Le but de cette thèse est de montrer la réponse de la membrane mitochondriale au cours la régulation de l’apoptose en étudiant l’effet de domaines clés sur la dynamique membranaire et l’importance de la composition phospholipidiques des modèles utilisés. Le domaine BH4 est la partie spécifique anti-apoptotique de la famille Bcl-2. La première étape a été de synthétiser le peptide par voie chimique en utilisant la synthèse peptidique en phase solide. Un protocole décrivant les étapes de purification par chromatographie liquide et de caractérisation par spectroscopie de masse, garantissant une pureté indispensable pour des études biophysiques, a été établi. La modification de la structure secondaire du peptide interagissant avec des vésicules a été étudiée par spectroscopie infrarouge ainsi que par dichroïsme circulaire. Le peptide s’agrège à la surface et s’insère peu profondément dans la partie hydrophobe de la membrane. En utilisant la résonance magnétique nucléaire (RMN) et la calorimétrie, il a été montré que le peptide BH4 modifie l’organisation et la dynamique des liposomes mimant la surface mitochondriale. La deuxième étude a porté sur la première hélice de la protéine pro-apoptotique Bax (Bax-a1) qui a la propriété de diriger la protéine cytosolique vers la mitochondrie. Un protocole de synthèse et purification a été à nouveau établi. Le but de cette étude est de démontrer le rôle de l’interaction spécifique entre la cardiolipine, un phospholipide uniquement présent dans la mitochondrie et le peptide Bax-a1. Les études RMN ont montré que Bax-a1 n’interagissait uniquement que si la cardiolipine était présente, produisant un fort effet électrostatique piégeant le peptide à la surface de la membrane. Enfin, un nouveau protocole permettant d’étudier la réponse des lipides de mitochondries isolées toujours actives par RMN est présenté. Le but est de pouvoir directement observer les modifications subies par chaque phospholipide de la mitochondrie. . / The aim of this thesis was the investigation of the mitochondrial response mechanisms upon apoptotic stimuli. The specific objectives were the biophysical characterization of membrane dynamics and the specific roles of lipids in the context of apoptotic regulation occurring at the mitochondrion and its complex membrane systems. The BH4 domain is an anti-apoptotic specific domain of the Bcl-2 protein. Solid phase peptide synthesis was used to produce large amount of the peptide for biophysical studies. A protocol has been established and optimized, guarantying the required purity for biophysical studies. In detail the purification by high performance liquid chromatography and the characterisation via mass spectroscopy are described. The secondary structure of BH4 changes significantly in the presence of lipid vesicles as observed by infrared spectroscopy and circular dichroism. The BH4 peptide aggregates at the membrane surface and inserts slightly into the hydrophobic part of the membrane. Using nuclear magnetic resonance (NMR) and calorimetry techniques, it could even be shown that the BH4 domain modifies the dynamic and organization of the liposomes which mimic a mitochondrial surface. The second study was on the first helix of the pro-apoptotic protein Bax. This sequence called Bax-a1 has the function to address the cytosolic Bax protein to the mitochondrial membrane upon activation. Once again a protocol has been established for the synthesis and purification of this peptide. The aim was to elucidate the key role of cardiolipin, a mitochondria-specific phospholipid, in the interaction of Bax-a1 with the mitochondrial membrane system. The NMR and circular dichroism studies showed that Bax-a1 interacts with the membrane models only if they contain the cardiolipin, producing a strong electrostatic lock effect which is located at the membrane surface. Finally, a new NMR approach was developed which allows the investigation of the lipid response of isolated active mitochondria upon the presence of apoptotic stimuli. The goal was there to directly monitor lipid specific the occurring changes during these physiological activities.

La liaison peptidique au sein d’un peptide ou d’une protéine est d’ordinaire plane et en conformation trans pour la majorité des acides aminés. La situation est un peu différente en amont d’une proline : la barrière thermodynamique qui s’oppose à la rotation de la liaison amide est plus faible et la tendance de la liaison à rester plane est un peu moins grande. Cette liaison AA-Pro peut donc adopter une conformation cis, entraînant la formation d’un coude prononcé dans une chaîne peptidique à son niveau. Ce travail décrit la synthèse et la réactivité chimique de nouveaux analogues bis-azotés de la proline en solution permettant de favoriser la conformation cis d’une liaison AA-ΨPro. L’impact conformationnel que peut engendrer ces résidus au sein de pseudopeptides est également exposé. Dans un premier temps, une nouvelle voie d’accès à la α-azaproline énantiomériquement pure et orthogonalement protégée a été mise au point en exploitant des travaux antérieurs concernant la synthèse d’α-hydrazinoesters et de N-aminodipeptides. L’étude de la réactivité de cette pseudoproline a permis de définir les meilleures conditions de formations de pseudotripeptides de formule P1-AA1-δ-azaPro-AA3-P3. Elle a également orienté les travaux, dans un second temps, vers la synthèse de pseudopeptides incorporant un motif acide pyrazolique. Enfin, la structure des composés préparés a été analysée par RMN, IR et par modélisation moléculaire. L’examen des P1-AA1-δ-azaPro(Boc)-AA3-P3 a révélé la formation par liaison hydrogène d’un pseudocycle en C7, favorisant la conformation trans de la liaison AA1-δ-azaPro, alors que l’absence de la fonction Boc favorise la conformation cis de cette liaison. / The peptidic bond in a peptide or a protein is usually flat and in trans conformation for the majority of amino acids. The situation is a little bit different upstream the proline: the thermodynamic barrier which opposes the rotation of the amide bond is weaker and the tendency of the bond to remain flat is lesser. So, this AA-Pro bond can adopt a cis conformation, leading to the formation of a turn in the peptidic chain. This work describes the synthesis and the chemical reactivity of new bis-nitrogen analogous of proline in solution to facilitate the cis conformation of a AA-PΨPro bond. The conformational impact that these residues may generate in pseudopeptides is also exposed.Initially, a new access road to the orthogonally protected and enantiomerically pure δ-azaproline has been developed by exploiting previous work on the synthesis of α- hydrazinoesters and N-aminodipeptides. The study of the reactivity of this pseudoproline helped define the best conditions for forming pseudotripeptides of formula P1-AA1--δ-azaPro-AA3-P3. It also guided the work, in a second step, towards the synthesis of pseudopeptide incorporating a pyrazole acid motif. Finally, the structure of the prepared compounds was analyzed by NMR, IR and molecular modeling. Examination of the P1-AA1-δ-azaPro(Boc)-AA3-P3 revealed the formation of a pseudocycle C7 by a Hydrogen bond, favoring the trans conformation of the AA1-δ-azaPro bond, while the absence of Boc function seems to favor the cis conformation of this bond.

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.

Le but de cette thèse a concerné le développement de deux types de structures oligomériques contraintes, basées soit sur des dérivés non naturels d’acides aminés cycliques, soit sur des dimères cycliques de Peptide Nucleic Acids (PNA), en vue d’analyser leur tendance à adopter des conformations pré-organisées, imitant les conformations actives des protéines ou des acides nucléiques. La première partie de cette thèse a trait à l’élaboration de synthons clefs dérivant d’acides α-aminés cycliques non naturels (acides 4-oxopipécoliques 6-substitués), à leur utilisation potentielle dans la synthèse de peptidomimétiques contraints, homogènes et hétérogènes, ainsi qu’à leurs limites dans cette utilisation. Dans le cadre de ce travail, une nouvelle voie de synthèse permettant d’accéder à des résidus N-protégés d'acides 4-oxo-pipécoliques 6substitués a été mise au point. La deuxième partie de cette thèse concerne l’élaboration de dimères d’α-PNA (di-α-PNA) cycliques, dans lesquels les chaînes latérales de deux monomères d’α-PNA consécutifs sont «agrafées» via un pont lactame. Une stratégie de synthèse a tout d'abord été développée en phase liquide, puis appliquée à la synthèse en phase solide de di-α-PNA «agrafés» modèles, incorporant des bases nucléiques thymine. / The purpose of this thesis concerned the development of two kinds of constrained oligomeric structures, based either on unnatural cyclic α-amino acids derivatives or on cyclic Peptide Nucleic Acid (PNA) dimers, in view of analyzing their propensity to adopt pre-organized conformations mimicking the active conformations of proteins or nucleic acids. The first part of this thesis reports on the elaboration of new cyclic αamino-acids (6-substituted 4-oxopipecolic acids) building blocks, their potential use in the synthesis of constrained homogenous and heterogeneous peptidomimetics as well as their limitations in this use. As part of this work, a new methodology has been developed for the synthesis of N-protected 6-substituted 4-oxo-pipecolic acids residues. The second part of this thesis reports on the elaboration of constrained α-PNA dimers (di-α-PNA), in which the side-chains of two consecutive α-PNA monomers are “stapled” via a lactam bridge. A synthetic orthogonal strategy has been first developed in liquid-phase then applied to the solid-phase synthesis of models “stapled” di-α PNA incorporating thymine nucleobases.

L'utilisation de peptides en tant qu'agents thérapeutiques est une stratégie très répandue dans le domaine médical, en partie grâce aux propriétés pharmacologiques conférées par leurs structures tridimensionnelles. Des méthodes de fabrication de peptides rentables et respectueuses de l'environnement sont souhaitées pour répondre aux demandes du marché thérapeutique. Les azapeptides sont des analogues peptidiques dans lesquels un ou plusieurs atomes de carbone en α (α-C) d’un acide aminé sont substitués par un azote. Ils offrent des propriétés physicochimiques différentes qui augmentent le potentiel thérapeutique de peptides. La synthèse chimique peptidique traditionnelle se déroule du sens C-terminal vers Nterminal. Cette approche nécessite une utilisation importante de groupes protecteurs et de réactifs de condensation, ce qui crée des charges environnementales dues aux déchets chimiques. En outre, les peptides naturels biologiquement actifs présentent souvent une modification au niveau du C-terminal, ce qui rend ce type de modifications difficiles dans le sens classique de synthèse. Leurs synthèses dans le sens inverse peut surmonter ces limitations. Cependant, peu de travaux ont exploré la synthèse peptidique du côté N-terminal vers le côté Cterminal, en raison des épimérisations observées durant l’élongation peptidique. Dans ce mémoire nous démontrons le développement d’une nouvelle méthode pour la synthèse d’azapeptides du côté N-terminal vers le côté C-terminal sur support solide. Nous avons exploré deux voies de synthèses qui reposent sur l’incorporation d’un espaceur entre le support solide et le peptide. L’approche utilisée pour l’élongation peptidique se fera via l’hydrazinolyse du C-terminal protégé, suivie par une activation du couplage peptidique par un intermédiaire acyle d’azoture. L’hydrazinolyse servira également à l’incorporation du motif hydrazine au sein du squelette peptidique pour générer le motif azapeptide. En utilisant la méthionine comme initiateur de la synthèse peptidique, ces travaux ont démontré qu’il est possible de récupérer l’azapeptide synthétisé en utilisant la méthode de clivage de résine via le bromure de cyanogène. / The use of peptides as therapeutic agents is a widespread strategy in the medicinal field, in part due to pharmacological properties conferred by their three-dimensional structures. Costeffective and environmentally friendly peptide manufacturing methods are desired to address therapeutic market demands. Replacement of one or more of the alpha-carbon centers of the amino acid residues in a peptide by a nitrogen yields an azapeptide analog. This substitution may enhance peptide activity and selectivity. Azapeptides can also exhibit prolonged duration of action and increased metabolic stability. Traditional peptide synthesis uses C-terminal to N-terminal elongation. This approach requires significant use of protecting groups and condensation reagents, creating environmental burdens from chemical waste. In addition, biologically active natural peptides often feature a Cterminal modification, making this type of modification difficult to achieve using the classical sense of synthesis. To overcome these challenges, the concept of inverse chemical synthesis has been considered as an alternative for peptide production. However, its adoption has faced hurdles due in part to epimerization. In this study, we explore azapeptide synthesis in the N- to C-direction. Linker strategies were studied for azapeptide elongation in the inverse direction. Two pathways were explored using a spacer strategy between the solid support and the peptide to be elongated. The approach relies on peptide elongation by hydrazinolysis of C-terminal esters, activation and coupling via acyl azides. Hydrazinolysis is also used to incorporate the aza-motif into the peptide backbone. Using methionine as a precursor for azapeptide synthesis, this work demonstrated peptide cleavage using cyanogen bromide.

Dans la perspective de trouver de nouvelles thérapies dans le traitement du diabète de type II, non insulino-dépendant, le Glucagon-Like Peptide-1 (GLP-1) constitue un excellent candidat. Si son mécanisme d'action est bien connu, il reste toutefois à résoudre de grands problèmes fondamentaux, avant de le substituer aux molécules utilisées pour une telle pathologie. En particulier, la compréhension de la liaison du GLP-1 à son récepteur demeure un point crucial. Une meilleure connaissance des structures du ligand et du récepteur sont nécessaires. De plus, ce peptide ne peut être utilisé dans sa forme native, dû à une inactivation rapide par les protéases.<br /><br />Pour essayer d'augmenter la stabilité du peptide, et en tenant compte des positions clés définies dans la littérature, plusieurs analogues du GLP-1-(7-37) sont conçus, et synthétisés. Ils possèdent principalement des pharmacomodulations au niveau de la partie N-terminale. Des substitutions sont également réalisées dans la partie centrale du peptide, permettant de vérifier certaines hypothèses concernant sa conformation. Considérant les résultats de liaison et d'efficacité in vitro, certains analogues sont sélectionnés pour des études in vivo d'activité et de stabilité métabolique. Le [a8,desR36]GLP-1-(7-37) se distingue des autres tant par sa grande stabilité que son efficacité, supérieure à la molécule native. Ce composé est en phase de développement pré-clinique.<br /><br />Parallèlement, la conformation de chaque analogue est étudiée (CD, IR) et ainsi, confrontée aux résultats in vitro, il est possible de proposer une conformation bioactive.<br /><br />Enfin, pour appréhender plus en avant les mécanismes de liaison du peptide avec son récepteur spécifique, la modélisation moléculaire du récepteur fait ressortir quelques hypothèses quant à la localisation probable de l'interaction hormone-récepteur. Des analyses biophysiques et la synthèse de fragments du récepteur, ont permis d'étayer de telles hypothèses.

Les antibiotiques sont des molécules incontournables dans le traitement des infections bactériennes. L’émergence et la dissémination de la résistance aux antibiotiques chez la pathogène opportuniste Pseudomonas aeruginosa, ont amené l’Organisation Mondiale de la Santé à déclarer indispensable le développement de nouvelles approches thérapeutiques pour lutter contre cette bactérie. Bien que certaines alternatives aient été envisagées, la préservation de l’activité d’antibiotiques majeurs tels que les aminosides et la colistine est primordiale. La caractérisation des mécanismes de résistance à ces médicaments est nécessaire pour la mise au point de nouvelles molécules et mieux prendre en charge les patients. Dans ce contexte, nous montrons que des mutations dans le gène fusA1 (codant le facteur d’élongation EF-G1A) et dans l’opéron pmrAB (système à deux composants PmrAB) entrainent une augmentation de la résistance aux aminosides chez des mutants isolés au laboratoire et des souches issues de patients, atteints ou non, de mucoviscidose. Certaines substitutions d’acide aminé dans EF-G1A accroissent les niveaux de résistance de 2 à 16 fois aux quatre sous-classes d’aminosides. Par ailleurs, des changements d’acide aminé dans le système à deux composants PmrAB activent l’expression des gènes PA4773-PA4774-PA4775, et la production de norspermidine et de spermidine. La synthèse de ces polyamines va de pair avec une baisse de 4 à 16 fois de la sensibilité aux aminosides à noyan 2-désoxystreptamine bisubstitué en 4,6 (gentamicine, amikacine et tobramycine). De plus, il apparaît que la résistance des mutants pmrB à la colistine est en partie dépendante de la pompe d’efflux MexXY(OprM), un système impliqué dans la résistance naturelle, adaptative ou acquise aux aminosides. Enfin, nous montrons que les mutants pmrB surproduisent des alcaloïdes contenant un motif azétidine, par une voie de synthèse non-ribosomale et dépendante du quorum sensing. Ces alcaloïdes diminuent la virulence de P. aeruginosa dans le modèle Galleria mellonella. / Antibiotics are invaluable drugs to combat bacterial infections. Emergence and spread of antibiotic resistance in the opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa have led the World Health Organization to consider as a crucial priority the development of new therapeutic approaches to fight this bacterium. In addition to other alternatives, preservation of activity of major antibiotics such as aminoglycosides and colistin is primordial. Consequently, characterization of the resistance mechanisms to these drugs is a prerequisite to design novel molecules, and improve patient care. In this context, we show that mutations in gene fusA1 (encoding elongation factor EF-G1A) and in operon pmrAB (two-component system PmrAB) lead to an increased resistance to aminoglycosides in in vitro-selected mutants and strains isolated from cystic fibrosis (CF) and non-CF patients. Certain amino acid substitutions in EF-G1A confer a 2- to 16-fold increased resistance to the four aminoglycoside subclasses. On the other hand, amino acid variations in two-component system PmrAB activate the expression of genes PA4773-PA4774-PA4775, and production of norspermidine and spermidine. This upregulated polyamine biosynthesis is associated with a 4- to 16-fold decreased susceptibility to 4,6-di-substituted deoxystreptamine aminoglycosides (gentamicin, amikacin and tobramycin). Moreover, our work reveals that the acquired resistance of pmrB mutants to colistin partially depends upon pump MexXY(OprM), a system that otherwise mediates intrinsic, adaptive and acquired resistance to aminoglycosides. Finally, we show that pmrB mutants overproduce azetidine-containing alkaloids by a quorum-sensing-regulated, nonribosomal peptide synthetase pathway. These alkaloids impair the virulence of P. aeruginosa in a Galleria mellonella infection model.