Les résistances aux traitements actuels contre le cancer imposent de trouver de nouvelles cibles thérapeutiques. Une de ces cibles est le réseau vasculaire assurant un apport suffisant en nutriments et en oxygène à la tumeur, et permettant l’apparition de métastases. Détruire la vascularisation de la tumeur par l’utilisation d’agents antivasculaires (VDA)revient à l’asphyxier et à l’affamer, inhibant ainsi la prolifération des cellules tumorales et empêchant le processus métastatique. L’objectif de ce travail de thèse a été d’étudier des analogues contraints de l’isocombrétastatine A-4 (isoCA-4), une molécule phare du laboratoire, ayant un excellent pouvoir d’inhibition de la polymérisation de la tubuline et présentant une activité antivasculaire. Ces structures dont la double liaison est incluse dans différents types de cycles C,ont été étudiées également afin d’évaluer l’influence de l’angle dièdre formé par les noyaux A et B sur les activités biologiques des divers types de structures. Préalablement sélectionnés par modélisation moléculaire, ces analogues contraints sont de type 1-arylnaphtalène, 5-arylbenzoxépine ou 4-arylchromène et ont été préparés par des voies d’ accès originales développées dans le cadre de cette thèse. Parmi les composés synthétisés, l’analogue de type benzoxépine 3-53est aussi cytotoxique que l’isoCA-4 et possède un pouvoir d’inhibition de la polymérisation de la tubuline équivalent. Une évaluation plus poussée de son profil biologique, ainsi que celle des meilleurs représentants de chaque série chimique est actuellement en cours. / Most tumor cells rely on an efficient vascular supply for their survival, making the tumor vasculature an attractive target for anti-cancer therapy. This thesis aimed at the design and synthesis of constrained analogues of isocombretastatin A-4(isoCA-4), an antivascular agent developed in the laboratory, which exerts excellent cytotoxicities against a large panel ofcancer cell lines, and strongly inhibits tubulin polymerization. Conformationally restricted analogues of isoCA-4,featuring 1-arylnaphthalene, 5-arylbenzoxepine or 4-arylchromene skeletons were designed by computational studies andprepared by novel synthetic strategies. Of all synthesized compounds, benzoxepine analogue 3-53 strongly inhibits tubulinpolymerization and shows excellent cytotoxicities against several human cancer cell lines.

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

Industrial chemicals in European Union produced or imported in volumes above 1 tonne annually, necessitate a registration within REACH. A common problem, concerning these chemicals, is deficient information and lack of data for assessing the hazards posed to human health and the environment. Animal studies for the type of toxicological information needed are both expensive and time consuming, and to that an ethical aspect is added. Alternative methods to animal testing are thereby requested. REACH have called for an increased use of in silico tools for non-testing data as structure-activity relationships (SARs), quantitative structure-activity relationships (QSARs), and read-across. The main objective of the studies underlying this thesis is related to explore and refine the use of in silico tools in a risk assessment context of industrial chemicals. In particular, try to relate properties of the molecular structure to the toxic effect of the chemical substance, by using principles and methods of computational chemistry. The initial study was a survey of all industrial chemicals; the Industrial chemical map was created. A part of this map was identified including chemicals of potential concern. Secondly, the environmental pollutants, polychlorinated biphenyls (PCBs) were examined and in particular the non-dioxin-like PCBs (NDL-PCBs). A set of 20 NDL-PCBs was selected to represent the 178 PCB congeners with three to seven chlorine substituents. The selection procedure was a combined process including statistical molecular design for a representative selection and expert judgements to be able to include congeners of specific interest. The 20 selected congeners were tested in vitro in as much as 17 different assays. The data from the screening process was turned into interpretable toxicity profiles with multivariate methods, used for investigation of potential classes of NDL-PCBs. It was shown that NDL-PCBs cannot be treated as one group of substances with similar mechanisms of action. Two groups of congeners were identified. A group including in general lower chlorinated congeners with a higher degree of ortho substitution showed a higher potency in more assays (including all neurotoxic assays). A second group included abundant congeners with a similar toxic profile that might contribute to a common toxic burden. To investigate the structure-activity pattern of PCBs effect on DAT in rat striatal synaptosomes, ten additional congeners were selected and tested in vitro. NDL-PCBs were shown to be potent inhibitors of DAT binding. The congeners with highest DAT inhibiting potency were tetra- and penta-chlorinated with 2-3 chlorine atoms in ortho-position. The model was not able to distinguish the congeners with activities in the lower μM range, which could be explained by a relatively unspecific response for the lower ortho chlorinated PCBs. / Den europeiska kemikalielagstiftningen REACH har fastställt att kemikalier som produceras eller importeras i en mängd över 1 ton per år, måste registreras och riskbedömmas. En uppskattad siffra är att detta gäller för 30 000 kemikalier. Problemet är dock att data och information ofta är otillräcklig för en riskbedömning. Till stor del har djurförsök använts för effektdata, men djurförsök är både kostsamt och tidskrävande, dessutom kommer den etiska aspekten in. REACH har därför efterfrågat en undersökning av möjligheten att använda in silico verktyg för att bidra med efterfrågad data och information. In silico har en ungefärlig betydelse av i datorn, och innebär beräkningsmodeller och metoder som används för att få information om kemikaliers egenskaper och toxicitet. Avhandlingens syfte är att utforska möjligheten och förfina användningen av in silico verktyg för att skapa information för riskbedömning av industrikemikalier. Avhandlingen beskriver kvantitativa modeller framtagna med kemometriska metoder för att prediktera, dvs förutsäga specifika kemikaliers toxiska effekt. I den första studien (I) undersöktes 56 072 organiska industrikemikalier. Med multivariata metoder skapades en karta över industrikemikalierna som beskrev dess kemiska och fysikaliska egenskaper. Kartan användes för jämförelser med kända och potentiella miljöfarliga kemikalier. De mest kända miljöföroreningarna visade sig ha liknande principal egenskaper och grupperade i kartan. Genom att specialstudera den delen av kartan skulle man kunna identifiera fler potentiellt farliga kemiska substanser. I studie två till fyra (II-IV) specialstuderades miljögiftet PCB. Tjugo PCBs valdes ut så att de strukturellt och fysiokemiskt representerade de 178 PCB kongenerna med tre till sju klorsubstituenter. Den toxikologiska effekten hos dessa 20 PCBs undersöktes i 17 olika in vitro assays. De toxikologiska profilerna för de 20 testade kongenerna fastställdes, dvs vilka som har liknande skadliga effekter och vilka som skiljer sig åt. De toxicologiska profilerna användes för klassificering av PCBs. Kvantitativa modeller utvecklades för prediktioner, dvs att förutbestämma effekter hos ännu icke testade PCBs, och för att få ytterligare kunskap om strukturella egenskaper som ger icke önskvärda effekter i människa och natur. Information som kan användas vid en framtida riskbedömning av icke-dioxinlika PCBs. Den sista studien (IV) är en struktur-aktivitets studie som undersöker de icke-dioxinlika PCBernas hämmande effekt av signalsubstansen dopamin i hjärnan.