Les travaux réalisés dans le cadre de la thèse avaient pour but la synthèse de nouveaux fluorophores basés sur les unités BODIPYs et hydroxyphényl-s-triazines. Pour être utilisées comme sondes efficaces dans des applications en chimie et en biologie, les chromophores doivent présenter une forte brillance et des rendements quantiques de fluorescence élevés, une modulation aisée de ses propriétés optiques ainsi qu’une bonne stabilité chimique et photochimique. Une stratégie originale et efficace a été développée pour l’obtention de dérivés d’o-hydroxyphényl-s-triazine. Ces derniers présentent des déplacements de Stokes anormalement élevés ayant pour origine un transfert de proton intramoléculaire ultrarapide à l’état excité (ESIPT). L’extension du système π-conjugué sur les différentes plateformes de départ a été réalisée par couplages pallado-catalysés et/ou condensation de Knoevenagel, permettant ainsi d’accéder à une large gamme spectrale en absorption et en émission. Le développement d’une nouvelle voie de synthèse à permis l’obtention d’oligo-BODIPYs par couplage oxydant réalisé en associant PIFA et un acide de Lewis. Toutes les propriétés photophysiques des nouvelles sondes ont été étudiées et ont fait l’objet de discussions détaillées. / The study undertaken in this thesis was the engeneering of new fluorescent dyes based on BODIPY and o-hydroxyphenyl-s-triazine units. The focus has been on the development of dyes displaying large absorption cross sections, emission wavelength tunability, high photostability and fluorescent quantum yields by using original synthetic strategies. As a part of our research program on the design of novel fluorescent dyes exhibiting large Stokes shifts, we developped an efficient method for the synthesis of o-hydroxyphenyl-s-trazine for which an anormalous emission was observed due to an intramolecular proton transfert in the excited state (ESIPT process). The fine tuning of the absorption and emission wavelength for both plateforms were achieved by extension of the π-conjugated system with aryl and alkyl moieties using palladium cross coupling or via a styryl linkage using Knoevenagel condensation. Another strategy to enhance the fluorescence performances consists in the rigidization of the plateforms. Various oligo-BODIPYs have been obtained by an unprecedented oxydative coupling reaction using Phenyliodine(III)bis(trifluoroacetate) (PIFA) in conjunction with a Lewis acid. All compounds spectral characteristics were investigated and their photophysical properties discussed.

Les récepteurs de l’ocytocine (OTR) et de la vasopressine (AVPR) sont connus pour être impliqués dans la modulation d’effets centraux complexes. Récemment l’OTR a été proposé comme une cible thérapeutique pour le traitement des troubles du spectre autistique (TSA).Afin de mieux comprendre le rôle de l’OTR et des AVPR dans les TSA, d’éclaircir des nouveaux traits de sa pharmacologie et d’établir des méthodes du criblage sur les récepteurs sauvages, nous avons développé des traceurs pour la tomographie par émission des positons ainsi que des sondes fluorescentes pour la famille OT/AVP des RCPG. Les ligands fluorescents ont été utilisés pour établir un test de liaison TR-FRET pour l’OTR et pour initier le développement du test alternatif sur les récepteurs sauvages. Les radiotraceurs TEP seront bientôt testés chez la souris et chez le singe pour évaluer leurs performances pour la détection des récepteurs de l’ocytocine centraux avant d’envisager des études chez l’Homme. / In order to better understand the role of OTR and AVPR in ASD, to reveal new features in its pharmacology and signaling and to establish high-throughput screening method on wild-type G protein-coupled receptors, we developed imaging probes for the oxytocin-vasopressin receptors family, namely radiotracers for positron emission tomography and optical probes for fluorescence detection and imaging. The fluorescent ligands have been used to establish TR-FRET binding assay for OTR and to initiate the development the screening assay for the wild-type oxytocin receptor. The PET radiotracers will be shortly tested in mice and monkeys to evaluate their potency in detecting the central oxytocin receptors.

La méthylation de l'ADN est une des marques épigénétiques majeures qui intervient dans la régulation de processus physiologiques importants. Par ailleurs, elle a été reconnue comme une cible majeure pour lutter contre le cancer car son dysfonctionnement est impliqué dans le développement de pathologies comme les cancers. Une meilleure compréhension de ce mécanisme permettrait aux chimistes médicinaux de développer de nouveaux inhibiteurs plus spécifiques. Actuellement, un grand nombre d'hypothèse ont été avancées concernant la méthylation de l'ADN et méritent d'être confirmées ou clarifiées. Dans ce contexte, nous avons décidé de développer de nouveaux analogues nucléosidiques fluorescents et ratiométriques présentant un motif 3-hydroxychromones, afin d'étudier la dynamique et le mécanisme de méthylation de la cytosine impliquant UHRF1 et DNMT1. Nous avons tout d'abord décidé de nous focaliser sur la première étape du mécanisme, la reconnaissance du duplexe hémi-méthylé par le domaine SRA de UHRF1. Deux stratégies de marquage de l'ADN ont ainsi été explorées. La première a consisté à remplacer une base azotée naturelle par le fluorophore, afin de sonder l'intérieur du duplexe. Ce biocapteur a ainsi pu être utilisé afin de détecter l'approche du domaine SRA de UHRF1 ainsi que le basculement de la cytosine méthylée dans son site de reconnaissance. La deuxième approche repose sur la modification d'une nucléobase naturelle sur laquelle la sonde ratiométrique est attachée à l'aide d'un bras espaceur insaturé rigide, lui permettant ainsi de sonder les interactions au niveau du grand sillon de l'ADN. / DNA methylation is one the major epigenetic modification and plays an important role in the regulation of major processes. DNA methylation was recently recognized as one of the major target to inhibit and to fight cancer. A deeper insight of the DNA methylation mechanism should help medicinal chemists in the design and research of more specific inhibitors of DNA methylation. Currently, miscellaneous hypotheses are advanced about DNA methylation mechanism and deserve to be confirmed or clarified. In this context, we decided to develop new ratiometric fluorescent nucleoside analogs, incorporating 3-hydroxychromone moiety, to study the dynamics and mechanism of cytosine methylation involving UHRF1 and DNMT1. We firts decided to focus on the first step of the mechanism, the recognition of the hemi-methylated duplex by the SRA domain of UHRF1. Two diferent strategies of labeling DNA were explored. In the firts one, a natural nucleobase was substituted by the fluorescent dye in order to probe inside the duplex. This biosensor allows to detect and monitor the binding of the SRA domain and flipping of the 5-methylcytosine from the duplex into its recognizing site. The second approach is based on a modification of a natural nucleobase on which, through a rigid unsaturated linker, the ratiometric probe was incorporated in order to sense the interaction in the major groove.

L'objectif de cette thèse est la conception et le développement de bras espaceurs auto-immolables originaux situés entre le substrat peptidique et un fluorophore à phénol. Une première partie de ces travaux porte sur le développement de bras réactifs auto-immolables adaptés à la détection d'exopeptidases et à leur application pour la synthèse de sondes destinées à l'imagerie in-vivo de la caspase 3, une enzime impliquée dans le processus apoptotique. La seconde partie de ce travail relate les efforts effectués afin d'étendre l'utilisation des bras réactifs auto-immolables à la détection des endopeptidases, notamment les MMPs, une famille d'enzimes fortement impliquée dans la progression cancéreuse. / The aim of this PhD work is the design and development of novel self-immolative species linking a peptide susbstrate to a phenolic fluorophore. A first part was dedicated to the development of self-immolative linkers for exopeptidases detection and their incorporation in caspase 3 probes to stain the apoptotic process. A second part was devoted to the extension of the strategy to endopeptidases, especially MMPs, an enzyme family mainly involved in cancer progression.

L’imagerie moléculaire est devenue incontournable pour le diagnostic et le traitement de cancers. Cette discipline regroupe un ensemble de techniques telles que la tomodensitométrie (CT), l’Imagerie par Résonance Magnétique (IRM), l’imagerie optique ou encore l’imagerie nucléaire (tomographie par émission de positons TEP, tomographie d’émission monophotonique TEMP). Chacune de ces techniques possède ses propres avantages et inconvénients et ne peut apporter à elle seule des informations anatomiques et fonctionnelles suffisantes. Les travaux actuels sont portés sur la conception de systèmes dits multimodaux afin de combiner les avantages de différentes techniques, voire de bénéficier d’un effet synergique. De par leur sensibilité comparable et leur complémentarité, coupler l’imagerie nucléaire à l’imagerie optique devient alors avantageux. La conception des systèmes monomoléculaires (MOMIA) contenant deux fonctions détectables par imagerie nucléaire (complexe de radiométaux) et imagerie optique (sonde fluorescente) nécessite en amont la mise au point d’outils de synthèses performants. La première partie de ce travail de thèse est consacrée à la synthèse d’agents chélatants bifonctionnels à base de polyamines macrocycliques, destinés à une utilisation en imagerie médicale. Ces agents doivent présenter d’excellentes propriétés de coordination vis-à-vis du métal visé, et posséder une fonction de greffage pour assurer le couplage avec une biomolécule vectrice. L’accès à de tels systèmes a nécessité le développement d’outils de synthèse efficaces de précurseurs macrocycliques dérivés du cyclène et du 13aneN4. L’introduction sélective de diverses fonctions de greffage visant principalement les résidus de type lysine a permis la préparation de plusieurs familles de composés, dont certains ont pu être « bioconjugués» à des peptides ou anticorps au sein du laboratoire ou dans le cadre de diverses collaborations. Plus particulièrement, la facilité d’utilisation du système « DOTAGA anhydride » a permis l’introduction aisée d’unités DOTA sur des nanoparticules ou des anticorps monoclonaux. Egalement, l’introduction d’une fonction alcyne a permis l’accès à de nouvelles briques moléculaires préparées par « click chemistry ». Dans une seconde partie sont présentés les travaux relatifs à la synthèse d’agents bimodaux originaux. Pour accéder à de tels systèmes, l’introduction d’un fluorophore de la famille des bodipys a été envisagée. L’absence de travaux antérieurs relatifs au couplage d’une polyamine cyclique et une entité bodipy a nécessité la préparation préalable d’un système modèle « DOTA bodipy », permettant de s’assurer par des études photophysiques que la présence des complexes métalliques macrocycliques ne va pas, ou peu, interférer avec les propriétés de fluorescence du bodipy. L’utilisation d’un espaceur « acide aminé » a alors permis d’accéder à de nouveaux bodipys porteurs de deux groupes fonctionnels en position méso. La fonctionnalisation a posteriori de ces briques de construction a permis l’introduction en dernier lieu d’unités macrocycliques N- et/ou C- fonctionnalisés. La préparation de système émettant dans le proche I.R. a été également envisagée. / Molecular imaging became a major tool for the diagnosis and the treatment of cancers. This research field includes different techniques, such as Tomography (CT), Magnetic Resonance Imaging (MRI), Optical Imaging or nuclear Imaging (PET Positron Emission Tomography, SPECT Single Photon Emission Computed Tomography). Each imaging modality has its own strengths and weaknesses, and thus, combining different and complementary systems can overcome inherent limitations associated with any one individual techniques and improve the accuracy of disease diagnosis and enhancing patient management. In particular dual-modality Optical/Nuclear imaging may find important preclinical and clinical applications. One possible approach seeks to fuse the two imaging systems into one molecule (MonOmolecular Multimodality Imaging Agent [MOMIA]) in order to ensure the same biodistribution of the two probes. Our strategy consists in combining a DOTA-like compound allowing complexation of radiometal for nuclear imaging (SPECT or PET) with a bodipy moiety, valuable probe those fluorescent properties can be finely adjusted. The first part of this work is dedicated to the synthesis of bifunctional chelating agents based on macrocyclic polyamines for medical imaging application. These compounds must show excellent coordination properties towards the aimed radiometal and possess a grafting function to allow the coupling with a biomolecule. Powerful and general routes for the synthesis of a wide range of N- and C-functionalized macrocycles derived from cyclen and 13aneN4 are described, which enable to access to a wide range of new BFCs by introduction of different functional groups reactive towards primary amines, such as carboxylic acid, isothiocyanate or anhydride function. Some compounds were conjugated to different biomolecules, such as peptides or antibodies. Morever, the introduction of an alkyne function yields a novel family of bifunctional agents allowing chemoselective attachment to functionalized biomolecules or to modified amino acids using « click chemistry ». In a second part, we focused on the introduction of a bodipy moeity to obtain new bimodal agents for dual Optical/Nuclear imaging. Interestingly, the attachment of the polyaminocarboxylate (DOTA derivative) to the bodipy makes it soluble in water and complexation of different metal cations of interest in the macrocyclic cavity does not significantly alter the luminescence properties of the whole system. In addition, the functionalization of the meso position by using an appropriate linker between the bodipy and DOTA-like units, i.e. a 4-nitrophenylalanine derivative, could provide a new bimodal tag for labeling antibodies or peptides. Optimisation of the second generation bodipy-DOTA, i.e. derivatization reaction to reach the near-IR range or introduction of C-functionalised macrocycles was also investigated.

La plupart des bactéries vivent en communautés organisées, appelées biofilms, augmentant leur résistance aux traitements antibiotiques. Ainsi, la formation de biofilms sur les organes et matériels médicaux est considérée comme la cause de la majorité des infections bactériennes. Il est alors important de trouver des traitements pour empêcher ou perturber la formation de ces biofilms. Il a été proposé que les porines de P. Stuartii, Omp-Pst1 et Omp-Pst2, peuvent s’auto-assembler via un steric-zipper, étape responsable du développement initial du biofilm. Ainsi, notre objectif est de synthétiser des inhibiteurs d’interactions entre porines pour limiter ce contact intercellulaire. Nous avons développé des molécules peptidomimétiques basées sur la séquence LGNYR, active dans les deux porines. Pour cela, des réactions de chimie click sur phase solide ont été mises en oeuvre afin de synthétiser des analogues de cette séquence, comme la CuAAC pour introduire un motif triazole, dans une position variable au sein du peptide. Nous avons ainsi développé une méthode rapide et efficace afin de réaliser cette réaction par l’utilisation d’un catalyseur cuivre(I)-N-hétérocyclique carbène stable à l’air. Similairement, de nouvelles conditions ont aussi été mises au point en phase solide afin d’obtenir régiosélectivement des peptides comportant un motif isoxazole 3,4- ou 3,5-disubstitué, par la réaction entre un alcyne et un oxyde de nitrile. Ces cycloadditions 1,3-dipolaires nous ont ainsi permis d’obtenir une première librairie de peptidotriazoles et de peptidoisoxazoles. Il sera enfin possible d’étudier les biofilms grâce à la synthèse de sondes fluorescentes basées sur les inhibiteurs montrant de fortes affinités avec la cible, couplées à un fluorophore dérivé de coumarine. / In the environment, most of bacteria live as organized communities, known as biofilms, enhancing their resistance to antibiotic treatments. Thus the formation of biofilms on organ and indwelling medical devices is considered to cause the majority of bacterial infections in the human body. Thus, to enhance antibiotics efficacy, there is a high need to find treatments to prevent or disrupt biofilm formation. It has been proposed that P. stuartii porins, Omp-Pst1 and Omp-Pst2, can self-associate through a steric zipper, being responsible for the initial development of biofilms. Thus, our objective is to synthesize porin’s self-matching interactions (PSMI) inhibitors to counterfeit this intercellular contact. We developed peptidomimetic molecules based on the LGNYR sequence, that have shown to be active in both porins. Then we used click chemistry to synthesize on solid phase analogues of this sequence, as the solid phase Cu(I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition (CuAAC) to introduce a triazole moiety into the peptide chain at different positions. We thus developed a fast and efficient method to perform this reaction using a stable copper(I)-N-heterocyclic carbene catalyst. Similarly, new conditions were developed on solid phase to synthesize regioselectively peptides containing a 3,4- or 3,5-disubstituted isoxazole moiety, through the reaction between an alkyne and a nitrile oxide. These 1,3-dipolar cycloadditions allowed us to developed a first library of peptidotriazoles and peptidoisoxazoles. We also obtained fluorescent probes based on the inhibitors showing higher affinity for the target as tools to study biofilm formation.