Cette thèse s’articule autour de deux grands axes indépendants. Le premier s’aligne sur les intérêts du groupe Collins pour la photocatalyse avec des complexes à base de cuivre. La photocatalyse apparait comme une branche de la chimie permettant de débloquer des réactivités difficilement accessibles par la chimie thermique. Si la majorité des réactions photocatalysées utilise des catalyseurs à base de ruthénium ou d’iridium, les complexes de cuivre(I) sont une alternative digne d’intérêt. Cependant, une connaissance plus profonde de la relation structure/activité de ces complexes est encore nécessaire. Cette thèse tentera donc d’apporter des éléments de réponse à cette problématique, en particulier pour les complexes de cuivre(I) hétéroleptiques, possédant un ligand diimine et un ligand diphosphine. Le premier chapitre présente le concept de la photocatalyse et les caractéristiques des photocatalyseurs de cuivre. Une sélection d’exemples de réactions photocatalysées par des complexes de cuivre permet d’établir l’état de l’art pour différents types de mécanismes. Le chapitre 2 présente l’étude de ligands diimine possédant un système π-étendu dans des complexes. Les complexes correspondants ont été étudiés dans trois réactions passant par des voies mécanistiques différentes. Si les complexes sont actifs pour les réactions de transfert d’électrons et d’énergie, ils ne possèdent pas une efficacité supérieure aux complexes précédemment reportés. Le chapitre 3 est une extension du chapitre 2. En effet, les ligands possédant un système π-étendu précédemment reportés ont été modifiés pour pouvoir former des complexes de cuivre avec la diphosphine BINAP. Les nouveaux complexes ont de nouveau été étudiés dans les trois réactions différentes, mais leur activité est semblable à celle des complexes reportés dans le chapitre 2. Les complexes ont aussi été étudiés pour leur activité anticancéreuse, et des résultats prometteurs ont été découverts. Le chapitre 4 résume l’étude d’une bibliothèque étendue de complexes de cuivre(I) pour l’isomérisation d’alcènes E→Z. L’efficacité des complexes dans la réaction est reliée à leurs propriétés photophysiques. Un complexe optimal a été trouvé, et utilisé pour isomériser une série de 25 alcènes différents. L’utilisation de la chimie en flux continu a aussi permis la mise en échelle de la réaction. Enfin un procédé séquentiel ATRA/PI a permis la formation d’alcènes tri- et tétra-substitués à partir d’alcynes et de chlorures de sulfonyles. Le deuxième axe de cette thèse se base sur le développement de diynes-1,3 pour leur utilisation dans les réactions de « click » promues par la tension. Le chapitre 6 introduit les concepts de chimie « click » et de cycloaddition alcyne-azoture promue par la tension (SPAAC), et l’état de l’art des diynes-1,3 et des alcynes tendus. Le chapitre 7 présente donc le développement d’une nouvelle classe de diynes-1,3 tendus pour la réaction de SPAAC. La vitesse de la réaction est étudiée et des calculs computationnels viennent corroborer la réactivité observée. Un diyne-1,3 , 3,5-TPDY, a été utilisé dans une application de bioligation, et son utilisation dans une réaction de « click » avec une hydrazine a été montrée. / The thesis is structured around two independent themes. The first concerns the Collins Group's interest in copper-based complexes for photocatalysis. Photocatalysis is a branch of chemistry that aims to unlock reactivities that are difficult to access through thermally-promoted chemistry. While the majority of photocatalytic reactions use ruthenium- or iridium-based catalysts, copper(I) complexes are a valuable alternative, but a deeper understanding of the structure/activity relationship of the complexes is still required. The thesis will describe work to gain a better understanding of the reactivities and behavior of heteroleptic copper(I) complexes possessing a diimine ligand and a diphosphine ligand. The first chapter introduces the concept of photocatalysis and the characteristics of copper-based photocatalysts. A selection of examples of reactions photocatalyzed by copper complexes establishes the state of the art for different types of mechanisms. Chapter 2 presents the study of diimine ligands possessing a π-extended system in copper-based complexes. The corresponding complexes have been studied in 3 different photochemical reactions proceeding through different mechanistic pathways. While the complexes are active in electron and energy transfer reactions, they are not more efficient than previously reported complexes. Chapter 3 is an extension of Chapter 2, in which the π-extended ligands previously reported are modified to form copper complexes with the diphosphine, BINAP. The new complexes are again studied in the 3 different reactions, but their activity is similar to that of the complexes reported in chapter 2. The complexes are also being studied for their anticancer activity, and promising results have been uncovered. Chapter 4 summarizes the study of an extensive library of copper(I)-based complexes for the E→Z isomerization of alkenes. The efficiency of the complexes in the reaction is compared with their photophysical data. An optimal complex is found and used to isomerize a series of 25 different alkenes. The use of continuous flow chemistry also enabled the reactions to be scaled up. Finally, a sequential ATRA/PI process enabled the formation of tri- and tetra-substituted alkenes from alkynes and sulfonyl chlorides. The second theme of the thesis is based on the development of 1,3-diynes for use in strain-promoted "click" reactions. Chapter 6 introduces the concepts of click chemistry and SPAAC, and the state of the art of 1,3-diynes and strained alkynes. Chapter 7 presents the development of a new class of strained 1,3-diynes for the SPAAC reaction called TPDYs. The reaction rates are studied and computational calculations corroborate the observed reactivity. A 1,3-diyne, 3,5-TPDY, is applied to a bioligation process, and its use in a potential new "click" reaction with a hydrazine is shown.

Le cancer est l'une des maladies les plus répandues au Canada étant responsable de plus d'un quart de tous les décès. En effet chaque personne sera un jour ou l'autre touchée par cette maladie, soit personnellement ou par la souffrance d'un proche. Il y a de nombreux types de cancer, mais ils sont tous associés par la prolifération anarchique de cellules anormales dans le corps. Le cancer de la prostate et la leucémie sont deux types de cancer très fréquents dans la population. Le cancer de la prostate est un cancer androgéno-sensible, c'est-à-dire son développement et sa croissance sont stimulés par la liaison des androgènes actifs au récepteur. L'utilisation d'un antiandrogène capable de bloquer cette interaction permet de diminuer la taille du cancer. Cependant, il n'existe présentement aucun antiandrogène capable de lier fortement le récepteur afin de traiter le cancer par sa seule utilisation. Pour cela, plusieurs agents thérapeutiques potentiels ont été synthétisés à l'aide de plusieurs réactions dont une métathèse utilisant le catalyseur de Grubbs. Parmi cet éventail de produits, le meilleur antiandrogène était un noyau 5a-androstane-3a,17P-diol avec, en positition 16a, une chaîne de 3 méthylènes avec un chlorure à son extrémité. Ce type de produit a de plus été modélisé afin de déterminer son interaction avec le récepteur. La leucémie est le type de cancer le plus fréquent chez les enfants, mais peut aussi affecter les adultes. La majorité des traitements présentement utilisés induisent de nombreux effets secondaires pouvant parfois être fatals pour les patients. À l'aide de la chimie combinatoire ou de la chimie en solution, plusieurs librairies de dérivés 2P-amino5a-androstane-3a,17(3-diol ont été synthétisées. L'analyse de l'activité biologique de tout ces composés a permis d'en identifier six ayant une activité antiproliférative sur les cellules leucémiques HL-60 avec des IC50 variant de 0.58 à 6.4 uM. La plupart de ces produits affectent le cycle cellulaire en bloquant les cellules leucémiques dans la phase G[ du cycle, tandis que d'autres induisent aussi la différenciation. De plus, quelques candidats ont démontré une sélectivité pour les cellules cancéreuses puisqu'ils n'ont aucun effet sur les cellules humaines normales.

Les séquences d’ADN et d'ARN riches en Guanines peuvent adopter des conformations inhabituelles connues sous le nom de G-quadruplexes (G4). Les topologies et les formes de ces structures fascinantes sont très diverses. Les G4 sont stabilisés par la présence de cations monovalents et des liaisons Hydrogène de type Hoogsteen. De petites molécules contribuent également à la formation de formes stables, principalement par des interactions d'empilement π - π. Bien que les G4 soient connus depuis des décennies, l'intérêt de la communauté scientifique a été stimulé par la découverte de leur effet potentiellement inhibiteur sur la télomérase, une transcriptase inverse impliquée dans la transformation maligne de la plupart des cellules cancéreuses. En ce qui concerne la télomérase, le cancer et G4, plusieurs groupes ont été impliqués dans la découverte de nouveaux stabilisateurs G4 qui peuvent indirectement inhiber l'enzyme. Des centaines de ligands ont été identifiés par ce biais au cours de la dernière décennie et c'est encore un domaine très actif. Prenant en compte les avantages et la facilité qu'offre l'identification de nouvelles structures à l'aide de techniques de calcul grâce à des modèles mathématiques simples et reproductibles, nous avons entrepris un criblage à haut débit et à faible coût de calcul afin d’identifier de nouveaux ligands G4. Avec l'utilisation de la modélisation QSAR nous pouvons prédire l’IC50 d'un ensemble de composés congénères. Nous avons également été en mesure de relier les descripteurs moléculaires qui apparaissent dans nos modèles avec des caractéristiques structurales que les études de la littérature scientifique et SAR ont rapportés dans les études précédentes, pour un ensemble de ligands congénères. En outre, nous avons construit des modèles différents utilisant des ensembles non congénères de composés en appliquant une stratégie de consensus et pu identifier six ligands approuvés par la FDA qui stabilisent les structures G4. Par la suite, en appliquant des techniques non linéaires et un processus pour le traitement de la base de données que nous avons contruite à partir de publications antérieures, nous avons effectué un criblage virtuel de plus de 500 000 ligands d'une base de données commerciale de composés. Nous avons pu identifier de nouveaux ligands avec une puissance plus forte que les précédentes, qui peuvent également stabiliser d’autres structures G4 impliqués dans les processus liés au cancer. Ces observations ouvrent un spectre large de possibilités à explorer. Malgré les limites des techniques de modélisation QSAR explorées tout au long de ce travail, nous considérons qu'elles peuvent être combinées et utilisées avec soin pour répondre à la recherche de nouveaux stabilisateurs G4. / DNA and RNA G-rich sequences can adopt unusual arrangements that are known as G-quadruplexes (G4). The topologies and forms of these fascinating structures are very diverse. G4 are stabilized by the presence of monovalent cations and Hoogsteen Hydrogen bonds. Small molecules also contribute to the formation of stable forms mainly via π-π stacking interactions. Although G4s are known for decades, interest in this field started with their potential effect on inhibition of telomerase enzyme, a Reverse Transcriptase involved in the malignant transformation of most cancer cells. With regards to telomerase, cancer and G4, several groups have been involved in the discovery of new G4 stabilizers that would indirectly inhibit the enzyme. Most of the G4 ligands were identified following this paradigm. Hundreds of ligands have been identified during the past decade and this is still a very active field in science. Taking into account the advantages and easiness that offers the identification of new structures using computational techniques we built single and reproducible mathematical models with high screening capacity and low computational cost in order to use them on the identification of G4 ligands. With the use of QSAR modelling we can predict the telIC50 of a congeneric set of compounds. We have also been able to relate the molecular descriptors that appear in ours models with some structural features that scientific literature and SAR studies have reported in previous studies as appropriated for describing the above mentioned activity, also for congeneric set of ligands. Moreover, we built different models using non congeneric sets of compounds applying a consensus strategy and could identify six FDA approved ligands that stabilize G4 structures. Subsequently, by applying nonlinear techniques and a process for the cure of the database proposed for us in previous publications, we have performed a virtual screening of more than 500 000 ligands from a commercial database of compounds, followed of structure-based model in order to reduce the number of candidates. We were able to identify new ligands with stronger potency than the previous ones, which can also stabilize other G4 structures involved in processes related to cancer. These observations open a wide-ranging spectrum of possibilities to be explored. Despite the limitations of the QSAR modelling techniques explored along this work, we consider they can be combined and used carefully to address the search for new G4 stabilizers.

L’objectif de ces travaux est de découvrir et de valoriser des petites molécules organiques inhibant l’influx de l’iode dans les cellules thyroïdiennes. Ces composés présentent en effet un double intérêt : à court terme, ils peuvent être dérivés en biosondes afin de mieux caractériser les protéines impliquées dans les mécanismes de transport d’iode par génétique chimique directe. A plus long terme, ces inhibiteurs représentent des candidats-médicaments potentiels pour le traitement de pathologies thyroïdiennes et/ou pour la protection de populations exposées aux radioisotopes de l’iode. Pour chacune des deux familles d’inhibiteurs considérées, nous avons donc tout d’abord synthétisé une chimiothèque d’une centaine d’analogues ; puis ces derniers ont été évalués biologiquement afin de fournir un ensemble de relations structure-activité. Par ailleurs, la configuration absolue des centres stéréogènes nécessaire à l’activité biologique a été déterminée : dans chacun des cas, une stéréochimie particulière est responsable du pouvoir inhibiteur des composés. A partir de ces informations, une dizaine d’analogues « de seconde génération » a été synthétisée dans chaque famille, en combinant plusieurs modifications structurales contribuant à l’activité biologique. Après évaluation biologique, neuf d’entre eux possèdent des IC50 < 6 nM et des propriétés physico-chimiques satisfaisantes pour des candidats-médicaments. Enfin, dans chaque famille, une biosonde photoactivable biotinylée a été synthétisée et utilisée en photomarquage d’affinité. Plusieurs protéines marquées spécifiquement ont été repérées, qui correspondraient à des protéines-cibles de chacun des inhibiteurs et dont l’identification reste à achever. / This work was intended to discover small organic molecules acting as iodide uptake inhibitors in thyroid cells. These compounds can indeed be derivatized into biochemical probes for further characterization of proteins involved in iodide transport mechanisms. On the long term, these inhibitors also appear as attractive drug candidates for treatment of thyroid pathologies or radioprotection against iodine isotopes. A similar strategy was adopted for both of the two inhibitor families. First, we synthesized a chemical library of around 100 analogues; we measured their IC50 against iodide uptake in FRTL-5 cells to get structure-activity relationships. Absolute configuration of stereogenic centers was also investigated, and a preferential stereochemistry was found to be responsible for activity. From this basis, around twenty « second-generation » analogues were synthesized by combining fragments contributing to biological activity. Biological evaluation indicated that nine were very potent inhibitors, with IC50 < 6 nM and satisfying physicochemical properties required for drug candidates. Finally, one photoactivatable biotinylated probe was developed in each family and used for photoaffinity labeling. Several specifically labeled proteins are still under identification and constitute new potential therapeutic targets.

Ce projet de recherche se focalise sur les infections par mycobacterium ulcerans (maladie de l’ulcère de Buruli), une maladie de la peau dévastatrice caractérisée par la formation de lésions nécrotiques progressives et l’absence d’une réponse inflammatoire. Bien que négligée, cette infection est la troisième maladie mycobactérienne la plus répandue après la tuberculose et la lèpre et des cas sont rapportés dans plus de 30 pays à travers le monde. Mycobacterium ulcerans sécrète une toxine polycétidique complexe, appelée mycolactone A/B, qui est directement responsable des effets pathogènes de la maladie. Depuis sa découverte, les propriétés biologiques inhabituelles de la mycolactone A/B ont suscité de nombreux efforts de recherche dans différents domaines. Dans ce contexte, ce projet s’intéresse à l’élucidation du mécanisme d’action des mycolactones en utilisant la synthèse totale comme outil principal. Dans cette optique, notre équipe a mis en place une voie de synthèse permettant un accès facile et robuste à différents mimes de mycolactone. L’utilisation de cette méthode a conduit à la préparation de 13 mimes de la toxine au cours de cette thèse. D’autre part notre équipe s’intéresse également à la préparation de mimes possédant un ou plusieurs atomes de fluor. Ces derniers présentent un intérêt particulier pour améliorer la compréhension des interactions ayant lieu entre la toxine et sa cible cellulaire. Les travaux réalisés autours de la synthèse de mycolactones fluorés ont conduit à la mise au point d’une méthode générale et simple pour introduire un groupe trifluorométhyle sur un alcyne terminal, permettant ainsi des modulations inédites de la structure de la toxine. / This research project focuses on mycobacterium ulcerans infection (Buruli ulcer disease), a severe skin disease characterized by the formation of progressive necrotic lesions and the lack of an acute inflammatory response. Although neglected, this infection is the third most common mycobacteriosis after Mycobacterium tuberculosis and Mycobacterium leprae, and cases are reported in more than 30 countries worldwide. Mycobacterium ulcerans secretes a complex polyketidic macrolide, called mycolactone A/B, which is directly involved in the biological effects of the disease. Since its discovery, the unusual biology triggered by this toxin has spurred research efforts. In this context, this research project aims at a better understanding of mycolactone A/B molecular interactions by using total synthesis as main tool. To this end, our research team has developed an efficient synthetic pathway allowing the preparation of different mimetics of the toxin. This synthesis has been used to prepare thirteen new mycolactone mimetics during this thesis. Moreover our team has also been interested in the synthesis of fluorinated mycolactone analogs. Such fluorinated mycolactones are of great interest to improve the interactions that occur between the toxin and its biological binding site. Work in this field led to the development of a simple and general method to introduce a trifluoromethyl group onto a terminal alkyne, allowing novel modulation of the structure of the toxin.

La transglutaminase tissulaire (TG2) est une enzyme de la famille des transglutaminases (EC 2.3.2.13) qui est exprimée de manière ubiquitaire chez les mammifères. Cette enzyme catalyse la formation d'une liaison amide intra- ou intermoléculaire entre un résidu glutamine et un résidu lysine. Ce processus biologique conduit à la modification post-traductionnelle des protéines. Un nombre croissant de publications associe la surexpression de cette enzyme et la déréglementation de son activité, avec un certain nombre de pathologiques humaines telles que les maladies neurodégénératives (maladie d’Alzheimer, maladie de Huntington, maladie de Parkinson), la fibrose tissulaire, certains cancers et la maladie cœliaque. Le développement d'inhibiteurs puissants et sélectifs de la TG2 est primordial pour identifier soit des outils pharmacologiques pour comprendre les processus biologiques dépendant de cette enzyme ou soit des candidats médicaments pour traiter les pathologies liées à la surexpression de la TG2. La majorité des composés inhibiteurs synthétisés jusqu'à présent agissent en bloquant de manière irréversible la réaction de transamidification de la TG2 en ciblant spécifiquement la cystéine 277 présente dans le site actif de la TG2.L’objectif de ce travail a été d’identifier et de sélectionner des molécules de faible poids moléculaire inhibant de façon sélective et puissante l’activité de transamidification de la TG2. Nous présenterons l’optimisation de deux séries originales de composés (synthèse, études de relation de structure-activité) comportant un noyau aromatique central de type naphtalénique ou indolique et une fonction acrylamide comme accepteur de Michael pour piéger la fonction thiol de la cystéine 277. Un certain nombre de composés synthétisés montre une inhibition nanomolaire de la TG2 (IC50 = 1.7-6 nM) avec un excellent profil de sélectivité vis-à-vis de TG1, TG6 et FXIIIa (IC50 > 10 µM). Ces inhibiteurs inhibent efficacement la TG2 dans des extraits de tissus et de cellules. Aucune toxicité apparente n’a été observée pour des concentrations inférieures à 10 µM d’inhibiteur sur les lignées vSMCs et SH-SY5Y. Les valeurs de KI, kinact et kinact/KI ont été également déterminés sur deux inhibiteurs sélectionnés (23b et 78f) pour leurs activités biologiques. La formation d’une liaison covalente entre la cystéine 277 de la TG2 et ces deux inhibiteurs a été prouvée par digestion trypsique suivie d’une analyse LC-MS/MS / Tissue transglutaminase (TG2) is a ubiquitously expressed enzyme of the mammalian transglutaminase (TG) family which catalyzes the formation of an intra- or inter-molecular isopeptide bond between a glutamine and a lysine, leading to the post-translational modification of proteins. An increasing number of literature has associated the over-expression of this enzyme, and the deregulation of its activity, with a number of human physio-pathological states like neurodegenerative disorders (Alzheimer’s disease, Huntington’s disease, Parkinson’s disease), tissue fibrosis, certain cancers, and celiac disease. The development of potent and selective TG2 inhibitors has become primordial to reach either a pharmacological probe, to understand the biological processes that depend on this enzyme, or a drug candidate, to treat the pathologies related with its overexpression. The majority of the inhibitory compounds synthesized so far act by irreversibly blocking the transamidation reaction of TG2. These TG2 inhibitors specifically target the cysteine 277 present in the TG2 active site. The aim of this work was the identification and selection of new potent and selective small molecules to inhibit the TG2 transamidation activity. We present the optimization of two new series of compounds (synthesis, structure-activity relationship studies) bearing naphthalene or indole aromatic rings as the central backbone structure. Both series present an acrylamide group as the Michael acceptor in order to react with the thiol group of cysteine 277. Several of the synthesized compounds showed a nanomolar inhibition over TG2 (1.7-6 nM) with an excellent selectivity profile over TG1, TG6 and FXIIIa (IC50 > 10 µM). These inhibitors showed high specificity on inhibiting TG2 in tissue and cell extracts. No apparent toxicity up to 10 µM was observed in vSMCs and SH-SY5Y cell lines. Their KI, kinact et kinact/KI were also determined on two selected inhibitors (23b and 78f) for their biological activities. The formation of a covalent bond between the cysteine 277 of TG2 and these two inhibitors was proven by tryptic digestion followed by LC-MS/MS analysis

Les transporteurs vésiculaires du glutamate (VGLUTs) sont impliqués dans la recapture du glutamate du cytosol vers les vésicules présynaptiques. Depuis leurs caractérisations récentes en 2000, leurs implications dans plusieurs maladies neurodégénératives ont été démontrées. Ils jouent ainsi un rôle primordial dans la transmission nerveuse glutamatergique. Deux colorants naturels, le Rose Bengale et le Bleu Trypan, restent les meilleurs inhibiteurs connus à ce jour, avec respectivement des CI50 de 25 et 50 nM. Dans un premier temps, nous avons conçu et optimisé une série d'analogues basée sur le synthon Rose Bengale (inhibiteur non-compétitif). Ce travail a notamment permis de mettre en évidence l'effet des formes tautomères (quinone et lactone) sur l'inhibition des VGLUTs. Ainsi la forme quinonique, présente à pH physiologique, a été confirmée comme étant la seule capable de bloquer la recapture du glutamate. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à la famille du Bleu Trypan (inhibiteur compétitif) et nous avons déterminé la structure minimale active avec l'objectif de rendre ces molécules plus " drug-like ". En effet, l'intérêt de ce projet est de développer de petites structures aisément radiomarquables pour une utilisation dans un contexte physio-pathologique.

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.

L'ulcère de Buruli est une maladie nécrosante de la peau et des tissus mous accompagnée d'ulcères de grandes tailles, causée par une mycobactérie. L’Organisation Mondiale de la Santé a lancé en 1998 une initiative mondiale contre cette maladie tropicale négligée, présente notamment en Afrique et en Australie. L'infection est causée par Mycobacterium ulcerans, mycobactérie faisant partie de la même famille que les mycobactéries responsables de la tuberculose et de la lèpre. Mycobacterium ulcerans sécrète une toxine nommée mycolactone, responsable de cette infection. Cette toxine a des propriétés cytotoxiques et immunosuppressives. Le projet de recherche développé dans l'équipe concerne la synthèse et l'évaluation biologique des mycolactones A et B et de leurs analogues. A l'heure actuelle, la première étude relation structure-activité conduisant à une meilleure compréhension du mode d'action des mycolactones a été établie. La stratégie de synthèse choisie implique plusieurs réactions de couplage catalysées par des métaux (fer, cuivre, palladium) pour la création de liaisons carbone-carbone. La stéréochimie des sept alcools secondaires a quant à elle été contrôlée par des réactions d'allyl-et crotylboration asymétrique ainsi que par des réactions de dihydroxylation catalytique et asymétrique. Au cours de ce travail de thèse, 12 analogues ont ainsi été obtenus en appliquant cette voie de synthèse. / Buruli ulcer, a severe necrotizing skin disease caused by Mycobacterium ulcerans, is one of the most neglected tropical diseases. The World Health Organization has started in 1998 a Global Initiative against this disease. The pathogen belongs to the same family as the mycobacteria responsible for tuberculosis and leprosy and 6000 new cases are registered each year. Infection leads to extensive destruction of the skin and soft tissues with the formation of large ulcers usually on the legs or the arms and can caver up 15% of the skin surface. These effects are due to the presence of the bacterial toxins mycolactones, secreted by M ulcerans. Mycolactones are the first polyketides isolated from a human pathogen. Deciphering their functional interactions is of fundamental importance for the understanding and ultimately the control of this devastating mycobacterial infection. A Diverted Total Synthesis approach of mycolactones analogues has been developed and provides the first insights into their structure-activity relationship based on cytopathic assays on L929 fibroblasts.

Le traitement et le diagnostic de maladies d'origine génétique suscite un grand intérêt à l'heure actuelle. De par leur spécificité d'appariement avec les acides nucléiques, les oligonucléotides possèdent un grand potentiel dans ce domaine. Ils se heurtent toutefois à des limitations majeures, dont leur faible stabilité en milieu physiologique et la difficulté qu'ils ont à franchir les membranes biologiques. De nombreuses équipes de recherche s'intéressent, afin de pallier ces limitations, à la conception et à la synthèse d'oligonucléotides chimiquement modifiés. Parmi ceux-ci, les Locked Nucleic Acids (LNA), présentant une modification qui consiste en l'insertion d'un pont −O−CH2− entre l'atome C2' et l'atome C4' du sucre, constituent une famille qui semble posséder les propriétés requises. Ils sont considérés comme des candidats très prometteurs en tant qu’agents thérapeutiques et qu’outils de diagnostic du génome. La caractérisation de la stabilité et de la sélectivité d'appariement entre les LNA et les acides nucléiques naturels est, dans ce contexte, important.<p><p>Dans ce travail, nous avons étudié la stabilité, la sélectivité d'appariement ainsi que la dynamique de la structure double brin d'un oligonucléotide hybride LNA-DNA, et nous avons comparé ces propriétés à celles d'un oligonucléotide DNA-DNA de même séquence. Ce dernier est constitué de 11 paires de bases formées par l'appariement du brin 5'-GCGTGTGTGCG-3' avec le brin 3'-CGCACACACGC-5'. Dans le cas de l'hybride, les nucléotides du second brin sont tous remplacés par des LNA.<p><p>La stabilité a été étudiée expérimentalement par différentes techniques :spectroscopie d'absorption UV, calorimétrie différentielle à balayage, résonance magnétique nucléaire et calorimétrie à titrage isotherme. Ces études montrent que la stabilité du duplexe hybride est plus importante que celle du naturel, et que ce phénomène s'explique par un terme entropique plus favorable pour la formation du duplexe LNA-DNA que pour la formation du duplexe DNA-DNA.<p><p>La sélectivité d'appariement a été étudiée en comparant la stabilité des deux oligonucléotides étudiés avec celle d'oligonucléotides présentant un mésappariement dans la séquence. Nos résultats montrent que la sélectivité d'appariement du brin LNA n'est pas significativement différente de celle du brin DNA. Ce résultat ne doit cependant pas être généralisé car nous n'avons testé qu'une position centrale pour le mésappariement.<p><p>L'étude de la dynamique de la structure des oligonucléotides a été effectuée par RMN et porte sur la caractérisation de la cinétique de l'ouverture individuelle des paires de bases. Nous observons que la durée de vie de l'état fermé des paires de bases G-C est supérieure dans l'oligonucléotide LNA-DNA, tandis que l'état fermé des paires A-T semble posséder une durée de vie supérieure dans l'oligonucléotide DNA-DNA.<p><p>Au cours de ce travail de thèse nous avons pu caractériser les facteurs énergétiques à la base de la stabilité accrue des oligonucléotides chimiquement modifiés de type LNA. Nous avons montré que leur sélectivité d’appariement n’est pas toujours supérieure à celle des oligonucléotides naturels et dépend des séquences impliquées. Enfin, nous avons mis en évidence les différences entre la dynamique de la structure d’un oligonucléotide possédant des LNA et celle d’un duplexe DNA. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished