Le sujet de cette thèse porte sur la synthèse d'inhibiteurs spécifique de la Sérine-Thréonine phosphatase I (PP1). Un criblage de la chimiothèque de l'institut Curie, réalisé par l'équipe du Dr. Popov a permis d'identifier une 3-aryl-1(2H)isoquinolone, qui perturbe la dynamique des microtubules et qui s’est ensuite avéré être un inhibiteur sélectif de PP1. Dans une première partie, nous avons mis au point une nouvelle méthodologie de synthèse de ces composés hétérocycliques par une réaction tandem d’aminocarbonylation-cyclisation pallado catalysée. L’étude d’une seconde voie de synthèse de ces composés a été étudié par réaction d'arylation direct d'une 1(2H)isoquinolone. Dans le but de trouver d’autres hit, ligand de cette phosphatase, nous avons tenté de développer un test de triple hybride chimique, en collaboration avec la société Hybrigenics. Ce test est basé sur l’interaction de notre inhibiteur hit avec la phosphatase PP1. Pour cela, nous avons synthétisé une sonde à partir de la molécule hit initiale. La deuxième partie a trait à un développement de chimie médicinal pour optimiser le hit initial. Des dérivés de très bonne sélectivité pour l’enzyme cible ont été préparés. / This PhD thesis deals with the synthesis of serine threonine phosphatase I (PPI) inhibitors. This project started with the screening of the Institut Curie’s Library carried out by Dr. Popov team. They identified a 3-aryl-1(2H)isoquinolone (hit molecule) which strongly disturbs the microtubules dynamics. In the first part, we designed an original methodology to prepare those heterocycles, though a tandem palladium catalyzed aminocarbonylation/cyclization reaction. Then, we studied the direct arylation reaction to obtain the desired scaffold. In collaboration with Hybrigenics, we synthesize a probe for a triple hybrid system, based on the specific interaction of the hit molecule with its target PPI. Thanks to this system, one could identify new inhibitors of the targeted phosphatase protein. Eventually, a library of isoquinolones derivatives was synthesized. During the invitro tests, some of those molecules proved to be very specific for the serine threonine phosphatase I.

Toxoplasma gondii, le protozoaire intracellulaire obligatoire responsable de la toxoplasmose, fait partie du phylum des Apicomplexa. Comme les autres membres de ce phylum, il a développé des propriétés mobiles particulières qui lui permettent de se déplacer et d'envahir très rapidement la cellule dans laquelle il se multiplie. Ces processus de locomotion et d'invasion sont dépendants du cytosquelette d'actine du parasite. Une protéine, la toxofiline, identifiée uniquement chez T. gondii, a été caractérisée au laboratoire comme étant capable de réguler la dynamique du cytosquelette d'actine. Plus précisément, la toxofiline séquestre l'actine monomérique, empêchant ainsi sa polymérisation. L'affinité de la toxofiline pour l'actine est modulée par phosphorylation/déphosphorylation par une caséine kinase 2 et une sérine-thréonine phosphatase de type 2C (TgPP2C). Mon projet de thèse a porté sur l'étude du rôle de la TgPP2C dans l'interaction entre T. gondii et sa cellule hôte. Le premier objectif de mon travail a été de disséquer les interactions moléculaires entre les trois membres du complexe actine G - toxofiline - TgPP2C. J'ai ainsi identifié, par différentes approches biochimiques, les régions et les acides aminés de la toxofiline, critiques pour sa liaison avec ses deux partenaires. Tout d'abord, la toxofiline possède un domaine suffisant pour lier et séquestrer l'actine G dans des tests de polymérisation. Ce domaine, qui a été appelé CC1A, correspond à une région de 9 kDa comprenant un domaine en super hélice. Trois séries de peptides chevauchants, présents dans CC1A, capables de lier l'actine G, ont été plus précisément détectés. Nous avons également identifié d'autres régions de la toxofiline ayant des propriétés de liaison différentes à l'actine, en particulier dans le domaine N-terminal (NoCC). Le premier domaine en super hélice, et en position C-terminale de CC1A, lie la TgPP2C. Une autre séquence de plusieurs acides aminés, dans la région N-terminale et contenant la sérine 53, substrat de la TgPP2C, interagit avec la phosphatase. Le deuxième objectif de mon projet de thèse a porté sur l'analyse des propriétés fonctionnelles de la TgPP2C dans le tachyzoïte. Par une stratégie de surexpression dans les parasites, nous avons tout d'abord montré que la TgPP2C jouait un rôle dans la multiplication du parasite. En effet, des tachyzoïtes qui surexpriment la forme active de la TgPP2C ne se divisent pas normalement dans la vacuole parasitophore et finissent par dégénérer. On observe des parasites anormaux avec un noyau géant, qui suggère un défaut dans la division nucléaire ou l'individualisation des cellules filles. Nous avons également mis en évidence que la TgPP2C est sécrétée par le parasite dans le cytoplasme et le noyau de sa cellule hôte. Cette sécrétion est dépendante du domaine N-terminal unique de 18 acides aminés de cette phosphatase. Enfin, le troisième objectif de mon travail a consisté à étudier le rôle de la TgPP2C dans la cellule infectée. Par une approche d'expression ectopique de la phosphatase dans des cellules de mammifère, nous avons mis en évidence que la TgPP2C agissait au niveau du cycle de ces cellules. En effet, les cellules qui expriment la phosphatase parasitaire sont bloquées en phase G2/M. Certaines cellules en division n'achèvent pas la cytocinèse et restent reliées par un long pont cytoplasmique contenant de l'ADN et la TgPP2C. A un temps plus tardif, elles présentent les signes caractéristiques d'une apoptose. D'autre part, nous avons réalisé un crible double hybride en levure afin d'identifier les partenaires hôtes de la TgPP2C. Plusieurs protéines candidates on ainsi été obtenues, dont la protéine Spire qui possède des propriétés de nucléation de l'actine in vitro et dont nous avons confirmé l'interaction avec la TgPP2C. La poursuite de cette étude permettra de caractériser l'effet de la TgPP2C sur Spire, et le rôle de cette dernière dans le développement des tachyzoïtes.

La cohésion des chromatides sœurs est assurée par un complexe protéique en forme d’anneau assurant leur capture topologique. Ce complexe est constitué par des protéines conservées de la levure à l’Homme regroupées sous le terme « cohésine » : Smc1, Smc3 et la phosphoprotéine Scc1 fermant l’anneau (respectivement Psm1, Psm3 et Rad21 chez Schizosaccharomyces pombe). Les protéines régulatrices Rad61-Wapl, Pds5 et Scc3 (Wpl1,Pds5 et Psc3 respectivement chez S. pombe) interagissent avec l’anneau via Scc1. Il a été proposé que la capture de l’ADN par les cohésines nécessite l’ouverture transitoire de l’interface Smc1/Smc3. La réaction de dissociation fait quant à elle intervenir le sous-complexe Wapl/Pds5/Scc3 entraînant vraisemblablement l’ouverture de l’interface Scc1/Smc3. Le mécanisme par lequel la cohésion est créée et celui par lequel Wapl promeut la dissociation des cohésines des chromosomes, sont encore inconnus. Parmi les mutants de cohésion chez Saccharomyces cerevisiae, la mutation thermosensible eco1-1 affecte le gène ECO1 codant une acétyl-transférase, essentielle à la viabilité cellulaire, conservée de la levure à l’Homme (Eco1 « Establishment of Cohesion » chez S. cerevisiae, Eso1 chez S.pombe, ESCO1-2 chez l’Homme) et ayant Smc3 pour substrat. Il a été montré que l’acétyl-transférase s’oppose à l’action de dissociation de Wapl. C’est un crible génétique réalisé par plusieurs équipes, visant à trouver des mutants suppresseurs d’eco1-1, qui a permis d’identifier les gènes codant les protéines Wapl, Pds5, Scc3 et Smc3 comme composants du mécanisme d’ouverture de l’anneau de cohésine. Un crible similaire a été réalisé chez S.pombe dans notre laboratoire, dans le but de trouver des suppresseurs de la mutation thermosensible eso1-H17. Ce crible a identifié les gènes orthologues à ceux trouvés chez la levure : wpl1, pds5, psc3 et psm3 mais aussi le gène codant la sous-unité catalytique du complexe sérine/thréonine phosphatase de type IV (PP4), noté pp4c. Nous avons alors mis en œuvre des expériences pour caractériser PP4c ainsi que sa sous-unité régulatrice Psy2 qui s’est révélée être également impliquée dans la cohésion des chromatides soeurs. Nous avons également identifié la protéine Rad21 comme substrat du complexe PP4, puis identifié les phosphosites potentiellement cibles de PP4, pour ensuite cribler et analyser des phosphomutants de Rad21 récapitulant l’effet suppresseur de la délétion de PP4. / Sister-chromatid cohesion is ensured by a ring shape protein complex which is in charge of their topological embrace. This complex consists of proteins which are conserved from yeast to human and grouped under the term “cohesin”: Smc1, Smc3 and the phosphoprotein Scc1 which closes the ring (respectively Psm1, Psm3 and Rad21 in Schizosaccharomyces pombe). The regulatory proteins Rad61-Wapl, Pds5 and Scc3 (Wpl1,Pds5 and Psc3 respectively in S. pombe) interact with the ring via Scc1. It has been suggested that DNA capture by the cohesin complex involves the transient opening of the Smc1/Smc3 interface. The dissociation reaction involves the sub-complex Wapl/Pds5/Scc3 which likely causes the opening of the Scc1/Smc3 interface. The mechanisms by which cohesion is created and by which Wapl promotes the cohesin dissociation from chromosomes are still unknown. Among the cohesion mutants in Saccharomyces cerevisiae the thermosensitive eco1-1 mutation affects the ECO1 gene encoding an acetyl-transferase essential for cell viability and conserved from yeast to human (Eco1 « Establishment of Cohesion » in S.cerevisiae, Eso1 in S. pombe and ESCO1-2 in human) and whose substrate is Smc3. It has been shown that the acetyl-transferase counteracts the dissociation action of Wapl. A genetic screen carried out by several teams in order to find suppressors of the eco1-1 mutation has led to the identification of the genes encoding the Wapl, Pds5, Scc3 and Smc3 proteins as components of the opening mechanism of the cohesin ring. A similar screen was carried out in S. pombe in our lab to find suppressors of the thermosensitive mutation eso1-H17. This screen identified the orthologous genes to those found in the budding yeast: wpl1,pds5, psc3 and psm3 and also the gene encoding the catalytic subunit of the type 4 serine/threonine phosphatase complex (PP4) named pp4c. We have therefore carried out experiments to characterize PP4c and its regulatory subunit Psy2 which has also been found to be involved in sister-chromatid cohesion. We have likewise identified the Rad21 subunit as a PP4 substrate and identified phosphosites as potential targets of PP4. We have then screened and analyzed Rad21 phosphomutants which were able to mimic the suppressor effect of the deletion of pp4c.