HARP induit l’internalisation de la NRP-1 au bout de 15 minutes et son recyclage partiel à la surface cellulaire au bout d’une heure. L’internalisation de la NRP-1 s’accompagne par la phosphorylation des voies MAPK (ERK1/2), Akt et FAK. L’interaction HARP/NRP-1 est cruciale pour la migration des cellules endothéliales et l’invasion des cellules tumorales. En conclusion, ces résultats apportent de nouvelles avancées concernant les partenaires moléculaires de HARP en particulier et montrent également la complexité des interactions des facteurs de croissance entre eux et avec leurs récepteurs. Plus généralement, cette étude permet d'envisager des stratégies thérapeutiques ciblant l’interaction de la NRP-1 avec HARP et aussi les autres facteurs de croissance. / HARP (Heparin Affin regulatory peptide) is a growth factor that constitutes with midkine a subfamily of Heparin Binding Growth Factors (HBGFs). HARP is involved in many physiological processes such as neurogenesis and vasculogenesis but also in pathophysiological processes such as angiogenesis and tumor progression. HARP interacts with different receptors (N-syndecan, RPTPβ / ζ and ALK). More recently, it has been shown in the laboratory that nucleolin, a protein shuttle between the nucleus, cytoplasm, and cell surface, is a new HARP receptor. Despite the advances in this field, the interaction of HARP with its receptors is not fully understood. The aim of this thesis was the search for new molecular partners that interact with HARP, to understand the mechanism of their interaction and analyze the biological effects. My work was firstly to participate to the study of the interaction of HARP with the fibroblast growth factor-2, FGF-2. This factor is also an heparin-binding factor, with mitogenic and angiogenic activities. Using techniques of optical biosensors and protein-protein interaction, we have shown a direct interaction between HARP and FGF-2 that involves C-TSR-I and C-terminus domains of HARP. In addition, HARP inhibits the migration and proliferation of endothelial cells induced by FGF-2. In parallel, I highlighted the interaction between HARP and NRP-1. NRP-1 is a transmembrane protein having as main ligands, semaphorins class 3 (SEMA 3A), the vascular endothelial growth factor (VEGF) and FGF-2. In addition to its crucial role in the development of the nervous and cardiovascular systems, the NRP-1 is involved in physiopathological processes such as angiogenesis and tumor invasion. Thus, NRP-1 has a biological profile similar to HARP. Using ELISA, immunoprecipitation and "pull-down" tests, we have shown that HARP interacts with NRP-1. This interaction appears to be direct and occurs via heparin binding domains of HARP: TSR-I. HARP induces internalization of NRP-1 after 15 minutes and partial recycling to the cell surface after one hour. The internalization of the NRP-1 is accompanied by the phosphorylation of MAPK pathways (ERK1 / 2), Akt and FAK. HARP/NRP-1 interaction is crucial for endothelial cell migration and invasion of tumor cells. In conclusion, these results provide new advances on molecular partners of HARP in particular and also show the complexity of the interactions between these growth factors and their receptors. More generally, this study allows considering therapeutic strategies targeting the interaction of NRP-1 with HARP as well as other growth factors.

La thérapie photodynamique (PDT pour Photodynamic Therapy) met en jeu des molécules nommées photosensibilisateurs (PS), de l'oxygène et de la lumière. Les PS, non cytotoxiques à l'obscurité, produisent des espèces réactives de l'oxygène (ROS) lorsqu'ils sont excités avec une longueur d'onde appropriée en présence d'oxygène. Les ROS regroupent les radicaux de l'oxygène et l'oxygène singulet (1O2), qui est la principale forme de ROS formés lors du processus de PDT. En présence de tissus vivants, l'1O2 va conduire à la mort cellulaire par apoptose ou par nécrose. Pour améliorer l'efficacité photodynamique, une des pistes étudiées par la communauté scientifique consiste à améliorer la sélectivité du traitement. Le traitement des tumeurs primaires malignes du cerveau, dont le glioblastome multiforme (GBM ou astrocytome de grade IV) est la forme la plus agressive, reste un challenge. Lorsqu'elle est possible, la chirurgie occupe une place prépondérante. L'exérèse ne concerne que la partie volumineuse centrale de la tumeur, tandis que la zone périphérique infiltrante est, quant à elle ciblée par des traitements supplémentaires. Malgré les progrès de la neurochirurgie et de la radiothérapie, l'espérance de vie à 5 ans ne dépasse pas 10%. La thérapie photodynamique se présente comme une alternative thérapeutique grâce aux améliorations apportées par le contrôle local. Pour traiter le gliobastome par PDT, une première approche a consisté à coupler un peptide, à un photosensibilisateur (la chlorine) via un bras espaceur Ahx (acide aminohexanoïque). Le peptide utilisé (ATWLPPR) est un ligand spécifique du récepteur neuropiline 1 (NRP-1). NRP-1 est lui-même un co-récepteur au récepteur du facteur vasculaire de croissance endothéliale (VEGFR) qui est surexprimé au niveau des néovaisseaux et qui favorise la néoangiogenèse au cours du développement des tumeurs solides. L'assemblage PS-Ahx-ATWLPPR a montré une stabilité peptidique in vivo et in vitro avec une bonne pharmacocinétique et une bonne biodistribution. Ses efficacités anti-tumorales et anti-vasculaires ont notamment été prouvées. Cependant, in vivo, le peptide ATWLPPR montrait une dégradation par le système réticulo-endothélial et l'assemblage présentait une affinité moindre pour NRP-1 par rapport au peptide seul. Afin de résoudre ces problèmes, une nouvelle stratégie décrite dans cette thèse a consisté à développer des nanoparticules multifonctionnelles. Ces nanoparticules sont constituées d'un coeur d'oxyde de gadolinium (Gd2O3) pour permettant un réhaussement de contraste positif en IRM, enrobé d'une couche de polysiloxane biocompatible dans laquelle est greffé le photosensibilisateur par liaison amide. La nanoparticule est ensuite fonctionnalisée en surface avec des agents chélatants (DOTA, DTPA) par l'intermédiaire de fonctions amines libres de la couche de polysiloxane. Les peptides de type ATWLPPR sont greffés sur les agents chélatants, ce qui permet un ciblage spécifique de NRP-1. De cette façon, on obtient des nanoparticules qui offrent à la fois une possibilité de ciblage actif des néovaisseaux tumoraux, de visualisation par IRM et un effet PDT. Dans l'objectif d'obtenir un effet PDT optimal, une augmentation du contraste en imagerie IRM et une sélectivité maximale pour les cellules endothéliales, un plan d'expérience a été élaboré. Chaque lot du plan d'expérience a été synthétisé en faisant varier la composition chimique du coeur, l'épaisseur de la couche de polysiloxane, le nombre de photosensibilisateurs, le type de surfactant, le nombre et le type de peptides. Une fois la synthèse et la purification de ces nanoparticules effectuées, chaque lot a été caractérisé pour vérifier la conservation des propriétés photophysiques, en particulier la formation d'oxygène singulet. Des études biologiques sur des cellules tumorales de type MDA-MB-231 et U87 ont été réalisées, pour étudier la cytototoxicité, la phototoxicité et le réhaussement de contraste IRM de ces nanoparticules / Photodynamic therapy (PDT) involves molecules called photosensitizers (PS), molecular oxygen and light. PS are non-cytotoxic in the dark but produce reactive oxygen species (ROS) when they are excited with light of an appropriate wavelength in the presence of oxygen. ROS include oxygen radicals and singlet oxygen (1O2), which is the main form of ROS formed during PDT processes. In the presence of living tissue, 1O2 leads to cell death by apoptosis or necrosis. To improve photodynamic efficiency, a strategy developed by scientists consists in improving the selectivity of the treatment. The treatment of primary malignant brain tumors, including glioblastoma multiforme (GBM or astrocytoma level IV) which is the most aggressive form, remains a challenge. When it is possible, surgery is performed by removing the central volume of the tumor, while infiltrating peripheral zone is treated by additional treatments. Despite advances in neurosurgery and radiotherapy, the life expectancy at 5 years after the tumor detection does not exceed 10 %. PDT appears as an alternative treatment. In preliminary study a photosensitizer (chlorin) coupled to a peptide (ATWLPPR) through an Ahx linker (aminohexanoic acid) has been designed. The peptide is a specific ligand of neuropilin-1 receptor (NRP-1). NRP-1 is a co-receptor of vascular endothelial growth factor receptor (VEGFR) overexpressed in neovessels and which promotes the formation of new vessels during the development of solid tumors. This targeted photosensitizer presented a peptidic stability in vivo and in vitro with good pharmacokinetic and biodistribution. Its anti-tumor and anti-vascular efficiencies have been proven. However, the ATWLPPR peptide showed degradation in the reticuloendothelial system (RES) and a reduced affinity for NRP-1 compared with peptide alone. To solve these problems, a new strategy using multifunctional nanoparticles has been developed in this thesis. The nanoparticles consist of a core of gadolinium oxide (Gd2O3) for MRI contrast, coated with a layer of biocompatible polysiloxane wherein the photosensitizer is covalenty grafted. The nanoparticle surface is functionalized by chelating agents (DOTA, DTPA) via free amine functions of the polysiloxane layer. ATWLPPR peptides are grafted on chelating agents, which allows specific targeting of NRP-1. Nanoparticles allow a MRI visualization, a PDT effect and an active targeting of the tumor neovasculature. With the aim to obtain an optimal PDT effect, an enhancement of contrast in MRI imaging and a high selectivity for endothelial cells, an experimental design has been developed. Each batch of the experimental design was synthesized with various chemical compositions of the core, the size of the polysiloxane layer, the number of photosensitizers, the number and the type of peptides and the type of surfactant. Once the synthesis and purification of these nanoparticles done, each batch was characterized to ensure the conservation of the photophysical properties, in particular the formation of the singlet oxygen. Biological studies on tumor cell type MDA- MB-231 and U87 were carried out, especially their cytototoxicity and phototoxicity