Les glucides, les biomolécules les plus abondants dans la nature, sont essentiels pour le maintien et la survie des organismes. Certaines molécules à base de glucides à la fois d'origine synthétique et naturelle sont connues pour leurs activités pharmacologiques et utilisés pour traiter différentes maladies. Deux projets ont été réalisés sur la base d'oligosaccharides biologiquement actifs dans cette thèse. Sialyl Lewis X (sLex), un tétrasaccharide exprimé sur la surface cellulaire d'un tissu embryonnaire et un tissu tumoral, a été découvert pour jouer un rôle important dans l'adhésion entre les cellules tumorales et les cellules endothéliales dans les métastases tumorales à travers la liaison de E-sélectine avec une forte affinité et sélectivité. E-sélectine est un membre de famille des sélectines des molécules d'adhésion cellulaire, exprimée sur l'endothélium tumoral qui est activé par la cytokine. En conséquence, un type de sonde moléculaire basé sur sLex a été conçu et synthétisé dans le but de diagnostiquer le cancer. Aminoéthyle glycoside de sLex 36 a été efficacement préparé à partir de quatre synthons monosaccharidiques par sept étapes d’une manière hautement stéréosélective et régiosélective avec un rendement total de 18%. La sonde moléculaire conjuguant 36 avec une protéine marqué a été montré capable de visualiser une tumeur implantée chez la souris par imagerie in vivo, alors que le contrôle négatif a donné seulement un profil de circulation vasculaire. Ce travail est actuellement dans le processus d'un dépot de brevet. D'autre part, le mécanisme de traitement des N-glycanes par l'endo-α-mannosidase et les inhibiteurs de cette enzyme ont été étudiés. Décorations de N-glycane existent sur la plupart des protéines eucaryotes et leurs compositions aberrantes sont associés à diverses maladies, y compris les infections virales et le cancer. Endo-α-mannosidase hydrolyse la liaison α-1,2-mannosidique entre le mannose en glucose-substitué et le reste de la N-glycane dans l'appareil de Golgi, en fournissant une voie indépendante de glucosidase I et II pour la maturation de N-glycane. Le but de présente étude est de confirmer le mécanisme catalytique nouvellement proposé pour endo-α-mannosidase: la participation du groupe voisin via un 1,2-anhydro intermédiaire de sucre. Etant donné que cet intermédiaire est instable, le glycosyl-1,2-β-anhydro carbasucre 53 a été conçu et synthétisé pour soutenir l'existence de cet intermédiaire pour l'hydrolyse catalysée par glycosidase. De plus, le glycosyl-1,2-β-aziridine carbasucre 64 et le glycosyl-1,2-oléfinique carbasucre 63 ont été conçus et synthétisés comme nouveaux inhibiteurs d’endo-α-mannosidase pour le développement d'agents thérapeutiques. En outre, le glycosyl-1,2-α-anhydro carbasucre 52 et le glycosyl-1,2-α-aziridine carbasucre 65 ont également été synthétisés comme références. Tous les composés cibles ont été préparés de manière efficace à partir du même glycosyl-carbasucre qui a été obtenu de D-(+)-maltose par plusieurs étapes de protections, de modifications, du réarrangement de Claisen. L'évaluation biologique est en cours. / As the most abundant biomolecules found in nature, carbohydrates are essential for sustaining and survival of organisms. Some carbohydrate-based molecules both of synthetic and natural origin are known for their pharmacological activities and used to treat different diseases. Two projects were carried out based on biologically active oligosaccharides in this thesis. Sialyl Lewis X (SLex), which is a tetrasaccharide expressed on cell surface of embryonic tissue and tumor tissue, was discovered to play an important role in the adhesion between tumor cells and blood endothelial cells in tumor metastases through binding E-selectin with high affinity and selectivity. E-selectin is a member of the selectin family of cell adhesion molecules, expressed on cytokine activated tumoral endothelium. Accordingly, a kind of molecular probe based on sLex was designed and synthesized for the purpose of diagnosing cancer. Aminoethyl glycoside of sLex 36 was efficiently prepared from four monosaccharide building blocks through seven steps with high stereoselectivity and regioselectivity in 18% total yield. The molecular probe conjugating 36 with a labelled scaffold protein was shown to visualize an implanted tumor in the mouse by in vivo imaging, whereas the negative control gave only a vascular circulation profile. This work is currently in the process of a patent application. On the other hand, N-linked glycans processing mechanism by endo-α-mannosidase and this enzyme’s inhibitors were studied. N-glycan decorations exist on the majority of eukaryotic proteins and their aberrant compositions are associated with various diseases, including viral infection and cancer. Endo-α-mannosidase hydrolyzes the α-1,2-mannosidic bond between the glucose-substituted mannose and the rest of the N-glycan in Golgi apparatus, providing a glucosidase I and II independent pathway for the maturation of N-glycan. The aim of the present study is to confim the newly proposed catalytic mechanism for endo-α-mannosidase: neighboring group participation via a 1,2-anhydro sugar intermediate. Since this intermediate is unstable, glycosyl-1,2-β-anhydro carbasugar 53 was designed and synthesized to support the existence of this intermediate for glycosidase-catalyzed hydrolysis. Moreover, glycosyl-1,2-β-aziridine carbasugar 64 and glycosyl-1,2-olefinic carbasugar 63 were designed and synthesized as novel endo-α-mannosidase inhibitors for the development of therapeutic agents. In addition, glycosyl-1,2-α-anhydro carbasugar 52 and glycosyl-1,2-α-aziridine carbasugar 65 were also synthesized as compare. All the target compounds were prepared efficiently from the same glycosyl-carbasugar that was obtained from D-(+)-maltose through several steps of protections, modifications, and Claisen rearrangement. The biological evaluation is underway.

Influenza A viruses (IAVs) cause occasional pandemics and seasonal epidemics, thus presenting continuous challenges to public health. Vaccination is the primary strategy for the prevention and control of influenza outbreaks. The antigenicity matched high-yield seed strain is critical for the success of influenza vaccine. Currently, there are several limitations for the influenza vaccine manufacture: 1) the conventional methods for generating such strains are time consuming; 2) egg-based vaccines, the predominant production platform, have several disadvantages including the emergence of viral antigenic variants that can be induced during egg passage; 3) vaccine seed viruses often do not grow efficiently in mammalian cell lines. Previous studies suggested that mutations in the receptor binding site (RBS) that locates at the globular head of the HA1 can change IAVs’ binding specificity, antigenicity, and yield and thus RBS would be an potential target for engineering vaccine seed strain. However, systematic analysis of the mutations on RBS affecting those viral phenotypes is lacking. Specifically, this dissertation has following aims: Firstly, we developed a novel method to rapidly generate high-yield candidate vaccine strains by integrating error-prone PCR, site-directed mutagenesis strategies, and reverse genetics. The error-prone PCR- based reverse genetic system could also be applied to gain-ofunction studies for influenza virus and other pathogens; Secondly, in this dissertation, we identified an Y161F mutation in the hemagglutinin (HA) that enhanced the infectivity and thermostability of virus without changing its original antigenic properties which would prompted the development of cell-based vaccines; Thirdly, the molecular mechanisms underlying host adaption of equine-origin influenza A(H3N8) virus from horses to dogs are unknown. This dissertation identified that a substitution of W222L in the HA of the equine-origin A(H3N8) virus facilitated its host adaption to dogs. This mutation increased binding avidity of the virus specifically to sialyl Lewis X motifs, which were found abundantly in the submucosal glands of dog trachea but not in equine trachea. To summary, this dissertation investigated the role of RBS in IAVs biology and expanded the current knowledge toward IAV vaccine strain engineering, IAV host adaption and evolution.

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Dans cet ouvrage sera décrite la synthèse de nouveaux analogues du sialyl Lewis X (sLex). A cet effet, nous avons préparé une librairie d’analogues synthétisée à partir d’une approche mettant en jeu un «espaceur» acyclique permettant d’avoir un biais conformationnel que nous avons défini comme la stratégie ATC-B. Nous avions déjà démontré que certains analogues portant un groupe benzoate en C-2 et en C-4 du galactose présentent une activité 50 fois supérieure à celle du sLex. Nous avions par ailleurs démontré qu’en l’absence du benzoate en C-2, l’activité devient alors trois fois plus faible. A présent, il paraissait interessant de synthétiser des analogues ayant seulement un groupe benzoate en C-4 pour evaluer l’impact de ce groupement sur la puissance de nos analogues. Par le passé, nous avions également mis en évidence le rôle des esters sur l’activité des analogues portant un «espaceur» acyclique dans le cadre de la stratégie ATC-B. Nous effectuerons donc des variations à ce niveau pour en évaluer l’impact. Enfin, nous avons préparé une nouvelle famille d’analogues de type dimère. Ceux-ci seront constitués de 2 unités des composés monomériques synthétisés précédemment. La synthèse de ces dimères fera l’emploi de la «Click Chemistry». Cette étude nous mènera a vous présenter la synthèse de ces composés et la méthodologie employée. / This work describes the synthesis of novel sialyl Lewis X (sLex) analogues. To this end, we have prepared a library of analogues by implementing a strategy that makes use of an Acyclic Tether which allows for defined Conformational Bias (ATCB strategy). We have previously shown that analogues bearing a benzoate group at both positions C-2 and C-4 of the galactose exert an activity 50-fold greater than that of sLex. Indeed, removing the benzoate at position C-4 while keeping the one at C-2 led to a three fold decrease in potency. We are currently preparing the corresponding analogues that have the benzoate only at position C-4 in order to fully evaluate its impact on the potency of the analogue. We have also previously elucidated the role of esters on the activity of analogues that have acyclic tether as part of the ATC-B strategy. Variations have been made at the level of the ester and their impact has been evaluated. Lastly, we have prepared a novel family of analogues consisting of two identical monomeric subunits linked together. Synthesis of these dimers was performed via «Click Chemistry». This study describes the synthesis of the compounds and the methodology employed.

Dans cet ouvrage sera décrite la synthèse de nouveaux analogues du sialyl Lewis X (sLex). A cet effet, nous avons préparé une librairie d’analogues synthétisée à partir d’une approche mettant en jeu un «espaceur» acyclique permettant d’avoir un biais conformationnel que nous avons défini comme la stratégie ATC-B. Nous avions déjà démontré que certains analogues portant un groupe benzoate en C-2 et en C-4 du galactose présentent une activité 50 fois supérieure à celle du sLex. Nous avions par ailleurs démontré qu’en l’absence du benzoate en C-2, l’activité devient alors trois fois plus faible. A présent, il paraissait interessant de synthétiser des analogues ayant seulement un groupe benzoate en C-4 pour evaluer l’impact de ce groupement sur la puissance de nos analogues. Par le passé, nous avions également mis en évidence le rôle des esters sur l’activité des analogues portant un «espaceur» acyclique dans le cadre de la stratégie ATC-B. Nous effectuerons donc des variations à ce niveau pour en évaluer l’impact. Enfin, nous avons préparé une nouvelle famille d’analogues de type dimère. Ceux-ci seront constitués de 2 unités des composés monomériques synthétisés précédemment. La synthèse de ces dimères fera l’emploi de la «Click Chemistry». Cette étude nous mènera a vous présenter la synthèse de ces composés et la méthodologie employée. / This work describes the synthesis of novel sialyl Lewis X (sLex) analogues. To this end, we have prepared a library of analogues by implementing a strategy that makes use of an Acyclic Tether which allows for defined Conformational Bias (ATCB strategy). We have previously shown that analogues bearing a benzoate group at both positions C-2 and C-4 of the galactose exert an activity 50-fold greater than that of sLex. Indeed, removing the benzoate at position C-4 while keeping the one at C-2 led to a three fold decrease in potency. We are currently preparing the corresponding analogues that have the benzoate only at position C-4 in order to fully evaluate its impact on the potency of the analogue. We have also previously elucidated the role of esters on the activity of analogues that have acyclic tether as part of the ATC-B strategy. Variations have been made at the level of the ester and their impact has been evaluated. Lastly, we have prepared a novel family of analogues consisting of two identical monomeric subunits linked together. Synthesis of these dimers was performed via «Click Chemistry». This study describes the synthesis of the compounds and the methodology employed.

Mon travail de thèse a porté sur le ciblage de la vascularisation tumorale : des molécules ciblant l'endothélium tumoral ont été recherchées dans le but d'amener des molécules thérapeutiques spécifiquement vers l'endothélium tumoral afin de le détruire et d'atteindre la tumeur qui en dépendait. D'après les données de la littérature, deux cibles ont été choisies pour notre étude : la sélectine E et l'endogline. La sélectine E est une glycoprotéine surexprimée à la surface de l'endothélium activé des zones inflammatoires et tumorales. Classiquement, des antagonistes de son ligand naturel, le SleX, sont recherchés. En nous appuyant sur les groupements clés de l'interaction entre la sélectine E et le SleX, plusieurs familles de mimes du SleX ont été élaborées. La capacité de ces mimes à déplacer l'interaction du SleX exprimé à la surface des cellules HL-60 avec la sélectine E a été évaluée dans un test d'adhésion. Cependant, aucun des mimes testés n'a présenté une affinité suffisante pour envisager son utilisation comme tête de ciblage. Une deuxième stratégie a consisté à rechercher des ligands peptidiques de la sélectine E en criblant des HUVECs activées avec une banque de peptides sur phages. Plusieurs phages-peptides testés en ELISA ont montré une meilleure affinité pour la sélectine E et / ou avec la sélectine P par rapport au phage sans insert. Des tests de compétition avec des peptides synthétiques correspondants permettront d'évaluer leur spécificité pour la cible. En ce qui concerne l'endogline, des ligands peptidiques ont été recherchés avec une banque de peptides sur phages. Dans un premier temps, le gène codant l'endogline humaine a été cloné dans un vecteur d'expression eucaryote afin de réaliser la sélection sur la protéine cellulaire. Une sélection sur la protéine recombinante a été réalisée par la suite pour diminuer le bruit de fond lié aux cellules. Parmi les peptides obtenus, certains ont montré des homologies de séquence avec des ligands de l'endogline et le test de ces phages-peptides en ELISA sur la protéine recombinante a donné un fort signal par rapport au phage sans insert. Ces peptides seront caractérisés prochainement. En conclusion, des ligands peptidiques des sélectines E et P et de l'endogline ont peut-être été identifiés. Ce travail a par ailleurs permis de mettre en place les outils nécessaires à l'utilisation de la technologie de sélection avec des banques de peptides sur phages dans les meilleures conditions possibles.

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Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Ce mémoire présente la synthèse diastéréosélective de dérivés méthylés du fucose en position 2 et 3, ainsi que la synthèse d'analogues du sialyl Lewis X. Ces ligands, spécifiques aux sélectines, serviront d'outils biochimiques et pharmacologiques pour vérifier l'importance des sélectines dans la modulation du processus inflammatoire. Les synthèses totales qui sont présentées utilisent différentes méthodes chimiques modernes. Dans un premier temps, les positions 2 et 3 du fucose sont isolées à l'aide de groupements protecteurs. Les techniques utilisées impliquent la chimie des acétals et des acétals d'étain. En second lieu, les groupements hydroxyles isolés en position 2 et 3 du fucose sont oxydés en cétones, puis convertis en méthylènes. Les réactions étudiées sont la méthylation de ces cétones et aussi l'époxydation de ces méthylènes l'ouverture des époxydes obtenus conduisant à des fucoses méthylés. Le contrôle stéréochimique des réactions de méthylation est fait par chélation et aussi à l'aide d'acides de Lewis encombrés. Les époxydations sont éffectuées avec des peroxydes, des peracides et des dioxyranes pour vérifier la stéréosélectivité de ces réactifs sur les substrats étudiés. Les couplages glycosidiques sont réalisés avec des thiofucosides et aussi avec des trichloroacétimidates. La stéréochimie du carbone anomère est régie par les mécanismes de la paire d'ions et la participation du groupement voisin. Enfin, les composés synthétisés sont testés pour déterminer leur activité dans un test in vitro consistant en une inhibition de l'adhésion de cellules tumorales HL-60 sur les sélectines E et P.