Le travail présenté dans ce manuscrit a pour objectif la synthèse d'analogues sélectifs NTS2 de la neurotensine et l'étude de leur potentiel analgésique. La faible biodisponibilité de la neurotensine, caractérisée par sa courte durée de demi-vie et le non passage de la barrière hémato-encéphalique, est l'un des problèmes majeurs pour son activité biologique. Dans un premier temps, nous avons développé la synthèse d'aminoacides non naturels hydrophobes : la (triméthyl)silylalanine, des glycines N-substituées et des α-aminoacides insaturés, alliant la non reconnaissance par les enzymes et l'amélioration du passage des membranes. Puis, certains d'entre eux ont été incorporés à la séquence minimale active NT[8-13] afin d'évaluer leur impact sur l'affinité et/ou l'activité de ce fragment. Pour cela, nous avons synthétisé une série de peptides et pseudopeptides afin d'étudier d'une part leur affinité vers les récepteurs NTS1 et NTS2 et, pour certains d'entre eux, leur activité in vivo par des expérimentations sur le modèle de la douleur en collaboration avec l'université de Sherbrooke. Enfin, nous avons préparé une première série d'analogues de la neuromédine, agoniste des récepteurs de la NT et métabolite issu d'un précurseur commun, la pro-neurotensine. / The aim of this work concerns the synthesis of selective NTS2 neurotensin analogues as potent antinociceptive agents followed by biological activities studies. Poor bioavailability of neurotensin is one of the major obstacles for therapeutic effects. Indeed, this tridecapeptide has a short half-life time due to enzymatic degradation and is too hydrophilic to cross blood-brain barrier. First, we developed different methods to obtain hydrophobic unnatural amino acids like (trimethyl)silylalanine, N-substituted glycines and unsatured α-amino acids. All these peptide building blocks combine lipophilic properties facilitating membrane permeability and enzymatic unrecognition advantages. Some of them have been incorporated in the C-terminal active fragment NT[8-13] in order to evaluate their impact on affinity and/or biological activities. Thus, a series of new peptides and pseudopeptides was prepared and in vivo behavior was studied using a pain model designed in Sherbrooke university. Finally, we synthesized new analogues of neuromedin which is a neurotensin agonist issued from a common precursor, the pro-neurotensine.

Les médicaments radiopharmaceutiques ciblant les récepteurs peptidiques tels que les analogues de la somatostatine ont un réel potentiel et un fort intérêt pour à la fois le diagnostic et le traitement des tumeurs neuroendocrines (TNE) non-opérables, par radiothérapie interne vectorisée (RIV). La toxicité des traitements par radiopeptides analogues de la somatostatine limite leur développement clinique. Le développement de nouveaux peptides ciblant d'autres types de récepteurs tels que le ceux de la cholécystokinine (CCK) est une solution dont l'intérêt a été montré par les travaux de notre équipe, basés sur un analogue CCK novateur. Ce travail en trois volets décrit dans un premier temps le radiomarquage de l'analogue CCK, par des radionucléides émetteurs - tels que l'yttrium 90 et le lutétium 177 adaptés à la thérapie, en plus de l'indium 111 pour le diagnostic, les capacités de complexation et la stabilité de ce nouvel analogue peptidique CCK. Une étude in vivo préliminaire sur modèle murin a permis d'étudier la faisabilité d'un traitement de RIV. Une troisième étude a été réalisée in vitro sur deux lignées cellulaires tumorales par le traitement à l'aide d'une molécule antitumorale caractérisée dans notre équipe, à travers la réexpression d'une voie de signalisation cellulaire. Ce travail a permis de montrer l'intérêt potentiel de l'utilisation des analogues CCK en RIV en association thérapeutique pour la prise en charge de certaines TNE. / Les médicaments radiopharmaceutiques ciblant les récepteurs peptidiques tels que les analogues de la somatostatine ont un réel potentiel et un fort intérêt pour à la fois le diagnostic et le traitement des tumeurs neuroendocrines (TNE) non-opérables, par radiothérapie interne vectorisée (RIV). La toxicité des traitements par radiopeptides analogues de la somatostatine limite leur développement clinique. Le développement de nouveaux peptides ciblant d'autres types de récepteurs tels que le ceux de la cholécystokinine (CCK) est une solution dont l'intérêt a été montré par les travaux de notre équipe, basés sur un analogue CCK novateur. Ce travail en trois volets décrit dans un premier temps le radiomarquage de l'analogue CCK, par des radionucléides émetteurs - tels que l'yttrium 90 et le lutétium 177 adaptés à la thérapie, en plus de l'indium 111 pour le diagnostic, les capacités de complexation et la stabilité de ce nouvel analogue peptidique CCK. Une étude in vivo préliminaire sur modèle murin a permis d'étudier la faisabilité d'un traitement de RIV. Une troisième étude a été réalisée in vitro sur deux lignées cellulaires tumorales par le traitement à l'aide d'une molécule antitumorale caractérisée dans notre équipe, à travers la réexpression d'une voie de signalisation cellulaire. Ce travail a permis de montrer l'intérêt potentiel de l'utilisation des analogues CCK en RIV en association thérapeutique pour la prise en charge de certaines TNE.

Depuis la découverte du Virus de l'Immunodéficience Humaine (VIH) au début des années 80, la recherche de nouvelles molécules anti-VIH demeure un challenge important pour la communauté scientifique. Les effets secondaires liés à l'usage d'inhibiteurs de la réplication virale, la découverte des récepteurs et la compréhension du mécanisme d'entrée du virus dans la cellule hôte ont encouragé la recherche sur de nouveaux inhibiteurs ciblant l'entrée virale. A ce jour, l'Enfuvirtide est le seul inhibiteur d'entrée approuvé en tant qu'inhibiteur de fusion. Bien que ce composé soit un antiviral puissant, il présente néanmoins de sérieuses limitations, son mode d'administration (injection sous cutanée deux fois par jour) et l'émergence de résistances, le classent en agent rétroviral de seconde classe. Une approche alternative est la génération de D-peptides inhibiteurs de fusion, résistants aux protéases et prometteurs pour le développement et l'identification d'une nouvelle classe de médicaments anti-VIH. Basée sur cette dernière approche, cette thèse est consacrée à la synthèse et à l'étude d'analogues peptidiques en tant qu'inhibiteurs de fusion du VIH. Tout d'abord, des études de modélisation associées à la synthèse d'analogues peptidiques ont permis de mettre en évidence et de comprendre les caractéristiques essentielles responsables de l'activité des D-peptides. Ensuite, des études de relations structure-activité, à partir de séquences modifiées, ont conduit à l'obtention de nouveaux analogues peptidiques inhibiteurs de fusion actifs. Enfin, dans le but de réduire la nature peptidique et par conséquent d'améliorer les propriétés pharmaceutiques, des macrocycles peptidiques ont été conçus, et une nouvelle stratégie de synthèse de peptides cycliques a été développée. / Since the discovery of the Human Immunodeficiency Virus (HIV) at the beginning of the 1980's, the search for new anti-HIV molecules remains an important challenge for the scientific community. Secondary effects associated with viral replication inhibitors, the discovery of receptors and the understanding of the mechanism of the viral entry makes HIV viral entry one of the most promising target for HIV drug development. To date, Enfurvitide is the only approved entry inhibitor as HIV fusion inhibitor. Although highly effective, Enfurvirtide has several serious limitations including high dosing requirements, the administration by injection, and the emergence of resistant strains. An alternative approach that has shown considerable potential is the generation of new D-peptides HIV fusion inhibitors expected to be resistant to proteolytic degradation and useful for the development and the identification of a new class of anti-HIV drugs with improv ed bioavailability.Based on this approach, the present work is dedicated to the synthesis and the study of peptide analogs as HIV fusion inhibitors. First, modeling studies and the synthesis of peptide analogs were devoted to point out and to understand the key elements responsible for the activity of the reference D-peptides. Then, structure activity relationship studies based on different modifications sequences led to the discovery of active peptide analogues as HIV fusion inhibitors. In another approach, in order to decrease peptide nature and consequently to improve the pharmaceutical properties, reduced cyclic peptides were designed. Finally, a novel strategy for cyclic peptide synthesis was developed.

L’amyloïdose, une maladie progressive et incurable, implique une vaste panoplie de pathologies et de pathogénèses, qui est expliquée par la grande variabilité biologique et structurale des protéines responsables de la formation des dépôts d’amyloïde. L’amyline (polypeptide amyloïde des îlots pancréatiques, IAPP) est une protéine très susceptible de subir des changements de conformation impliquant les feuillets bêta et conférant aussi des propriétés physicochimiques distinctes. Cette protéine prend alors une forme fibrillaire et se dépose dans les îlots de Langerhans chez les humains atteints de diabète de type 2 ou d’insulinome. Ces dépôts d’amyloïde pancréatique (AIAPP) ont été décrits chez certaines espèces animales telles que les félins domestiques, les grands félins, le raton laveur et les primates non humains. La formation de dépôts d’amyloïde contribue à la pathogénèse du diabète de type 2, mais les mécanismes qui induisent la conversion de l’amyline (IAPP) en amyloïde (AIAPP) ne sont pas complètement compris. Les hypothèses du projet sont que certaines variations présentes dans les séquences peptidiques de l’IAPP provenant de différentes espèces animales jouent un rôle critique pour la formation de fibrilles et que plusieurs composés chimiques aromatiques/phénoliques sont capables d’abroger la formation de dépôts d’amyloïde. Le projet de recherche consiste donc à caractériser la propension des différentes isoformes animales d’IAPP à former de l’amyloïde in vitro afin d’identifier les acides aminés jouant un rôle clé dans cette transformation structurale et ultimement d’inhiber la formation d’amyloïde pancréatique. Le projet se divise en deux volets principaux. Le premier consiste à identifier les différentes séquences peptidiques de l’IAPP retrouvées chez les espèces animales. L’objectif est d’identifier les acides aminés jouant un rôle clé dans la formation d’amyloïde. Le gène de l’IAPP a été séquencé chez plus d’une quarantaine d’espèces. Le potentiel d’agrégation des séquences obtenues a été simulé à l’aide d’outils bioinformatique. Une librairie de 23 peptides a été commandée afin de procéder à des analyses physicochimiques in vitro permettant d’évaluer le potentiel amyloïdogénique (test fluorimétrique à la thioflavine T, essai de liaison au rouge Congo, dichroïsme circulaire, microscopie électronique à transmission) et cytotoxique (sur une lignée cellulaire provenant d’insulinome : INS-1). Les analyses effectuées à partir de la librairie constituée de 23 peptides ont permis d’identifier trois séquences ne formant pas d’amyloïde et qui proviennent des espèces animales suivantes : le tamarin lion doré (Leontopithecus rosalia), le grand dauphin (Tursiops truncatus) et l’alpaga (Vicugna pacos). Un site potentiellement critique est le segment 8-20 présentant le motif NFLVH qui ne forme plus d’amyloïde lorsqu’il est remplacé par le motif DFLGR ou KFLIR. Les acides aminés 29P, 14K et 18R sont également impliqués dans l’inhibition de la transformation structurale en fibrille. La dernière partie du projet consiste à inhiber la formation de l’amyloïde en utilisant des composés chimiques commercialisés (hypoglycémiants, anti-inflammatoires non stéroïdiens) ou nouvellement synthétisés dans notre laboratoire (les aryles éthyles urées). Un criblage d’une soixantaine de composés chimiques a été conduit dans cette étude. Leur efficacité a été testée sur l’IAPP humaine, qui possède un fort potentiel amyloïdogénique. Les techniques utilisées sont les mêmes que celles exploitées précédemment. L’essai de liaison croisée photo-induite ("photo-induced cross-linking of unmodified proteins", PICUP) a été réalisé afin d’étudier les formes intermédiaires (monomères, oligomères). Un total de 11 composés chimiques a démontré un potentiel à inhiber l’agrégation des fibrilles. Pour la classe des hypoglycémiants, le glyburide, le répaglinide et la troglitazone ont montré l’activité thérapeutique la plus élevée pour retarder et réduire la formation de fibrilles. Les anti-inflammatoires antiamyloïdogènes actifs incluaient le diclofenac, le méloxicam, le phénylbutazone, le sulindac et le ténoxicam. Les aryles étyles urées les plus intéressantes étaient la EU-362 et la EU-418. Tous ces composés ont conféré une protection cellulaire contre l’activité cytotoxique des fibrilles. Les molécules actives possèdent des éléments structuraux communs tels des substituants donneurs d’électrons (alcool, amine, halogène) sur un noyau benzène. En conclusion, ce projet de recherche a permis de caractériser l’IAPP chez diverses espèces animales, dont plusieurs chez lesquelles elle n’avait pas encore été décrite, de déterminer les sites jouant un rôle clé dans sa transformation en amyloïde et, ultimement, de tester le potentiel thérapeutique de nouveaux agents antiamyloïdogènes dans le diabète de type 2. Nous espérons que ce projet ouvrira ainsi la porte à de nouvelles stratégies de traitement. / Amyloidosis is a progressive and, as of now, incurable disease caused by the deposition of insoluble proteins. Amyloid research over the past decades focused on the characterization of the substantive biological variability of amyloid deposits. Amyloidosis encompasses a diversity of pathological manifestations, explained by the diversity of underlying causal proteins. In the pancreas of susceptible species, islet amyloid polypeptide (IAPP) is a precursor for an amyloid protein (AIAPP), which has a characteristic fibrillar structure and resistance to physical agents. This folded protein deposits in the islets of Langerhans of patients with type 2 diabetes or islet cell tumors (insulinoma). Amyloid deposits have also been well characterized, anatomically, in feline and non-human primate species. Amyloid fibril formation contributes to the pathogenesis of diabetes mellitus but the precise pathophysiologic factors involved in the fibrillization of IAPP as well as resultant islet injury remain to be elucidated. Further understanding of the causative factors in the fibrillogenesis of IAPP will be requisite in the development of therapeutic strategies to disrupt the amyloidosis process. This project hypothesizes that the specific variations found in IAPP peptide sequences among different animal species are critical for IAPP fibrillization. Also, some aromatic/polyphenolic compounds can abrogate fibrillization. The main objective forms the basis for development of new therapeutic tactics to impede amyloid formation and associated cellular injury. Thus this project has two specific aims. The first specific aim was to identify critical variations in IAPP amino acid sequences from different animal species and to assess their amyloidogenic potential. To accomplish this, the IAPP gene was isolated and sequenced from paraffin-embedded tissues from various animals (40 species). The aggregation potency was assessed for each sequence using in silico analysis. A library of 23 peptides was prepared from sequences that were distinctly different and their amyloidogenic potential was assessed in vitro using physicochemical analysis (thioflavin-T assay, Congo red binding assay, far-UV circular dichroism, transmission electron microscopy) and cytotoxicity assays (insulinoma cell line INS-1). Among this peptide library, three were non-amyloidogenic and corresponded to the following animal species: golden lion tamarin (Leontopithecus rosalia), commun bottlenose dolphin (Tursiops truncates) and alpaca (Vicugna pacos). Segment 8-20 of the peptide was critical for amyloid formation and the substitution of the NFLVH motif found in this region by a DFLGR or KFLIR motif impeded fibrillization. The amino acids 29P, 14K and 18R were also demonstrated to abrogate fibril formation. The second objective consisted in abrogating IAPP fibrillogenesis using conceptualized aromatic/polyphenolic structures, specifically hypoglycemic, non-steroidal anti-inflammatory and aryl ethyl urea agents. This part of the project involved molecular screening of more than 60 compounds. Their efficacy at inhibiting amyloid formation was assessed in vitro on human IAPP, which exhibits the highest amyloidogenic potential. Techniques included the above-mentioned methods, with the addition of photo-induced cross-linking of unmodified proteins (PICUP). A total of 11 compounds showed potential in abrogating IAPP aggregation. Among the hypoglycemic agents evaluated, glyburide, repaglinide and troglitazone showed the highest potency in reducing fibril formation. The NSAIDs that displayed anti-amyloidogenic activity were diclofenac, meloxicam, phenylbutazone, sulindac and tenoxicam. EU-362 and EU-418 were the hit compounds resulting from the screening of the aryl ethyl urea (EU) class. Additionally, these anti-amyloidogenic molecules conferred a protection against fibril cytotoxicity. All of the active molecules bear a commun motif composed of benzene ring with electron donor moieties, such as alcohol, amine or halide. To conclude, this project characterized IAPP in several animal species in which it has not been previously described and improves our understanding of the amyloidogenesis process. Moreover, the therapeutic potential of hypoglycemic, non-steroidal anti-inflammatory and aryl ethyl ureas agents as anti-amyloidogenic compounds was evaluated. It is conceivable that the additional information hereby gained on the regulation of amyloidogenesis may point towards new therapeutic strategies for diabetic patients.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.