Cette thèse décrit le développement d’une gamme d’inhibiteurs de la protéase du VIH-1 et d’un oligomère bio-mimétique comportant en leur sein une ou plusieurs interactions réversibles entre une amine tertiaire et un carbonyle, appelée interaction NCO. Cette interaction est favorisée en milieu fortement protique polaire comme les milieux aqueux.Ces travaux ont permis de mettre au point une synthèse modulaire qui a donné lieu à l’obtention de 7 nouveaux candidats à l’inhibition de la protéase du VIH-1. Les modifications de synthèse ont notamment permis de travailler à de plus grandes échelles et d’apporter une grande versatilité à cette synthèse. Les candidats obtenus ont alors été testés in vitro et in cellulo avec une nouvelle méthode en collaboration avec Lorena Martinez et Pierre Falson, de l’Institut de Biologie et Chimie des Protéines (IBCP). Dans un deuxième temps, nous avons élaboré une nouvelle stratégie de synthèse d’un oligomère bio-mimétique. Plusieurs monomères et voies de synthèse ont été explorés et un tétramère a pu être isolé. Malheureusement, certains obstacles, notamment issus de la purification, ont limités les quantités obtenues ce qui n’a pas permis de pousser l’étude comportementale de ces oligomères. Les travaux présentés ici sont ceux de l’optimisation de la synthèse et des perspectives concernant ce sujet. Enfin ce manuscrit détaille le développement d’un nouveau procédé de synthèse permettant l’obtention de dérivés du 1,4,7-triazacyclononane présentant un motif de N-substitutions 2Ra/Rb, travail ayant abouti au dépôt d’un brevet. / This thesis relates the research performed on the design and synthesis of a new type of HIV-1 protease inhibitors and a new archetype of a bio-mimetic foldamer based on an unusual interaction, the NCO interaction. This interaction occurs between a tertiary amine and a carbonyl group in highly polar and protic media, such as aqueous media. The first half of my work focused on the development of a modular synthesis towards candidates for the inhibition of HIV-1 protease. This research enabled us to work on large scale and to be able to modify at will most of the candidates’ functions. Seven new inhibitors were isolated and tested in vitro and in cellulo with an original method, in collaboration with Lorena Martinez and Pierre Falson, from the Institute of Biology and Chemistry of Proteins (IBCP). The second half of my work was dedicated to the design of a new backbone for a bio-mimetic oligomer. A few strategies were explored and a monomer was chosen to be oligomerized. The coupling enabled the isolation of a tetramer. Unfortunately, serious purification issues limited the quantity of the previous tetramer and no foldamer study could be performed. The work presented here are the synthesis’ optimization and the perspectives to overcome the purification issues. In addition, a new process for the synthesis 1,4,7-triazacyclononanes displaying a 2Ra/Rb N-substitution pattern was developed from diethylenetriamine in only four steps. This work was patented during this PhD.

L’objectif de ce travail de thèse était de développer des outils pour détecter et traiter le cancer àun stade précoce. Nous avons donc entrepris la synthèse de nouveaux radiopharmaceutiques ciblantspécifiquement le récepteur CXCR4, en utilisant le savoir-faire et l'expertise de notre groupe dans lasynthèse et la fonctionnalisation des polyazacycloalcanes. Nous avons travaillé simultanément surdeux aspects : l’agent chélatant et la molécule vectrice.Dans un premier temps, les travaux ont concerné la conception, la synthèse et la caractérisationde nouveaux macrocycles à fort potentiel pour la chélation du cuivre et du gallium. Nous avons toutd’abord développé une nouvelle voie de synthèse permettant d’accéder à des dérivés homocyclènesC-functionnalisés. Nous nous sommes ensuite intéressés aux dérivés du 1,4,7-triazacyclononane(TACN). En optimisant une voie de synthèse déjà développée au laboratoire, nous avons facilitél’accès à des dérivés TACN N- et C-fonctionnalisés. Nous avons ainsi préparé une série denouveaux agents chélatants bifonctionnels adaptés pour la complexation du cuivre ou du gallium, envariant la nature de la fonction de greffage et des bras coordinants. Nous avons également réalisé lasynthèse de nouveaux cryptands en série cyclène et nous avons étudié leur propriété decomplexation vis à vis du cuivre.Dans un second temps, nous avons développé une nouvelle famille d’agents imageants duCXCR4 en modifiant la structure des AMD3100 et AMD3465. Ce travail a tout d’abord nécessité lamise au point de nouvelles méthodes de fonctionnalisation de ces structures. Nous avons ainsi pupréparer de nouveaux synthons porteur d’une fonction de greffage dans les deux séries. Nous avonsensuite introduit différentes sondes imageantes, telles que des chélates adaptés pour la complexationdu cuivre, gallium et indium ainsi que des sondes fluorescentes de type bodipy / The objective of this thesis work was to develop CXCR4-targeted tools to localize and treat cancer at an early stage. In this line, we investigated the synthesis of new target-specific radiopharmaceuticals. The work focused on two main axes, i.e. the chelating agent and the carrier, by using the know-how and the expertise of our group in polyazacycloalkanes synthesis and functionalization. In the first part, we were interested in developing new macrocyclic scaffolds of high potential for copper and gallium chelation. We first focused on the development of a new powerful route towards selectively functionalized constrained homocyclens. The second part was based on C-functionalized 1,4,7-triazacyclononane (TACN) and its derivatives. From a synthetic route previously developed in our group, we were able to facilitate and optimize the synthesis of selectively N- and C-functionalized TACN. By varying the grafting functions and the pendant coordinating arms, we prepared several really promising bifunctional chelating agents for copper and gallium chelation. We also investigated the synthesis of new cryptands based on cyclen and we studied their properties towards copper complexation. In the second part of this thesis work, we were interested in generating a new family of imaging agents based on well-known CXCR4 antagonists, i.e. AMD3100 and AMD3465. The access towards these agents first required the preparation of original building blocks by modification of the AMD3100 and AMD3465 cores. The conjugation of such platforms onto the appropriate probe enabled the synthesis of various systems for optical and nuclear imaging. Thus, we were able to introduce a bodipy dye and several chelators adapted for gallium, copper and indium chelation

L'objectif de ce travail de thèse était de développer des outils pour détecter et traiter le cancer àun stade précoce. Nous avons donc entrepris la synthèse de nouveaux radiopharmaceutiques ciblantspécifiquement le récepteur CXCR4, en utilisant le savoir-faire et l'expertise de notre groupe dans lasynthèse et la fonctionnalisation des polyazacycloalcanes. Nous avons travaillé simultanément surdeux aspects : l'agent chélatant et la molécule vectrice.Dans un premier temps, les travaux ont concerné la conception, la synthèse et la caractérisationde nouveaux macrocycles à fort potentiel pour la chélation du cuivre et du gallium. Nous avons toutd'abord développé une nouvelle voie de synthèse permettant d'accéder à des dérivés homocyclènesC-functionnalisés. Nous nous sommes ensuite intéressés aux dérivés du 1,4,7-triazacyclononane(TACN). En optimisant une voie de synthèse déjà développée au laboratoire, nous avons facilitél'accès à des dérivés TACN N- et C-fonctionnalisés. Nous avons ainsi préparé une série denouveaux agents chélatants bifonctionnels adaptés pour la complexation du cuivre ou du gallium, envariant la nature de la fonction de greffage et des bras coordinants. Nous avons également réalisé lasynthèse de nouveaux cryptands en série cyclène et nous avons étudié leur propriété decomplexation vis à vis du cuivre.Dans un second temps, nous avons développé une nouvelle famille d'agents imageants duCXCR4 en modifiant la structure des AMD3100 et AMD3465. Ce travail a tout d'abord nécessité lamise au point de nouvelles méthodes de fonctionnalisation de ces structures. Nous avons ainsi pupréparer de nouveaux synthons porteur d'une fonction de greffage dans les deux séries. Nous avonsensuite introduit différentes sondes imageantes, telles que des chélates adaptés pour la complexationdu cuivre, gallium et indium ainsi que des sondes fluorescentes de type bodipy.