Les homéoprotéines sont des facteurs de transcription importants au cours du développement des organismes vivants, capables notamment de voyager de cellule en cellule. Ces protéines comportent une longue extrémité N-terminale désordonnée, suivie de trois hélices α séparées par une boucle et un tour. Des études de relations structure-activité ont montré que des domaines cationiques (riches en K et R) particuliers dans ces protéines sont responsables de ces propriétés de transfert cellulaire leur permettant d’être secrétées et internalisées dans les cellules. Ces processus impliquent que ces protéines hydrophiles soient capables de franchir la membrane plasmique composée d'un coeur hydrophobe. La membrane plasmique est en effet composée d’une bicouche lipidique, dans laquelle sont insérées de nombreuses protéines, telles que les protéoglycanes portant des ramifications de glycosaminoglycanes (GAG), polysaccharides anioniques. Dans le but de comprendre au niveau moléculaire le processus d'entrée des homéoprotéines dans des cellules eucaryotes, différentes constructions protéiques ont été produites et étudiées : le peptide pénétrant les cellules correspondant à l'hélice 3 (H3), la séquence correspondant à l'homéodomaine (HD), l'homéodomaine étendu d'une séquence putative de liaison aux GAG (NLS-HD) et la protéine entière (En2). La quantification absolue de l’entrée de ces constructions dans des cellules CHO-K1 par spectrométrie de masse a mis en évidence une efficacité d'entrée meilleure pour H3 > NLS-HD > HD, ainsi que l’importance des GAG de surface dans le processus et plus particulièrement celui des héparanes sulfates (HS). Des expériences complémentaires d’ITC, de dichroïsme circulaire et de RMN ont permis d'identifier deux sites d’interaction avec l’héparine (un site principal de haute affinité et un site secondaire de plus basse affinité), interagissant principalement avec le polysaccharide par interactions électrostatiques. In fine, ces études conduisent à une meilleure compréhension moléculaire du processus d'internalisation des homéoprotéines dans des cellules eucaryotes. / Homeoproteins are important transcription factors during the development of living organisms, and are able to travel from cell to cell. These proteins contain a long N-terminal extremity structurally disordered, followed by three α helices separated by a U-turn. Structure-activity relation studies have shown that in these proteins, some cationic domains (rich in K and R) confer them the cellular transfer properties, allowing them to be secreted by and internalized into cells. These processes imply that the hydrophilic proteins are able to cross plasma membrane. Indeed, the plasma membrane possess a hydrophobic heart and is composed by a lipidic bilayer, in which numerous proteins are inserted, such as proteoglycans carrying glycosaminoglycan (GAG) ramifications, that belong to anionic polysaccharids. In order to understand the entry process of homeoproteins into eukaryotic cells at a molecular level, different proteic constructions have been produced and studied: the cell penetrating peptide corresponding to the third α helix (H3), the sequence corresponding to its homeodomain (HD), the homeodomain with an added putative GAG-binding domain (NLS-HD), and the wild-type protein Engrailed 2 (En2). The absolute mass spectrometry quantification of the peptide and proteins in cells shows a range of internalization efficiency as follows: H3 > NLS - HD > HD. It also highlights the importance of cell-surface GAGs in the internalization and more particularly that of heparan sulfates (HS). Complementary experiments of ITC, circular dichroism and NMR have shown two interaction sites for the heparin (one principal site of high affinity and a secondary site showing a lower affinity) both interacting mainly with polysaccharidic residues using electrostatic interactions. In fine, these studies lead to a better molecular understanding of homeoproteins internalization process in eukaryotic cells.

Dans les thérapies anticancéreuses, les traitements anti-angiogéniques agissant sur l’axe VEGF/VEGFR ont une place importante en clinique. Dans ce contexte, nous avons conçu et évalué l’activité de nouveaux inhibiteurs de l’interaction VEGF/VEGFR. Une première approche a été la conception de molécules antagonistes du VEGFR1. Différents analogues hétérocycliques dérivant d’un composé de type (3-carboxy-2-ureido) thiophène ont été synthétisés. Des réactivités chimiques intéressantes ont été mises en évidence, mais l’activité biochimique de ces molécules ne s’est pas révélée concluante. Une seconde approche reposant sur la conception de peptides ciblant le VEGF a alors été initiée. A partir d’un peptide cyclique connu de 19 résidus ayant une affinité submicromolaire pour le VEGF, de nouveaux peptides et peptidomimétiques ont été développés.L’objectif a été de concevoir des composés de structures chimiques potentiellement plus simples et plus stables en milieu biologique, tout en optimisant l’affinité pour le VEGF. L’interaction de ces peptides avec le VEGF a été étudiée in vitro par ELISA et ITC, ainsi que par cristallographie pour le composé le plus affin. En parallèle, nous avons étudié l’effet du cuivre et d’autres métaux divalents sur l’interaction VEGF/VEGFR1. Au travers d’expériences réalisées au laboratoire ainsi qu’en collaboration, nous avons montré que certains métaux étaient capables non seulement d’inhiber l’interaction VEGF/VEGFR1 mais également d’induire une dimérisation non classique du domaine 2du récepteur. Sachant que les métaux, et en particulier le cuivre, sont connus pour jouer un rôle important dans l’angiogenèse, cette découverte apporte de nouveaux éléments de réponse sur leur mécanisme d’action. Ce travail de thèse s’inscrit donc non seulement dans une démarche de développement de nouveaux composés anti-angiogéniques mais également de compréhension du mécanisme de régulation de l’angiogenèse. / Inhibiting angiogenesis is an effective strategy of targeting therapy against cancer. In thiscontext, we develop an antiangiogenic strategy consisting in the design and evaluation of compoundsblocking the VEGF/VEGFR interaction. The first approach was the conception of antagonists of theVEGFR1. Starting from a (3-carboxy-2-ureido) thiophene hit, a variety of heterocyclic analogs wasdeveloped. Interesting chemical observations were made during the synthesis, but no optimization ofthe biochemical activity was achieved. The second approach was the design of peptides that bind tothe receptor-recognition surface of the VEGF. Starting from a cyclic peptide known to bind to theVEGF with a sub-micromolar affinity, new peptides and peptidomimetics were developed. Thestrategy was to design simplified and potentially more stable compounds, and to improve at thesame time the VEGF affinity. The interaction of VEGF with these ligands was studied in vitro by ELISAand ITC experiments, as well as X-ray diffraction for the best compound. Moreover, the investigationof the effects of copper and other divalent metals on the VEGF/VEGFR1 interaction was undertaken.Experiments realized in the laboratory and in collaboration showed that metals were able to displacethe VEGF/VEGFR1 interaction and to induce the dimerisation of the domain 2 of the receptor. Metalsare well known to play an important role in angiogenic phenomena, but their specific targets are stilla matter of debate. In this context, this discovery brings new response elements regarding theirmechanisms of action. Therefore, the objectives of this PhD thesis were the development of newantiangiogenic compounds, as well as the understanding of some aspects of the regulation of angiogenesis.

La tuberculose est une maladie infectieuse extrêmement contagieuse qui dans sa forme simple peut être soignée et guérie. Cependant, des formes multirésistantes aux traitements classiques ont récemment fait leur apparition et le développement de nouvelles molécules constitue donc un enjeu majeur de santé publique. Le 3,3-diméthyl-1,2-dihydro-3H-benzofuro[3,2-f][1]benzopyrane est un produit possédant une activité antituberculeuse marquée, y compris sur des lignées résistantes. L’objectif des travaux réalisés ici est la recherche de composés de puissance accrue et l’élucidation du mécanisme d’action de cette série. Dans une première partie, des modifications structurales portant sur le cycle A sont présentées. Les résultats des tests biologiques ont permis de sélectionner des composés qui possèdent un index de sélectivité favorable entre l’activité antituberculeuse et la toxicité. Un composé de structure linéaire a également montré un profil d’activité intéressant. Les études de mécanisme d’action ont mis en évidence que les composés synthétisés affectent les synthèses des époxy-mycolates ainsi que celle des α-mycolates de la paroi cellulaire. Dans une deuxième partie l’influence des groupements en position 3 du 3,3-diméthyl-1,2-dihydro-3H-benzofuro[3,2-f][1]benzopyrane a été étudiée. Des composés possédants des chaines de longueur croissante en cette position ont été synthétisés. L’activité antituberculeuse des premiers produits obtenus, a été mesurée et a montré une importante influence du type de chaine introduit sur l’activité biologique. Les études présentées dans ce travail ont donc permis d’une part de préciser la cible cellulaire de ces molécules et d’autre part de sélectionner des composés peu cytotoxiques. / Tuberculosis is a highly contagious infectious disease which can be treated and cured in its simple form. However, multidrug resistant forms towards classic treatments have recently appeared and the development of new drugs is a major challenge for public health. The 3,3-dimethyl-1,2-dihydro-3H-benzofuro[3,2-f][1]benzopyran have a significant anti-TB activity, including resistant lines. The goal of this work is the research of more active compounds and the elucidation of the mechanism of action of this series. In a first part, modifications are introduced on A ring. The results of biological tests were permitted to select compounds that have a favorable selectivity index between tuberculosis activity and toxicity. A linear compound has also showed an interesting activity. Studies on mycolates biosynthesis revealed that the synthesized compounds affect the synthesis of epoxy-mycolates and α-mycolates of the cell wall. In the second part of this work the influence of groups introduced at position 3 of 3,3-dimethyl-1 ,2-dihydro-3H-benzofuro[3,2-f][1]benzopyran was studied. Compounds possessing different length chains at this position have been synthesized. Anti-TB activity of the first products obtained was measured and showed a significant influence of the type of chain introduced. The studies presented in this work permitted to define the cellular target of these compounds and on the other hand to select the compounds with lowest cytotoxicity.

Les protéines à domaines PDZ sont impliquées dans des interactions protéine-protéine (IPP) et participent aux transports de signaux impliqués dans de nombreuses pathologies (cancer, mucoviscidose, douleur,…). L’interruption de l’interaction entre la protéine à domaine PDZ, PSD-95, et le récepteur de la sérotonine, 5-HT2A, réduit l’hyperalgie mécanique sur un modèle expérimental de douleur neuropathique chez les rats. Afin de concevoir de nouveaux inhibiteurs de cette interaction, antalgiques potentiels, trois stratégies ont été développées au cours de ces travaux. Une première stratégie a consisté à réaliser une étude de relation structure-activité à partir d’un inhibiteur connu, qui nous a permis d’identifier des groupements pharmacophores et ainsi obtenir une nouvelle molécule possédant un noyau indolique, capable d’inhiber l’interaction entre PSD-95 et 5-HT2A et possédant un effet anti-hyperalgique chez le rat neuropathique. La deuxième stratégie a consisté à valider la méthode du fragment-based drug design aux protéines à domaines PDZ en réalisant la déconstruction d’un inhibiteur connu de l’interaction en plusieurs fragments qui ont été criblés par RMN HSQC 1H-15N. Une évaluation systématique par RMN de chaque couple de fragments, suivie d’une étude de modélisation moléculaire a ensuite permis de mettre en évidence trois nouvelles molécules qui ont été synthétisées et évaluées par RMN HSQC 1H-15N. La troisième stratégie a été une approche peptidomimétique à partir de l’extrémité C-terminale de 5-HT2A, qui a conduit à la synthèse d’un peptoïde capable d’interagir avec la protéine à domaine PDZ. Ces études nous permettent d’envisager le développement de nouveaux antalgiques soit issus de la synthèse organique soit issus de mimes de peptides. / PDZ domains proteins are involved in protein-protein interaction (PPI) and participate in the transport of signals involved in numerous diseases (cancer, cystic fibrosis, pain, …). The disruption the interaction between the PDZ domains protein, PSD-95, and the serotonin receptor, 5-HT2A, reduces mechanical hyperalgesia in a rodent model of neuropathic pain in rats. To design new inhibitors as potential analgesics of this interaction, three strategies have been developed in this work. A first strategy was to conduct a study of structure-activity relationship from a known inhibitor, which allowed us to identify the pharmacophore groups and obtain a new molecule with an indole ring, capable of inhibiting the interaction between PSD-95 and 5-HT2A and possessing an anti-hyperalgesic effect on neuropathic rats. The second strategy was to validate the method of fragment-based drug design with PDZ domains proteins by deconstruction of a known inhibitor of the interaction in several fragments which were screened by NMR HSQC 1H-15N. Systematic evaluation by NMR of each pair of fragments, followed by molecular modeling study was then used to highlight three new molecules that were synthesized, and evaluated by NMR HSQC 1H-15N. The third strategy was a peptidomimetic approach from the C-terminal of 5-HT2A receptors, which led to the synthesis of a peptoid able to interact with the PDZ domain protein. These studies allow us to consider the development of new analgesics either from organic synthesis or from peptide mimetics.

Depuis l'émergence du concept de cellules souches cancéreuses (CSC), de telles cellules ont été isolées à partir de diverses tumeurs solides, dont les glioblastomes. Les CSC et les propriétés qui les caractérisent permettent de mieux comprendre l'hétérogénéité tumorale, ainsi que l'agressivité de certaines tumeurs et les récidives après traitement. Avec la mise en évidence des CSC, un nouveau paradigme est apparu dans le domaine de la thérapie anticancéreuse visant à cibler non seulement les cellules de la masse tumorale, mais également les CSC, plus résistantes aux chimio- et radiothérapies, mais aussi capables d'entrer en quiescence et de reformer la tumeur d'origine. L'isolement de CSC à partir des tumeurs, leur physiopathologie et la recherche de molécules capables de les détruire ou de les différencier afin de les rendre plus sensibles aux traitements mobilisent un nombre croissant d'équipes de recherche et certaines industries pharmaceutiques. Cette thèse présente un travail sur des CSC isolées de glioblastomes humains et s'inscrit dans la démarche énoncée ci-dessus.

Depuis l’émergence du concept de cellules souches cancéreuses (CSC), de telles cellules ont été isolées à partir de diverses tumeurs solides, dont les glioblastomes. Les CSC et les propriétés qui les caractérisent permettent de mieux comprendre l’hétérogénéité tumorale, ainsi que l’agressivité de certaines tumeurs et les récidives après traitement. Avec la mise en évidence des CSC, un nouveau paradigme est apparu dans le domaine de la thérapie anticancéreuse visant à cibler non seulement les cellules de la masse tumorale, mais également les CSC, plus résistantes aux chimio- et radiothérapies, mais aussi capables d’entrer en quiescence et de reformer la tumeur d’origine. L’isolement de CSC à partir des tumeurs, leur physiopathologie et la recherche de molécules capables de les détruire ou de les différencier afin de les rendre plus sensibles aux traitements mobilisent un nombre croissant d’équipes de recherche et certaines industries pharmaceutiques. Cette thèse présente un travail sur des CSC isolées de glioblastomes humains et s’inscrit dans la démarche énoncée ci-dessus. / Since the emergence of the concept of cancer stem cells (CSC), such cells were isolated from various solid tumors including glioblastomas. The CSC and the properties that characterize them allow a better understanding of tumor heterogeneity and aggressiveness of certain tumors and recurrences after treatment. With the highlighting of CSC, a new paradigm has emerged in the field of cancer therapy. New strategies aim at targeting not only the cells of the tumor mass, but also the CSC, more resistant to chemo- and radiotherapy, but also capable of enter into a quiescent state and to reform the original tumor. The isolation of CSC from solid tumors, their pathogenesis and the search for molecules capable of triggering their death or differentiate them to make them more sensitive to treatment, mobilize a growing number of research teams and some pharmaceutical industries.This thesis presents a work on CSC isolated from human glioblastomas and is framed inside the approach set out above.