Le mélanome est la forme la plus rare et la plus grave des cancers de la peau. Il présente un fort pouvoir métastatique et à l'heure d'aujourd’hui, il n'y a pas de traitement efficace contre le mélanome disséminé. Le travail présenté dans ce mémoire s'inscrit dans la continuité d'une stratégie de d'adressage spécifique de pro-drogues vers le mélanome initiée au sein de notre laboratoire. Notre concept repose sur la conjugaison d'ICF01012, vecteur à fort tropisme pour les mélanines, avec un principe actif modèle (IUdR) sous forme de pro-drogues à espaceurs clivables de type disulfure d'éthyle carbonate ou pnitrobenzylcarbonate pour une double spécificité (i.e. distribution tumorale et libération spécifique de la tumeur). Un premier travail de fonctionnalisation d'ICF01012 a abouti à la synthèse de sept nouveaux vecteurs qui ont été radio-marqués à l'iode 125 afin d'évaluer leur comportement in vivo chez des souris C57Bl/6J porteuses de mélanome B16F0 par scintigraphie plane gamma et biodistribution ex vivo. Le vecteur radio-iodé présentant le profil pharmacocinétique le plus favorable (fixation tumorale forte, spécifique et durable) a été ensuite sélectionné en vue d'une première validation de notre concept de prodrogues vectorisées. Les entités "IUdR-espaceurs clivables" et leurs analogues non clivables à base d'espaceurs de type mercaptoéthylcarbonate ou benzylcarbonate ont également été synthétisés. L'étude de leur comportement au contact de 2S,3S-dithiothreitol et d'hydrosulfite de sodium (mimant l'action du glutathion et de conditions hypoxiques, respectivement) a montré que la libération de l'IUdR est quasitotale et qu'elle est bien induite par la présence du pont disulfure et du groupement nitré. Sur la base de ces résultats, deux pro-drogues ainsi que leurs analogues non clivables ont été synthétisés par association de la partie vectrice avec l'IUdR et les espaceurs clivables ou non clivables. Les études de biodistribution in vivo de l'IUdR et de la pro-drogue à espaceur disulfure radio-marquées à l'iode 125 ont démontré une absence de vectorisation, imputable à une métabolisation très rapide de la pro-drogue par la suite d'un clivage extrêmement rapide de l'espaceur disulfure in vivo provoquant la libération instantanée de l'IUdR dès les premières minutes qui suivent l'injection de la pro-drogue. Néanmoins, des voies de synthèse et des méthodes de suivi de clivages chimiques transposables ont été mises au point et peuvent être utilisées dans les futures études s'inscrivant dans le cadre d'une chimiothérapie vectorisée du mélanome. / Melanoma is the rarest and the most serious form of skin cancer. It has a high metastatic potential and in today's time, there is no effective treatment against disseminated melanoma. The present work is a continuation of a melanoma targeted prodrug therapy approach initiated in our laboratory. Our concept is based on the combination of ICF01012, vector that displays a high tropism for melanin, with IUdR, a drug model, as cleavable prodrugs containing a disulfide ethyl carbonate or a pnitrobenzylcarbonatespacer type for a dual specificity (i.e. tumoral distribution and specific delivery to the tumor). Functionalization of ICF01012 led to the synthesis of seven new vectors that were 125Iradiolabeled in order to evaluate their behavior in vivo (planar gamma scintigraphy and ex vivo biodistribution) in B16F0 melanoma-bearing mice. The radioiodinated vector having the most favorable pharmacokinetic profile (high, specific and long lasting tumoural uptake) was then selected for a first validation of our targeted prodrugs concept. Entities "IUdR-cleavable spacers" and their analogs with noncleavable spacers (mercaptoéthylcarbonate or benzylcarbonate kind) were also synthesized. The study of their behavior in contact with 2S,3S-dithiothreitol and sodium hydrosulfite (mimicking glutathione and hypoxic conditions actions, respectively) showed that the release of IUdR is almost complete and it is induced by the presence of the disulfide bridge and the nitro group. Based on these results, two prodrugs and their non-cleavable analogs were synthesized by combining the vector part with IUdR and cleavable or non-cleavable spacers. The in vivo biodistribution studies of 125I-radiolabeled IUdR and disulfide spacer based-prodrug showed no vectorization due to a very rapid metabolism of the prodrug following extremely rapid cleavage of the disulfide spacer in vivo causing instantaneous IUdR release in the firstminutes after prodrug injection. However, transposable synthetic routes and cleavage studies have been developed and can be used in future studies within the framework of melanoma targeted prodrug therapy

La tuberculose est l'une des maladies infectieuses les plus meurtrières au monde. Malgré l'existence d'un traitement polychimiothérapeutique efficace, le nombre de cas de tuberculose incurable augmente sensiblement en raison de l'apparition de souches de Mycobacterium tuberculosis résistantes aux traitements de 1ère, 2ème et 3ème intentions actuellement disponibles. Parmi les antibiotiques spécifiques de la tuberculose, nous nous intéressons plus particulièrement, dans le cadre de cette thèse, aux pro-drogues isoniazide et éthionamide. Ces deux médicaments ciblent l'enzyme InhA du Mycobacterium tuberculosis, qui est impliquée dans la synthèse de la paroi bactérienne. Les principales résistances de Mycobacterium tuberculosis à ces pro-drogues résident en un défaut des enzymes responsables de l'activation de ces médicaments à l'intérieur du pathogène. Le but de cette thèse est, dans un premier temps, d'étudier différentes approches originales visant à contourner ces résistances. La première stratégie consiste à concevoir des pro-drogues hybrides d'isoniazide et d'éthionamide qui pourraient être activées indifféremment par KatG et EthA. KatG est la catalase-peroxydase responsable de l'activation de l'isoniazide, et EthA la mono-oxygénase à flavine qui active l'éthionamide. Les chances de bio-activation de ces nouvelles molécules seraient donc supérieures même si l'une des deux enzymes est mutée. La deuxième stratégie examinée consiste à synthétiser des molécules capables d'être activées par l'enzyme KatG mutée qui reste fonctionnelle. Nous avons alors préparé des molécules analogues de l'isoniazide qui pourraient être éventuellement reconnues et activées par une KatG mutée montrant une modification du potentiel d'oxydation ou de la structure protéique. La dernière stratégie étudiée consiste à synthétiser des molécules qui ne nécessitent pas d'être activées par une enzyme pour exercer leur action mais simplement par des agents oxydants endogènes. En se basant sur une molécule décrite dans la littérature par nos collaborateurs brésiliens, le complexe d'isoniazide-fer(II) ((isoniazide)pentacyanoferrate(II) de sodium), nous avons synthétisé différents analogues de ce complexe en faisant varier le ligand et avons évalué par RPE leur capacité à générer des radicaux. Cette étude de relation structure-réactivité a permis de mieux comprendre le mécanisme d'activation de ces complexes en présence de H2O2. La deuxième partie de cette thèse est consacrée au mécanisme d'activation des pro-drogues isoniazide et éthionamide. Même si ces molécules sont utilisées depuis plus de 50 ans dans le traitement de la tuberculose, leur mécanisme d'activation d'un point de vue chimique est très mal décrit. Dans la mycobactérie, ces pro-drogues, une fois activées, forment un adduit avec le cofacteur NAD(H) donnant ainsi l'inhibiteur ultime de l'enzyme InhA. Dans le cas de l'isoniazide, nous avons utilisé le système biomimétique mis en place dans l'équipe pour étudier son mécanisme d'activation d'un point de vue moléculaire. Dans le cas de l'éthionamide, nous avons développé un système chimique biomimétique qui, pour la première fois, a conduit à la formation de l'adduit éthionamide-NAD+ in vitro. Grâce au succès de cette approche et à la caractérisation des intermédiaires et métabolites formés, nous avons pu proposer un mécanisme d'oxydation moléculaire de l'éthionamide entièrement original, s'affranchissant de l'intermédiaire clé acide sulfinique évoqué jusque-là dans la littérature sans aucune preuve expérimentale. / Tuberculosis is one of the leading causes of death in the world among infectious diseases. Despite the existence of efficient multidrug treatment, the number of incurable cases of tuberculosis substantially increases due to the emergence of Mycobacterium tuberculosis strains resistant to available 1st-, 2nd- and 3rd-lines-treatments. Among the specific drugs currently employed to treat tuberculosis, we particularly focus on pro-drugs (isoniazid and ethionamide) for which resistances mainly result in a default of their activation enzymes inside the pathogen. The aim of this thesis is, firstly, to study various innovative approaches to overcome the resistance. The first strategy consists in designing hybrid pro-drugs, by combination of isoniazid and ethionamide moieties, which could be activated by two different enzymes, KatG and EthA. KatG is the mycobacterial catalase peroxidase enzyme which activates isoniazid, and EthA the flavin monooxygenase responsible of ethionamide activation. Probability of bio-activation of these new molecules would therefore be higher even if one of the two enzymes is mutated. The second strategy discussed herein is the synthesis of molecules able to be activated by mutated KatG enzyme, which remains functional. We synthesized isoniazid derivatives, which might be recognized and activated by a mutated KatG enzyme showing a modification of its oxidation potential or in the protein structure. The last strategy is founded on the development of molecules that do not need to be activated by an enzyme but by a simple chemical oxidation. Based on a molecule described in the literature by our brazilian collaborators, an isoniazid-iron (II) complex (sodium (isoniazid)pentacyanoferrate(II)), we synthesized various analogues of this complex by varying the ligand structure and evaluated by ESR their ability to generate radicals in the presence of H2O2. The structure-reactivity relationship analysis led to better understanding of the molecular activation mechanism of these complexes in the presence of H2O2. The second part of this thesis is dedicated to the activation mechanisms of pro-drugs isoniazid and ethionamide. Even though these molecules have been used for more than 50 years for the treatment of tuberculosis, their activation mechanism on a molecular point of view is poorly described. In the mycobacterium, once activated these pro-drugs form an adduct with the NAD(H) cofactor, leading to the active metabolite. For isoniazid, we used the biomimetic system developed previously by our team to clarify the molecular activation mechanism. For ethionamide, we have developed a biomimetic system which, for the first time, leads to the formation of the ethionamide-NAD+ adduct in vitro. We used this method to study the molecular oxidation mechanism of ethionamide and to characterize intermediates and metabolites. We finally proposed a completely original mechanism, not involving the sulfinic acid intermediate, which has been mentioned in the literature without any experimental evidence.