Dans la nature, des facteurs externes tels que l'intensité lumineuse, l'herbivorie, les pathogènes, les conditions climatiques et autres, activent les mécanismes de défense des végétaux et ces derniers produisent alors des métabolites secondaires. Ces composés ont généralement de fortes activités biologiques. Par ailleurs, les conditions extrêmes de croissance de la région du Nunavik peuvent favoriser la biosynthèse de nouveaux produits naturels. Ces derniers peuvent avoir des activités biologiques variées et très intéressantes, puisque ces espèces subissent des stress environnementaux importants. La dynamique des écosystèmes du Grand Nord québécois est toutefois appelée à changer drastiquement. En effet, le remplacement progressif des petits organismes tels les lichens par des espèces arbustives, comme Betula glandulosa, est d'ailleurs observé à travers la région du circumpolaire. Avec ces changements, des composés bioactifs inédits sont appelés à disparaître. L'objectif du projet est de réaliser une investigation chimique détaillée de lichens provenant de la région de Kuujjuarapik, soit Cladonia stellaris (CS) et Stereocaulon paschale (SP), afin de découvrir des composés bioactifs valorisant la flore nordique. Pour ce faire, la méthodologie utilisée consiste d'abord à sécher à l'air toutes les parties des spécimens récoltés et d'effectuer un broyage cryogénique. Ensuite, des extraits bruts sont préparés par macération avec gradient de polarité en utilisant trois solvants: hexanes, dichlorométhane et méthanol. Les extraits sont ensuite analysés par chromatographie liquide à haute performance (HPLC) pour obtenir leur profil en métabolites et pour optimiser la séparation des composés. L'isolement à l'échelle du milligramme des nouveaux produits naturels est effectué par chromatographie liquide à moyenne pression (MPLC) lorsque la séparation est optimale. Puis, la structure des composés purs est élucidée par des méthodes spectroscopiques telles que la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire(RMN) et la spectroscopie de masse (MS). Finalement, ces produits naturels isolés de lichens nordiques sont testés pour différentes activités bioactives d'intérêt cosméceutique: antioxydant, antiélastase, antityrosinase, antilipoxygénase et antihyaluronidase.

L’orientation principale des travaux de recherches qui sont présentés dans cette thèse est de valoriser les espèces nordiques de la région du Nunavik en démontrant la diversité structurale et la spécificité biochimique des métabolites qu’elles biosynthétisent. Nous croyons que la flore nordique du Québec est une source inestimable de composés bioactifs en raison des stress environnementaux auxquels les espèces sont soumisses. En fait, c’est cette pression évolutive qui mène à la diversification structurale des métabolites spécialisés afin que les espèces soient mieux adaptées à leur environnement. La dynamique des écosystèmes du Grand Nord du Québec est toutefois appelée à changer drastiquement avec les changements climatiques. L’expansion de l’arbuste Betula glandulosa depuis les années 1990 est d’ailleurs un problème préoccupant puisque la densification menace la biodiversité en altérant tant l’environnement biotique qu’abiotique des écosystèmes nordiques. Il est ainsi pertinent de caractériser le métabolome nordique de la flore du Québec via l’investigation phytochimique de ces espèces qui sont en continuelle évolution. La présente thèse rapporte les investigations phytochimiques du lichen Stereocaulon paschale qui sont axées vers l’identification de composés anti-inflammatoires. En plus de démontrer le potentiel d’inhibition de l’acide lobarique et de pseudodepsidones envers plusieurs cibles pro-inflammatoires, une relation structure-activité et un mécanisme d’action ont été proposés en réalisant des simulations d’arrimage moléculaire. L’étude de la composition phytochimique des feuilles de l’arbuste Betula glandulosa et l’évaluation du potentiel d’inhibition des métabolites vis-à-vis l’élastase sont également rapportées. L’étude de cette espèce a été un défi de taille en termes d’extraction et de purification en raison de son profil en métabolites très complexe. L’approche des réseaux moléculaires a ainsi été employée pour accélérer le rythme de la découverte des composés inédits et/ou bioactifs. L’étude détaillée du profil en métabolites et la localisation des composés d’intérêts qui ont été respectivement dérépliqués et ciblés par l’utilisation des réseaux moléculaires, sont ainsi présentées. / The main orientation of this thesis is to enhance species in subarctic ecosystem in Northern Quebec by demonstrating the high chemical diversity and biochemical specificity of the secondary metabolites they biosynthesize. We believe that northern flora of Quebec is of great interest for the discovery of novel or bioactive secondary metabolites due to extreme growing conditions in the Nunavik region. In fact, it is this evolutionary pressure that leads to the adaptation of living organisms in their specific ecosystem and the chemical diversification of natural products in nature. The dynamics of the ecosystems of Northern Quebec are, however, about to change drastically with the warming trend that is observed since the 1990s in Nunavik. The expansion and extreme densification of the dwarf birch (Betula glandulosa) in lichen-dominated ecosystems threatens biodiversity by altering biotic and abiotic environment of northern ecosystems. Hence, it is important to characterize the metabolome of northern flora of Quebec by carrying out phytochemical investigations on species that are continuously evolving. In this thesis, the phytochemical investigations of the lichen Stereocaulon paschale focused on the discovery of anti-inflammatory secondary metabolites. Herein we report the potential of lobaric acid and pseudodepsidones to reduce the expression of several pro-inflammatory targets. In addition, docking simulation experiments provided insight on the structure-activity relationship and the mechanism of action. The phytochemical study of the leaf of the shrub Betula glandulosa and the potential of the metabolites to exhibits significant elastase inhibition are also reported in the thesis. The very high complexity of the crude extracts of this species was very challenging in term of extraction and purification. The identification of novel bioactive NPs from such complex matrices remain a significant challenge in drug discovery programs. A molecular networking approach was thus used to explore the chemical diversity and accelerate the speed of the discovery of novel and bioactive NPs. By using this advanced mass spectrometry approach of dereplication, the thorough metabolite profiling of the crude extract was performed with the objective of targeting compounds of interest.

Afin d'apporter une aide pour la chimiotaxonomie du genre Stereocaulon, les acides gras totaux de dix espèces de Stéréocaulon, de quelques cyanolichens et d'une cyanobactérie ont été étudiés. Les profils obtenus des acides gras saturés, insaturés et ramifiés ont été comparés par classification hiérarchique ascendante. Les acides gras iso et antéiso pourraient permettre de distinguer le genre Stereocaulon des cyanolichens à la différence des autres classes d'acides gras. Dans un deuxième temps, l'étude phytochimique du lichen S. evolutum récolté en Bretagne a permis d'isoler et de caractériser 22 métabolites secondaires. Parmi ces composés, deux sont nouveaux. Sept molécules possèdent une structure proche de l'atranorine, depside abondant et récurrent chez les Stéréocaulons. L'atranorine ayant montré lors d'un criblage une activité intéressante sur le virus de l'hépatite C, six molécules ainsi que deux dérivés hémisynthétiques ont alors été évalués. L'atranorine et le 4-O-déméthylbarbatate de méthyle ont présenté une bonne activité anti-VHC, le premier ciblant l'étape de pénétration et le deuxième l'étape de réplication. D'autres composés, deux depsidones et cinq diphényléthers, ont été testés sur l'enzyme Protéine Tyrosine Phosphatase 1B (PTP1B) qui est une cible d'intétêt dans le traitement du diabète de type 2 et le cancer du sein. Les deux depsidones (acide lobarique, acide norlobarique) et un diphényléther, l'anhydro-sakisacaulon A, ont montré une inhibition de PTP1B avec des CI₅₀ similaires au témoin acide ursolique. La modélisation de cette enzyme ayant été réalisée en parallèle, les études de docking ont permis de proposer des mécanismes d'interactions mis en jeu lors de l'inhibition de PTP1B par ces métabolites secondaires lichéniques et d'envisager l'optimisation structurale de ces composés en vue d'augmenter leur activité. / Total fatty acids (FA) of ten species of Stereocaulon in addition to cyanolichens and one cyanobacterium were studied. FA profiles based on saturated-, unsaturated- and branched chain-FAs were compared using a hierarchical ascendant classification. Cyanolichens differed from the Stereocaulon genus according iso- and anteiso-FAs profiles while no differences were seen according the other FAs families. The phytochemical study of Stereocaulon evolutum, harvested in Brittany, led to isolation and identification of 22 secondary metabolites. Two were new for lichens. Among the isolated compounds, seven compounds were structurally close to atranorin, a common and abundant depside in the Stereocaulon genus. In a previous screening, atranorin exhibited a noteworthy HCV inhibition, thus six lichen compounds and two synthetic molecules were also tested. Atranorin and methyl 4-O-demethylbarbatate were the most potent without any cytotoxicity, the first being active towards the virus penetration and the latter against the virus replication. Two depsidones and five diphenylethers were also isolated and were evaluated on the Protein Tyrosine Phosphatase 1B (PTP1B), a promising target for type 2 mellitus diabetis and breast cancer. Both depsidones (lobaric acid, norlobaric acid) and the diphenylether anhydrosakisacaulon A were as potent as the positive control ursolic acid. Simultaneously, a molecular docking study between PTP1B and the seven compounds suggested the most significant interactions to conceive possible more active compounds.

This thesis is focused on the diversity of lichen photobionts and its relation to the mycobionts and environmental factors. The key objective is to map the diversity of lichen photobionts of the genus Stereocaulon, which has been insufficiently examined in comparison with related lichens Cladonia and Lepraria. In total, 92 samples belonging to 12 species of genus Stereocaulon were examined, being found in four continents, at the altitude of 50 to 2 900 metres a. s. l., and variety of natural and artificial substrata. Phylogenetic analyses were inferred on the basis of ITS rDNA, actin type I, 18S rDNA and rbcL sequences. Photobionts belonging to two unrelated genera within Trebouxiophyceae, Asterochloris and Chloroidium, were found in thalli of Stereocaulon lichens. While Asterochloris represents one of the most frequent photobionts of various lichens, Chloroidium has been until now recorded as a lichen photobiont very rarely. The content of heavy metals in substratum can be considered as a determinative factor for its occurrence. A new lineage affiliated to genus Asterochloris was discovered on the island La Palma (the Canary Islands). Interestingly, none of common, widespread Asterochloris lineages has been found in this locality. The lichen photobionts of the genus Stereocaulon were discovered in 12 of...

Des études morphologiques, phylogénétiques et des analyses phytochimiques ont été menées sur neuf espèces de lichens fruticuleux du genre Stereocaulon à partir d'échantillons provenant de zones tropicales (Indonésie, Île de la Réunion) et de zones tempérées (France, Italie). Les divers résultats et la comparaison des observations ont permis de préciser certains éléments pour la classification et la diagnose très délicate de ces lichens et de sélectionner deux espèces pour une analyse plus approfondie de leurs métabolites secondaires. L'étude phytochimique a été conduite sur S. halei et S. montagneanum, qui ont été récolté dans l'île de Sumatra. Parmi la quinzaine de métabolites isolés, certains sont communs à ces deux espèces et correspondent à un depside abondant, l'atranorine et des dérivés mono-aromatiques associés. Des depsidones différencient les deux espèces comme l'acide lobarique et des dérivés dans S. halei, l'acide lobariolcarboxylique étant isolé pour la première fois et caractérisé sous forme de conformères. Dans S. montagneanum, ce sont l'acide stictique et des dérivés qui ont été identifiés. Ces profils métaboliques différents rejoignent les résultats de l'étude phylogénétique qui distingue respectivement S. halei et S. montagneanum dans les sous-genres Aciculisporae et Holostelidium. Malgré des activités inégales, aucun des 6 composés obtenus en quantité suffisante pour des test à visée photoprotective ne montre de résultat remarquable. Certains composés de type mycrosporine ont été caractérisés dans diverses parties du pseudopodétion et pourraient aussi présenter un intérêt pour la compréhension des répartitions métaboliques au sein des lichens tripartites.