Les imidazoquinoxalines (imiqualines), molécules bioactives originales analogues chimiques de l’imiquimod et présentant un important potentiel anticancéreux, ont été explorées afin d’élucider leurs mécanismes d'action. Les molécules EAPB0203 et EAPB0503, identifiées lors d’études antérieures comme étant les « têtes de séries », ont montré un effet cytotoxique puissant in vitro sur des lignées cellulaires cancéreuses humaines de mélanome et de lymphomes T. Nous avons étudié l’effet cytotoxique de 13 imiqualines nouvellement synthétisées sur une lignée cellulaire de mélanome humain (A375). Tous les composés ont montré un effet cytotoxique important. L’effet cytotoxique a été démontré sur d’autres lignées cellulaires cancéreuses humaines (côlon, sein et lymphome T de l’adulte).Un blocage du cycle cellulaire en phase G2/M a été mis en évidence par cytométrie en flux sur des cellules A375 traitées par EAPB0203 et EAPB0503. Cet arrêt du cycle cellulaire semble être en relation avec un effet inhibiteur de la polymérisation de la tubuline. En effet, nos résultats ont montré que l’EAPB0503 et 3 autres imiqualines inhibent la polymérisation de la tubuline. L’étude de modélisation moléculaire de la liaison à de la tubuline a montré que ces composés se fixent sur le site de la colchicine.Une analyse transcriptomique sur EAPB0503 a été effectuée pour élucider le mécanisme d'action des imiqualines. Cette étude a été faite sur la lignée A375 en comparaison avec 13 anticancéreux de référence. L’étude transcriptomique a montré que EAPB0503 a une composante antitubuline tout en révélant un mécanisme d’action original. Deux hypothèses mécanistiques pour EAPB0503 ont ainsi été identifiées : 1/ altération de la voie de signalisation liée aux intégrines, 2/ altération de la voie de signalisation du récepteur TNFR et de FasL.Des analyses fonctionnelles in vitro nous ont permis d’explorer ces hypothèses. Ainsi, une altération uniquement des voies de signalisation PI3K/AKT et RAS/MAPK, toutes deux liées aux intégrines, a été observée. La première hypothèse semble donc validée. De plus, ce résultat a été confirmé par l’étude de l’expression et de la phosphorylation de ERK.Finalement, nous avons développé une formulation injectable par voie intraveineuse de EAPB0503 à base de nanocapsules. Cette formulation a d’abord été testée in vitro et in vivo sur un modèle de lymphome. Ces études ont pu mettre en évidence l’absence de toxicité des nanoparticules vides et le maintien de l’activité cytotoxique de EAPB0503 encapsulé in vitro, avec un effet immunomodulateur in vivo qui demande à être exploré. / The imidazoquinoxalines (imiqualines), original bioactive molecules and chemical analogues of imiquimod and with significant anti-cancer potential, were explored in order to elucidate their mechanisms of action. The molecules EAPB0203 and EAPB0503 identified in previous studies as leader, showed potent in vitro cytotoxic effect on human cancer cell lines of melanoma and T lymphoma. We studied the cytotoxic effect 13 newly synthesized imiqualines on a cell line of human melanoma (A375). All compounds showed a significant cytotoxic effect. The cytotoxic effect was shown on other human cancer cell lines (colon, breast and adult T lymphoma).A cell cycle block in G2 / M phase was demonstrated by flow cytometry on A375 cells treated with EAPB0203 and EAPB0503. This cell cycle arrest seems to be related with an inhibitory effect on the polymerization of tubulin. Indeed, our results showed that EAPB0503 and three other imiqualines inhibit tubulin polymerization. The molecular modeling study of binding to tubulin showed that these compounds bind at the colchicine site.A transcriptomic analysis on EAPB0503 was performed to elucidate the mechanism of action of imiqualines. This study was made on the A375 line compared with 13 approuved anticancer molecules. This transcriptomic study showed that EAPB0503 has an antitubulin effect while revealing a novel mechanism of action. Two mechanistic hypotheses for EAPB0503 were identified: 1/ alteration of the signaling pathway linked to integrin, 2/ alteration of the signaling pathway TNFR receptor and FasL.In vitro functional analyses have allowed us to explore these hypotheses. Thus, alteration only PI3K / AKT and RAS / MAPK signaling pathways, both related to integrins, was observed. The first hypothesis seems confirmed. Moreover, this result was confirmed by the study of the expression and phosphorylation of ERK.Finally, we developed an intravenously injectable formulation of EAPB0503 based on nanocapsules. This formulation was first tested in vitro and in vivo on lymphoma model. These studies could highlight the lack of toxicity of empty nanoparticles and retention of the cytotoxic activity of encapsulated EAPB0503 in vitro, with an in vivo immunomodulatory effect which needs to be explored.

La combretastatine A-4 (CA-4), produit naturel isolé d’un arbuste d’Afrique du sud (Combretum caffrum K.), a montré des propriétés antitumorales intéressantes. Grâce à sa capacité à empêcher la polymérisation de la tubuline, ce stilbénoïde possède des propriétés cytostatiques sélectives à l’égard de différentes lignées cellulaires cancéreuses. Certains dérivés hydrosolubles de la CA-4 comme la CA-4P (fosbretabuline) et le composé AVE8062 (ombrabuline) sont actuellement en essais cliniques pour le traitement de différents cancers. Trois séries de dérivés de la CA-4 ont été synthétisées : les Z-stilbènes, les 1,2- diaryl-1,2-éthanediones et les 5,6-diaryl-2,3-dihydropyrazines. Dans ces composés, le cycle B est remplacé par divers hétérocycliques (indole, benzofurane, benzothiophène, thiophène) attachés à la position C2. Ces dérivés ont été évalués pour leur capacité à inhiber l'assemblage de la tubuline. Le produit Z-stilbènes portant un noyau benzo[b]thiophène a montré une activité antitubuline comparable à celle de la colchicine et de la deoxypodophyllotoxine. L’effet sur l'organisation intracellulaire des microtubules et les propriétés antimitotiques de ce composé ont été ensuite testés sur les lignées cellulaires de kératinocytes SKv-a et HaCaT. Enfin, des essais préliminaires de vectorisation de ce composé dans des nanoparticules lipidiques solides (SLN) ont été réalisés / Combretastatin A-4 (CA-4), a natural product first isolated from the South African bush willow tree (Combretum caffrum K.), possesses interesting antitumor properties. Due to its capacity to inhibit tubulin polymerization, this stilbenoid shows selective cytostatic activities against various cancer cell lines. Some water-soluble CA-4 derivatives such as CA-4P (fosbretabuline) and AVE8062 (ombrabuline) are currently undergoing clinical trials for the treatment of various cancers. Three series of CA-4 analogues, Z-stilbenes, 1,2-diaryl-1,2-ethanediones and 5,6-diaryl-2,3-dihydropyrazines, were synthesized. In these compounds, the B ring is replaced by various heterocycles (indole, benzofurane, benzothiophene or thiophene) attached at the C2 position. These derivatives were evaluated for their ability to inhibit tubulin assembly. Compound Z- stilbenes bearing a benzo[b]thiophene ring showed an antitubulin activity comparable to that of colchicine and deoxypodophyllotoxine. Its effect on the intracellular organization of microtubules and antimitotic properties were then tested on two keratinocyte cell lines HaCaT and SKV-a. Finally, preliminary essays to the vectorization of this compound in solid lipid nanoparticles (SLN) were carried out

En 2015, on estime le nombre de nouveaux cas de cancer à plus de 385000 et le nombre de décès à 149500. Ces chiffres, plus élevés chez l'homme que chez la femme, connaissent ces dernières années une nette recrudescence chez les patients de sexe féminin. Globalement, la principale difficulté pour lutter contre les cancers se situe dans la capacité à les détecter avant qu'ils ne métastasent et dans les nombreux phénomènes de résistance aux traitements chimiothérapeutiques.De par son implication dans la croissance des cellules cancéreuses, le réseau vasculaire tumorale représente une cible intéressante ainsi qu'une alternative prometteuse aux traitements actuels. Ainsi, la classe de composés qualifiés de VDAs (pour « Vascular Disrupting Agents ») visent les cellules endothéliales ainsi que les péricytes, provoquant ainsi des phénomènes d'ischémie et de nécrose cellulaire. Un exemple de ce type de composés n'est autre que la Combrétastatine A-4 (ou CA-4), qui est un composé naturel extrait d'un arbuste sud-africain, le Combretum caffrum. Cette molécule a été pour la première fois étudiée par G.R. Pettit en 1989 qui a alors démontré qu'elle pouvait inhiber très efficacement la polymérisation des dimères α et β de tubuline en microtubules, résultant alors en la non-formation du cytosquelette, et l'apoptose de la cellule. Le développement de nouveaux analogues de la CA-4 s'avère crucial car ce composé dispose non seulement d'une solubilité réduite mais peut aussi être instable lorsqu'il est administré. Le travail effectué lors de cette thèse a donc consisté dans un premier temps en la synthèse de nouveaux dérivés de la CA-4 en remplaçant le noyau B par différents hétérocycles et en effectuant plusieurs pharmacomodulations ; ces derniers étant alors évalués pour leurs propriétés inhibitrices de la polymérisation de la tubuline et antiprolifératives. Avec plus de 24 millions de personnes touchées dans le monde, les pathologies neurodégénératives représentent un problème majeur de santé publique. Il est également très important de considérer l'incidence future de ces pathologies, et on estime à plus de 42 millions le nombre de personnes qui seraient atteintes par ce fléau d'ici à 2020. La famille des protéines kinases DYRK a fait l'objet ces dernières années d'une attention toute particulière de par son implication dans de nombreux phénomènes physiologiques et notamment au niveau des phases primaires du développement du système nerveux central. Plus spécifiquement, les kinases DYRK1A et DYRK1B ont été étudiées de par leurs implications dans de nombreux cancers (notamment le glioblastome) et certaines pathologies neurocérébrales. Le dérèglement de l'expression de ces protéines pourrait être la cause de retards mentaux, du développement de la maladie d'Alzheimer, de la trisomie 21, ainsi que de phénomènes de résistance. Nous avons identifié au sein de notre laboratoire une molécule inhibant ces 2 kinases. Initialement développé dans le but d'inhiber la protéine kinase CK2 (caséine kinase 2), notre composé a montré une activité inhibitrice et une sélectivité sur DYRK1A et DYRK1B. De par son activité, cette molécule est aujourd'hui notre composé « hit » et nous visons, à travers les travaux de cette thèse, la synthèse de multiples analogues dans le but d'améliorer l'activité initiale mais aussi sa spécificité sur DYRK1A ou sur DYRKB. Dans cette optique, nous avons réalisé différentes pharmacomodulations de nos composés dits « indénobenzo[b]thiophènes » et étudier les effets de tels composés sur DYRK1A, DYRK1B, DYRK2 mais aussi sur CK2. Ceci nous a permis d'affiner nos connaissances vis-à-vis des kinases de type DYRK et de sélectionner les molécules les plus prometteuses afin de (i) réaliser une étude autour de leurs caractéristiques physico-chimiques (Log P, solubilités dans différents solvants), (ii) d'analyser leurs comportements au niveau de la barrière hémato-encéphalique (BHE) et (iii) de réaliser des nano-encapsulations / Up to now, cancer is the second deadliest pathology in the World and is still considered as one of the most challenging public health issue. Globally, it has been assessed to be the main pathologic cause of death by the World Health Organization. This bad prognosis is partly due to the ability of cancer cells to give metastases but also to resistances phenomenon impeding drastically the effect of chemotherapeutic and radiotherapeutic treatments. As a consequence, there is currently a critical lack of effective treatments which would completely eradicate tumor cells, with minimal side effects. In spite of some difficulties in this competitive research area, the discovery of cancer therapeutics remains stimulating and we aim to achieve the synthesis of novel anticancer agents.Given its pivotal role in tumor growth and survival, the tumor vasculature represents an attractive target for anticancer therapy. Apart from angiogenesis inhibitors that compromise the formation of new blood vessels, the class of vascular disrupting agents (VDAs) targets endothelial cells and pericytes of the already established tumor vasculature, resulting in tumor ischemia and necrosis. A striking example of VDA is the combretastatin A-4, also known as CA-4, which was originally isolated from the bark of the South African willow tree Combretum caffrum by the American scientist G.R. Pettit in 1989. These products demonstrated to be efficient against a wide array of cancers such as breast, colon, lung or ovarian cell lines. New CA-4 analogs containing different heterocycles instead of the hydroxymethoxy substituted pharmacomodulable B ring were prepared and evaluated for their in cellulo tubulin polymerization inhibition and antiproliferative activities. In the other hand, tumor cell survival is a complex process which remains poorly understood. As part of the survival machinery, chemoresistances and DNA repairs are central elements regulated by a prosurvival/proapoptotic signal balance. Protein kinases are known to be directly involved in this signal transmission through molecular interactions. As such, DYRK kinases and most specifically DYRK1A/1B, were part of numerous recent studies due to their involvement in cancer and other pathologies. DYRK1B (also called Mirk kinase) is an ubiquitous kinase which was proved to be over-expressed in many cancers such as pancreatic, ovarian or colon. Its involvement as a regulator of DNA repair and tumor cell survival was assessed, phosphorylating specifically serine, threonine and tyrosine residues. Also, another closely related isoform known as DYRK1A, was mapped in the Down syndrome critical region located itself on chromosome 21. Interestingly, this kinase was not only uncovered to play a fundamental role in glioblastomas survival but was also associated with abnormal brain development in early stages and mental retardations. Particularly, DYRK1A was found to hyperphosphorylate microtubule-associated tau protein, resulting into genesis of neurofibrillary tangles. As a consequence, DYRK1A has become one of the most targeted proteins in order to improve cognitive impairment of patients suffering from Down syndrome or Alzheimer’s disease. Initially designed to target protein kinase CK2, one of our molecules was also tested on DYRK kinases. This compound exhibited a strong activity against DYRK1A/DYRK1B whilst being inactive on other protein kinases. Consequently, it was considered as our hit compound and (i) we synthetized derivatives as dual or single inhibitors of DYRK1A/DYRK1B, (ii) evaluated their biological activities (with emphasis on the blood brain barrier), and (iii) finally synthesized nanoparticles loaded with our inhibitors

Dans le cadre de cette thèse nous nous intéressons à la découverte de nouveaux ligands originaux de la tubuline ayant une activité inhibitrice de sa polymérisation. Pour ce faire, une étude rationnelle in silico est effectuée afin d’obtenir des molécules actives in vitro sur cette protéine. Lors de cette première année de thèse nous avons mis en place en collaboration avec l’équipe de modélisation de BioCIS – CNRS (Dr. G. Bernadat et Pr. T. Ha-Duong) un criblage virtuel sur une chimiothèque de plus de 3 millions de structures chimiques présentes dans la base de données ZINC en fonction de descripteurs structuraux. Ce criblage nous a permis de faire ressortir une trentaine de molécules potentiellement actives. Nous avons déjà synthétisé un quart de ces molécules qui sont actuellement en cours d’évaluation biologique en collaboration avec l’équipe de Biochimie et Chimie structurale des substances naturelles (Dr. J. Bignon et Dr. J. Dubois) de L’Institut de Chimie et des Substances Naturelles. Pour cette année, nous allons continuer la synthèse des molécules issues de ce criblage afin de pouvoir évaluer leurs activités sur la tubuline. En fonction des résultats biologiques, nous pourrons également effectuer des pharmacomodulations afin d’améliorer l’activité d’éventuelles touches. / As part of this work we are interested in discovering new ligands original tubulin inhibitory activity having its polymerization. To do this, rational in silico study is performed to obtain the active molecules in vitro that protein. During this first year of thesis we have developed in collaboration with the modeling team BioCIS - CNRS (Dr. G. Bernadat and Prof. T. Duong Ha.) A virtual screening a chemical library of more than 3 million chemical structures in the ZINC database according to structural descriptors. This screening allowed us to bring out thirty of potentially active molecules. We have already synthesized a quarter of these molecules that are currently being biological evaluation in collaboration with the team of Biochemistry and Structural chemistry of natural substances (Dr. J. Bignon and Dr. J. Dubois) of The Institute Chemistry and Natural Products. For this year, we will continue the synthesis of molecules from this screening in order to assess their activities on tubulin. Depending on the laboratory results, we can also perform pharmacomodulations to improve any potential ligands.