Les dendrimères sont une famille de macromolécules utilisées dans de nombreux domaines d’applications. Parmi ceux-ci, le domaine biomédical concentre une grande partie de l’intérêt de recherche. En effet, la structure tridimensionnelle parfaitement définie et monodispersée des dendrimères en font de parfaits candidats pour une application en médecine. Initialement utilisés en tant que mimes de protéines comme cela fût le cas lors du développement de la première famille de dendrimères, les poly(amidoamines) (PAMAM), de nombreuses études sur la capacité de transfection de ces molécules ont été réalisées, avec des résultats extrêmement encourageants. Afin d’améliorer l’efficacité et la biocompatibilité de ces vecteurs non viraux, nous avons orienté nos recherches sur le développement de nouveaux dendrimères poly(aminoesters) potentiellement biodégradables par hydrolyse enzymatique ou par variation de pH.Compte tenu des résultats précédemment obtenus au laboratoire, concernant la synthèse en solution de ces dendrimères, nous avons envisagé de les synthétiser en deux parties, à savoir un coeur central fonctionnalisé et des dendrons comportant la fonctionnalité appropriée. Notre choix s’est plus particulièrement porté sur la chimie « Click », en l’occurrence la cycloaddition 1,3-dipolaire de Huisgen entre un azoture et un alcyne catalysée par du cuivre. D’autre part, nous avons également envisagé de créer de nouveaux dendrons à l’aide de la chimie supportée. En effet, cette méthodologie de synthèse basée sur deux étapes répétitives d’addition de Michael et d’estérification, semble très prometteuse pour obtenir des dendrons de plus hautes générations. / Dendrimers are a special family of synthetic macromolecules with myriad applications, in particular biomedical implementation. The tridimensional, monodispersed and well defined structure of dendrimers give to them a unique position in medicine applications. Initially used as a mimic of proteins, poly(amidoamine) dendrimers (PAMAM) are also very efficient for nucleic acid delivery. With the aim to improve the biocompatibility and delivery efficiency of these non viral vectors, we designed and synthesized new poly(aminoester) dendrimers as potential biodegradable dendrimers sensitive to enzymatic hydrolysis or pH variations.On the basis of our previous results for the solution-phase synthesis of poly(aminoester) dendrimers, we decided to construct our dendrimers using a multi functionalized core and dendrons with complementary functions. These building units will be connected together at the end of the synthesis by a Huisgen dipolar cycloaddition through a copper-catalysed azide-alkyne cycloaddition (CuAAC) well known as « Click » reaction. In order to obtain higher generation dendrimers, we explore the supported chemistry using both soluble and solid supports. The solid-phase synthesis based on two iterative steps, Michael addition and esterification, seems to be very promising.

Le contrôle des propriétés physicochimiques et de l’état de surface des solides constituent un enjeu majeur pour le développement des biotechnologies, et notamment des bio-capteurs. Pour des applications en analyse et diagnostic biologique, la fonctionnalisation des surfaces à base de silicium peut être réalisée grâce à la formation d’un nano-film organique appelé SAM (Self-Assembled Monolayer). L'objectif de ce travail de thèse est ainsi de synthétiser des monocouches sur des substrats de silice afin de les rendre biofonctionnels en vue de développer une plateforme de biodétection polyvalente.Pour ce faire, deux types d'agents de couplages ont été envisagés : l'un possédant un motif azoture et l'autre une biotine. L’obtention de ces deux types de molécules a fait l’objet d’un travail de synthèse permettant d’aboutir à de nouveaux organosilanes fonctionnels directement greffables sur des surfaces de SiO2. La biofonctionnalité est introduite sur le substrat par la biotine, soit directement lors de la formation de la SAM, soit par chimie click sur les monocouches fonctionnalisées par des azotures.Les différentes surfaces obtenues ont ensuite été caractérisées par Spectroscopie Infrarouge de Réflexion–Absorption par Modulation de Polarisation (PM-IRRAS) et par Microscopie de Force Atomique (AFM). La bioactivité des SAMs biotinylées a enfin été évaluée par un protocole mettant en jeu une streptavidine modifiée par une enzyme (la HRP) capable de catalyser des réactions d’oxydoréduction de molécules chromogènes. / Control of surface physicochemical properties is a key aspect for the development of many biotechnological tools, such as biosensors. For analysis and diagnostic, the functionalization of silica-based surfaces may be carried out through the creation of an organic nano-film named a Self-Assembled Monolayer (SAM). The main goal of this PhD work is thus to synthesize monolayer on SiO2 substrates in order give them biofunctionality, aiming at developing a versatile biodetection platform.In order to do so, we focused on the synthesis of two types of coupling agents, either bearing an azide moiety or a biotin. This organic synthesis work led to two new sorts of functional organosilanes which can be directly grafted onto silica surfaces. Biofunctionality itself is introduced by the biotin, either through the formation of the monolayer or through click chemistry on azide-functionalized SAMs.Said surfaces were then fully characterized using Polarization Modulation Infrared Reflection-Absorption Spectroscopy (PM-IRRAS) an Atomic Force Microscopy (AFM). Bioactivity of biotinylated surfaces was then monitored using streptavidin conjugated with HRP in order to catalyze the redox reaction of chromogenic substrates.

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Cette thèse porte sur la méthode de marquage métabolique de glycanes. Elle consiste à utiliser des monosaccharides modifiés pouvant être métaboliquement introduits sur la membrane externe des cellules. Deux cibles ont été choisies, les bactéries Legionella pneumophila, et des cellules eucaryotes (lignée cellulaire du cancer de la prostate, PC3).Différents analogues saccharidiques ont été synthétisés pour les deux cibles portant différents rapporteurs chimiques, notamment des fonctions azoture, alcyne terminal, alcène terminal, cyclopropène et cétone. Une voie de synthèse commune a été développée mettant en jeu des dérivés d’esters de N-hydrosuccinimide et des dérivés saccharidiques amino, tels que la D-mannosamine, la D-galactosamine et le L-fucose pour les cellules eucaryotes et des analogues d’un précurseur de l’acide légionaminique pour les bactéries Legionella pneumophila.Des essais de marquages métaboliques de glycanes ont été effectués sur Legionella pneumophila. Pour cela, différents dérivés saccharidiques ont été incorporés par les bactéries, puis la révélation des rapporteurs chimiques avec des groupements complémentaires a été évaluée (azoture-cyclooctyne, alcène-tétrazine, cétone-hydrazide/alkoxyamine). La détection a été réalisée soit directement (fluorophore sur le partenaire), soit indirectement (reconnaissance d’un groupement biotine par une streptavidine portant un fluorophore). Les bactéries ont été ensuite observées par microscopie photonique et les observations ont mis en évidence un marquage membranaire.Pour les cellules eucaryotes (PC3), des essais de marquage métabolique ont été effectués afin de vérifier l’incorporation des monosaccharides modifiés via une détection par fluorescence. Une série d’outils portant les fonctions complémentaires aux rapporteurs chimiques, notamment un dérivé de cyclooctyne (TMDIBO) et un dérivé de tétrazine ont été synthétisés. Ils ont été couplés à des dérivés de biotine afin d’obtenir des outils pour la microscopie photonique et à des ARMs (Antibody Recruiting Molecules), tel que le 2,4-dinitrophényle et le rhamnose, en vue d’une potentielle approche thérapeutique. Celle-ci consiste à combiner l’incorporation de monosaccharides modifiés et leur réaction avec un partenaire portant des ARMs, afin de recouvrir la surface des cellules par ces motifs. Les ARMs en présence de sérum humain vont ensuite activer le complément conduisant à la lyse des cellules marquées. Des tests de marquage métabolique ont été réalisés avec les outils couplés aux ARMs et une détection par fluorescence a permis de vérifier la présence des ARMs à la surface des cellules. Des premiers essais ont été effectués avec du sérum humain et des optimisations sont à réaliser.Le marquage métabolique de glycanes est une méthode efficace afin de détecter par fluorescence les bactéries Legionella pneumophila à l’aide d’analogues d’un précurseur de l’acide légionaminique et les cellules eucaryotes PC3 via des dérivés d’autres monosaccharidiques. Le marquage obtenu dans les deux cas est membranaire. Cette méthode permet éventuellement de combiner des aspects d’imagerie ou de diagnostic, avec différentes approches thérapeutiques. / This PhD work focuses on glycans metabolic labeling. This method uses a modified monosaccharides bearing a chemical reporter. The unnatural monosaccharide is metabolically incorporated into glycans. Two targets were selected, Legionella pneumophila bacteria and prostate cancer cells (PC3).Various saccharidic analogs were synthesized carrying several chemical reporters, like azide, terminal alkyne, terminal alkene, cyclopropene and ketone functions. A common synthetic strategy was developed using N-hydrosuccinimide ester derivatives and amino monosaccharides, such as D-mannosamine, D-galactosamine and L-fucose for eukaryotic cells and analogs of a legionaminic acid precursor for Legionella pneumophila bacteria.Differents metabolic labeling of glycans were carried out on Legionella pneumophila. Various sugar derivatives were incorporated by bacteria, then the reporter group was reacted selectively and covalently with a complementary function (azide-cyclooctyne, alkene-tetrazine, ketone-hydrazide/alkoxyamine). Bacteria were visualized with an imaging probes by light microscopy (directly: partner bearing a fluorophore, indirectly: recognition of a biotin group by a fluorescent streptavidin). The results highlighted outer membrane labeling.For eukaryotic cells (PC3), metabolic oligosaccharides engineering has been accomplished to check chemical reporter analogs incorporation via detection with fluorescent probes. A series of tools carrying functions complementary to the chemical reporters was synthesized, such as cyclooctyne derivatives (TMDIBO) and tetrazine derivatives. These derivatives were combined with biotin groups for detecting tools or with Antibody Recruiting Molecules (ARMs), such as 2,4-dinitrophenyl and L-rhamnose, for potential therapeutic approaches. The concept focuses on the combination of metabolic glycan labeling and the activation of human serum complement by ARMs to kill selectively labeled cells. First, ARMs labeled cells was checked by recognition of fluorescent anti-ARMs antibodies. Then, metabolic glycan labeling and human serum complement activation has been evaluated but the complement activation protocols still need to be optimized.Metabolic labeling of glycans is an effective method to detect, by fluorescence, Legionella pneumophila bacteria using analogs of a legionaminic acid precursor and eukaryotic cells (PC3) with monosaccharide derivatives. The labeling was observed on the membrane of the two targets. This method can potentially combine imaging or diagnostic aspects with various therapeutic approaches.

Die Radiomarkierung biologisch relevanter Verbindungen mit dem Radionuklid 18F erlaubt Untersuchungen mit Hilfe der Positronen-Emissions-Tomographie (PET). Mit Hilfe der PET werden quantitative Informationen über die räumliche und zeitliche Verteilung von Radiotracern im lebenden Organismus erhalten. Diese Radiotracer sind Grundlage für die in vivo-Erforschung der Physiologie des menschlichen Organismus, sowie zur Aufklärung und Nachverfolgung pathologischer Prozesse. Neben bekannten Ansätzen der Acylierung, Thioetherbildung und Hydrazonbildung ist es notwendig neue Markierungsmethoden zu entwickeln, um Probleme bei Markierungsreaktionen, wie niedrige Ausbeuten und Denaturierung empfindlicher biologisch relevanter Moleküle, zu umgehen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Evaluation der Click-Chemie, speziell der 1,3 dipolaren [3+2]Cycloaddition von Alkin- und Azid-Derivaten als neue, alternative Reaktion zur Markierung von biologisch relevanten Molekülen. Ziel der Arbeit war es einen 18F markierten, bifunktionellen Markierungsbaustein, versehen mit einer Alkinfunktion durch eine vollautomatisierte Synthese (Modulsynthese) herzustellen. Ein Peptid, ein Protein und ein Oligonukleotid als biologisch relevante Moleküle, sollten mit einer Azidfunktionalität versehen werden. Mit Hilfe eines geeigneten Katalysator-Ligandsystems sollten ein bifunktioneller Markierungsbaustein, sowie ein azidfunktionalisiertes biologisch relevantes Molekül miteinander gekuppelt werden unter Verwendung der 1,3-dipolaren [3+2]Cycloaddition. Die untersuchte Methode sollte mit anderen Markierungsmethoden verglichen werden. Es wurde eine Modulsynthese zur einfachen, schnellen und vollautomatisierten Herstellung eines alkinfunktionalisierten Synthesebausteins, 4-[18F]Fluor-N-methyl-N-(prop-2-inyl)benzolsulfonamid, p[18F]F SA, entwickelt. Dieser basiert auf einem Sulfonamid-Derivat und ist mit dem Positronenstrahler 18F gekuppelt. Ausgehend von einer Trimethylammonium-Markierungsvorstufe kann das p[18F]F SA mit einer radiochemischen Ausbeute von 27-40% und einer radiochemischen Reinheit >99% innerhalb von 80 min hergestellt werden. Die Reaktion läuft in Sulfolan bei 80°C innerhalb von 10 min ab. Das Produkt liegt aufgrund der HPLC-Reinigung mit einem hohen Reinheitsgrad (RCR >99%) vor und weist eine spezifische Aktivität von 120 570 GBq/µmol auf. p[18F]F SA eignet sich zur Markierung von biologisch relevanten Molekülen, da es unter den Markierungsbedingungen der Cycloaddition stabil ist und eine für das Arbeiten im wässrigen Milieu günstige Lipophilie (logP = 1,7) aufweist. Die verschiedenen Beispiele der drei Verbindungsklassen werden mit einer Azidfunktion versehen. Ein Phosphopeptid (H-MQSpTPL-OH), HSA und ein Aminohexylspacer tragendes Oligonukleotid (NH2 (CH2)6 pCCG CAC CGC ACA GCC GC) werden mit Succinimidyl-5-azidvalerat umgesetzt, wodurch eine Funktionalisierung an den Aminogruppen erfolgt. Während das Phosphopeptid und das Oligonukleotid einfach azidfunktionalisiert vorliegen, werden durch diese Methode 27 Azidreste an das HSA angebracht. Damit stehen Alkin- und Azid-Derivat für die Cycloaddition zur Verfügung. Das Phosphopeptid konnte mit einer Ausbeute von 29% innerhalb von 45 min hergestellt werden. Als Katalysator-Ligandsystem wird ein Gemisch aus Kupfersulfat und Natriumascorbat in Boratpuffer (pH = 8,4) eingesetzt. Man geht von 0,3-0,4 mg der peptidischen Markierungsvorstufe aus. Die Methode wurde mit der [18F]SFB-Markierung des Phosphopeptids verglichen. Man erhält ähnliche Ausbeuten und Reinheiten bei ähnlichen Reaktionsbedingungen. Ein wesentlicher Vorteil ist die Höhe der spezifischen Aktivität des eingesetzten p[18F]F SA, die bis zu zehnfach höher ist, als die des [18F]SFB. Das führt vermutlich zu einem ähnlichen Unterschied der spezifischen Aktivitäten der markierten Peptide, die jedoch nicht genau bestimmt wurden. Auch sind die Reaktionszeiten zur Peptidmarkierung bei Nutzung von p[18F]F SA um ein Drittel geringer. Das führt zur Verminderung der gesamten Synthesezeit. Die Markierung von azidfunktionalisiertem HSA (Beispielprotein) erfolgt mit einer radiochemischen Ausbeute von 57% innerhalb von ca. 45 min. Als Katalysator-Ligandsystem wird ein Komplex aus TBTA und Kupfer(I)-Ionen in Phosphatpuffer (pH = 7,4) / Dimethylsulfoxid verwendet. Die Masse der eingesetzten Markierungsvorstufe beträgt 0,3 mg. Ein Vergleich der Markierungsmethode erfolgte mit der Markierung mit den bifunktionellen Markierungsbausteinen [18F]SFB und [18F]FBA. Bei gleicher Proteinkonzentration ist der Umsatz von p[18F]F SA mit 94% am höchsten. Die Reaktion des hydrazinfunktionalisierten HSA mit [18F]FBA erfordert Temperaturen von 50-60°C, um einen Umsatz des Markierungsbausteins in ähnlicher Höhe wie bei Markierungen mit p[18F]F SA und [18F]SFB zu erreichen. Die Bedingungen für die Markierung mit [18F]SFB weicht dahingehend ab, dass ein pH Wert von 8,4 angewandt wird um eine Markierung zu erreichen. Grund ist die Notwendigkeit der Deprotonierung der im HSA vorhandenen, bei niedrigeren pH Werten protonierten Aminogruppen. Das limitiert die Reaktion auf einen Bereich um diesen pH-Wert. Die Untersuchung der Markierung von Oligonukleotiden ergab, dass ebenfalls ein Komplex aus TBTA und Kupfer(I)-Ionen notwendig ist. Als Lösungsmittel dient ein Gemisch aus 1 M Natriumhydrogencarbonat-Lösung, Acetonitril und Dimethylsulfoxid (14:5:1). Nach 20 min Reaktionszeit bei 10°C kann das Produkt mit einem Anteil von 30% im Reaktionsgemisch nachgewiesen werden. Damit ist nachgewiesen, dass auch die Markierung von Oligonukleotiden unter milden Bedingungen mit dieser Reaktion möglich ist. Zusammenfassend kann man feststellen, dass sich die Click-Reaktion hervorragend für die schonende Markierung der biologisch relevanten Moleküle Phosphopeptid, HSA und Oligonukleotid eignet. TBTA wirkt während der Reaktion als Chelatbildner für die Kupfer(I)-Ionen und verhindert somit eine Bindung an die zu markierenden Moleküle oder deren Zersetzung. Damit wird die Stabilität der biologisch relevanten Moleküle gewährleistet und bei in vivo-Anwendung, das Einbringen cytotoxischen Kupfers verhindert. Im Zuge der Untersuchungen wurde ein Vergleich der Markierungsreaktionen Acylierung, Thioetherbildung, sowie Hydrazon- und Oximbildung durchgeführt. Die bifunktionellen Markierungsbausteine [18F]SFB, [18F]FBAM und [18F]FBA wurden dafür herangezogen. Die 1,3-dipolare [3+2]Cycloaddition unterscheidet sich von den zum Vergleich herangezogenen Reaktionen. Sie vereint die positiven Eigenschaften der anderen Markierungsreaktionen in sich: • Die Reaktion läuft unter milden Reaktionsbedingungen ab. • Der verwendete Markierungsbaustein p[18F]F SA ist unter den Markierungsbedingungen stabil und lässt sich in einer Einschrittsynthese mit Hilfe eines vollautomatisierten Synthesemoduls einfach in hohen Ausbeuten und Reinheiten, sowie mit einer hohen spezifischen Aktivität herstellen. Damit erweitert die 1,3 dipolare [3+2]Cycloaddition das Spektrum der Markierungsreaktionen und bietet das Potential zur Markierung verschiedenster biologisch relevanter Moleküle.

This work refers to the area of bio-nanotechnology and concerns the selective immobilization of DNA or other bio-template on microstructured gold contacts and which then permit a coordinated cooperation of several of these nanotemplate, e.g., within a microreactor. The immobilization of such nano-objects should be realized through functional thin polymer films which provide binding groups. Thus, the main aim of this work was the development of polymeric materials for thin functional films which permit to deposit on different substrates a wide variation of functional elements or metal structures and to achieve a pattern formation using optical grid methods. In order to realize this concept it was necessary to design and develop a polymer system based on suitable photolabile units and in addition having anchoring groups which attach on specific substrates like gold. In this terpolymer concept was aimed for which consists of three components with particular functions in suitable molar ratios, which allow the tune the properties of the materials, and provide: amino photolabile protected groups for the photolithographic creation of patterned areas with free amino groups, which are available for further modifications like attachment of colloids, metallization or attachment of DNA strands; disulfide derivative anchor groups providing anchoring capacity for gold surface and spacer groups for adjusting the film quality. These multifunctional terpolymers should be synthesised by free radical polymerisation of suitable monomers. Although these techniques are successful, they are limited by their complexity, rigorous synthetic demands, as well as incompatibility with many functional termolabile and highly reactive functionalities. To overcome these difficulties a polymerisation technique based on “living” free radical polymerisation has been used in this work. A highly efficient polymer-analogous modification allows to introduce the functionalities after the polymer construction reaction. The production of suitable prepolymers [poly(styrene-r-4-propargyl-oxystyrene)] was carried out with the help of a controlled synthesis methodology “nitroxide mediate radical polymerization" followed by polymer analogous reaction using one of the most efficient click reactions, the Cu(I) catalyzed Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition between terminal acetylenes and azides to attach further functionalities through the formation of a stable 1,4-disubstituted 1,2,3-triazol ring . The combination of nitroxide mediated radical polymerization (NMRP) and click chemistry was used to produce well-defined random copolymer. It could already be shown that also block copolymers can be prepared which give the chance to combine nanostructure formation in block copolymers with special functionality. Thus, the special properties of these functional polymers like the capability for photopatterning and anchoring onto gold substrates make them very interesting for nanotechnology applications. / Diese Arbeit bezieht sich auf das Gebiet der Bionanotechnologie und betrifft ein neuartiges Verfahren zur selektiven Immobilisierung der DNA oder anderer Biomoleküle auf mikrostrukturierten Goldkontakten, welche dann ein koordiniertes Zusammenwirken von einzelnen Nanomolekülen ermöglichen, z.B. in einem Mikroreaktor. Die Immobilisierung solcher Nanoobjekte soll durch dünne Funktionsschichten realisiert werden, die die Anbindungsgruppen liefern. Folglich war das Hauptziel dieser Arbeit die Entwicklung von Polymermaterialien für dünne Funktionsschichten, die die Aufbringung einer großen Vielzahl von Funktionselementen oder metallischen Strukturen auf verschiedenen Substraten gestatten und die Strukturierung durch den Einsatz von lithographischen Methoden ermöglichen. Um dieses Konzept zu realisieren, war es notwendig, ein Polymersystem zu gestalten und zu entwickeln, welches auf geeignete photolabile Einheiten basiert und zusätzlich Ankergruppen hat, die mit spezifischen Substraten wie Gold verbunden ist. Dieses Terpolymerkonzept wurde gezielt aus drei Komponenten mit speziellen Funktionen in entsprechenden molaren Verhältnissen gebildet, die eine Abstimmung der Materialeigenschaften ermöglicht und folgendes bereitstellt: photolabile geschützte Aminogruppen für die photolitographische Strukturerzeugung mit freien Aminogruppen, welche für weitere Modifikationen verfügbar sind wie das Anhängen von Kolloiden, die Metallisierung oder Anfügung von DNA-Strängen; disulfide Derivate für die kovalente Anbindung auf der Goldoberfläche und Spacer-Gruppe für Verbesserung der Schichtenbildung. Diese multifunktionalen Terpolymere sollen durch eine freie radikalische Polymerisation von entsprechenden Monomeren synthetisiert werden. Obwohl diese Techniken erfolgreich sind, sind sie eingeschränkt durch ihre Komplexität, den strengen synthetischen Anforderungen, sowie der Inkompatibilität mit vielen funktionalen thermolabilen und hochreaktiven Funktionalitäten. Um diese Schwierigkeiten zu überwinden wurde eine Polymerisationstechnik für diese Arbeit genutzt, die auf der „lebenden“ freien radikalischen Polymerisation basiert. Eine hoch effiziente polymeranaloge Modifizierung erlaubt die Einführung von Funktionalitäten nach der Polymeraufbaureaktion. Die Herstellung von entsprechenden Präpolymeren Poly(Styrol-r-4-Propargyl-oxystyrol) wurde mittels einer kontrollierten Synthesemethodik „Nitroxid-mediated controled radical polymerisation“ (NMRP) durchgeführt, gefolgt von der Polymeranalogreaktion, die eine der effizientesten Click-Reaktion - die Cu(I) katalysierte 1,3-dipolar Cycloaddition von terminalen Alkinen an Aziden nach Huisgen nutzt, um weiter Funktionalitäten durch die Bildung eines stabilen 1,4-disubstituierten-[1,2,3]-Triazolringes anzufügen. Die Kombination von NMRP und Click-Chemie wurde zur Herstellung eines exakt definierten Random Copolymers genutzt. Es konnte bereits gezeigt werden, dass auch Blockcopolymere geschaffen werden können, die eine Möglichkeit zur Kombination von Nanostrukturformationen in Blockcopolymeren mit speziellen Funktionaltäten bieten. Folglich sind die speziellen Eigenschaften dieser Funktionalpolymere wie die Fähigkeit zur Photostrukturierung und Verankerung auf Goldsubstraten für nanotechnologische Anwendungen sehr interessant.

L’Héparane Sulfate (HS) est un polysaccharide linéaire hautement sulfaté largement présent à la surface des cellules ou dans la matrice extracellulaire des tissus animaux. L’HS est l'un des polymères les plus hétérogènes et présente une alternance de domaines fortement sulfatés (S) et faiblement sulfatés (A). L'exposition à la surface cellulaire de ces domaines SAS permet d'établir des interactions spécifiques avec des protéines basiques présentant des topologies de charges complémentaires, permettant la régulation de leurs activités biologiques. CXCL12, une protéine de la famille des chimiokines se liant aux chaînes d’HS, est l'unique ligand naturel du récepteur CXCR4. La signalisation CXCL12/CXCR4 est impliquée dans divers processus biologiques dont l'hématopoïèse, la réponse immunitaire et la migration des cellules cancéreuses et leur prolifération. La conception de glycoligands pouvant se lier spécifiquement à CXCL12 pourrait permettre de moduler son interaction avec son récepteur et donner accès à une substance thérapeutique innovante pour le traitement de plusieurs types de cancer. Nous avons ainsi imaginé la construction d’un ligand tridentate symétrique comportant une partie centrale de type fragment d’HS synthétique (dp4) dont les extrémités réductrice (ER) et non réductrice (ENR) seraient reliées à des ligands capables d'occuper une partie du site de liaison à CXCR4.Grâce à de précédents travaux sur l'IFN-γ, une cytokine se liant aux chaînes HS, notre laboratoire a déjà démontré que la préparation de mimes de SAS pouvait être obtenue en reliant deux fragments d’HS synthétiques (domaines S) par leur ER via des bras espaceurs de type PEG et de longueur différente pour mimer les domaines A. Afin d’adapter cette stratégie à la préparation de neutraligands de CXCL12 et d’une nouvelle génération de mimes de SAS, ce programme doctoral visait (i) à établir une stratégie générale de modification de l’ER et l’ENR de fragments d’HS, (ii) à établir des conditions efficaces de réactions de couplage pour (iii) synthétiser des ligands de CXCL12 ainsi que de nouveaux mimes de SAS. Nous avons sélectionné deux réactions orthogonales de couplage dans le panel de Chimie Click, à savoir la formation de triazole «CuAAC» et la «ligation oxime». Afin de déterminer la faisabilité de transformation des deux extrémités de fragments d’HS pour réaliser ces réactions de couplage, nous avons optimisé les conditions de ces modifications sur un disaccharide modèle dérivé du cellobiose. Tout d’abord, en utilisant la procédure de couplage thiol-ène décrite par notre équipe, nous avons introduit une amine sur l'ER de ce disaccharide et optimisé les conditions d’une séquence monotope transfert de diazo/CuAAC permettant la conversion sélective de cette amine en azoture puis son couplage avec des alcynes vrais. Cette séquence a également pu être appliquée à des acides aminés libres pour la préparation de dérivés organofluorés. Ensuite, l'installation d'un motif aldéhyde sur l’ENR du composé modèle a été obtenue par une séquence en trois étapes comportant une allylation décarboxylante de type Tsuji-Trost de la position O-4 de l'unité NR, une dihydroxylation de l’éther d’allyle obtenu et enfin une coupure oxydante du diol formé. En plus d'explorer la sélectivité de la coupure oxydante en faveur de diols vicinaux acycliques en présence de diols cycliques portés par le squelette saccharidique, nous avons également optimisé les conditions de la réaction de formation d’oximes pour obtenir une seconde procédure monotpe de coupure oxydante/formation d’oxime pour la modification rapide de l’ENR de fragments d’HS. Cette stratégie de fonctionnalisation sélective de l’ER et l’ENR d’oligosaccharides a été implémentée dans notre voie actuelle de synthèse de fragments d’HS : elle a été appliquée de manière représentative à un fragment tétrasaccharidique d’HS qui permettra la préparation de neutraligands de CXCL12 et de mimes de SAS. / Heparan sulfate (HS) is a class of linear and highly sulfated polysaccharides widely present in animal tissues, onto the cell surface or into the extracellular matrix. HS is one of the most heterogeneous polymers and presents an alternation of highly sulfated domains (S domains) and weakly sulfated one (A domains). Exposition of those SAS domains at the cell surface permits the establishment of specific interactions with proteins displaying complementary charge topologies, leading to the regulation of their biological activities.CXCL12, a HS-binding protein, member of the chemokine family of pro-inflammatory mediators, is the unique natural ligand of CXCR4 receptor. CXCL12/CXCR4 signaling is involved in several biological processes, including hematopoiesis, immune response and cancer metastasis. The design of HS type ligands that could bind specifically to CXCL12 to block or modulate its interaction with its receptor should give access to therapeutic substance being able to modulate its activity and allow treatment of several cancer types. To this aim, we planed to construct a symmetric tridentate ligand of CXCL12 in which the reducing end (RE) and non-reducing end (NRE) of a short synthetic HS fragment (dp4) would be connected to ligands able to occupy part of the CXCR4 binding site. Thanks to previous investigation onto IFN-γ, a cytokine that binds tightly to HS chains, our lab already demonstrated that the preparation of SAS mimics should be reached by connecting two synthetic HS fragments (S domains) by their RE through a PEG-type spacer differing in length to mimic internal A domain. To adapt this strategy to the preparation of CXCL12 neutraligands and new type of SAS mimics, this PhD program aimed (i) to establish a general strategy of modification of the HS fragments RE and NRE, (ii) to setup efficient conditions of ligation reactions for (iii) the preparation of CXCL12 neutraligands as well as a second generation of SAS mimics. We selected our two orthogonal ligation reactions into the Click Chemistry panel: “the CuAAC” triazole formation and the “oxime ligation”. In order to setup the practicability of this strategy of transformation of the two HS fragments ends, we optimized reaction conditions onto model disaccharide derived from cellobiose. On one hand, by using thiol-ene coupling procedure reported by our lab, we introduced an amino group to the RE of this disaccharide and optimized reactions conditions of a one-pot diazotransfer reaction/CuAAC sequence, allowing the selective conversion of this amino group into azide and its coupling with alkyne derivatives. To demonstrate the robustness of this sequence, we applied it to the direct modification of free amino acids for the preparation of organofluorine derivatives. On the other hand, the installation of an aldehyde motif onto the NRE of the model compound was obtained via a three steps sequence involving a Tsuji-Trost decarboxylative allylation of the position O-4 of the NRE unit, dihydroxylation of the resulting allyl ether and finally oxidative cleavage of the formed diol. Besides exploring the possibility of the selectivity of the oxidative cleavage in favor of vicinal acyclic diols without affecting cyclic diols of the disaccharide backbone, we also optimized the reaction conditions of oxime ligation to obtain a second one-pot procedure of oxidative cleavage/oxime ligation for the rapid modification of the NRE of HS fragments. This strategy of functionalization of the RE and NRE of oligosaccharides was implemented into our current synthetic pathway of preparation of HS fragments: a tetrasaccharidic HS fragment was representatively modified using this strategy for the synthesis of CXCL12 neutraligands and SAS mimics.

La multivalence est reconnue en tant qu’outil permettant d’augmenter le pouvoir d’inhibition d’un inhibiteur. La mise en évidence, en 2010, d’un effet multivalent puissant sur l’inhibition des glycosidases par un iminosucre multivalent a ouvert la voie vers la synthèse de clusters toujours plus puissants. En 2016, un composé multivalent a permis d’atteindre une inhibition 173000 fois meilleure que le composé monovalent correspondant, ce qui équivaut à une augmentation record du pouvoir d’inhibition par iminosucre de 4800. La synthèse d’une nouvelle génération d’iminosucres multivalents à ligand affin pour sa cible, pour parvenir à augmenter encore l’effet multivalent, était mon objectif de thèse. Au cours de ce travail, de nouveaux iminosucres multivalents à motif gluco- ou mannoimidazole, très affin des mannosidases, ont été synthétisés. Ces composés multivalents ont permis de travailler sur deux projets parallèles : un projet fondamental et un projet appliqué. Le premier a consisté en l’étude de l’influence de l’affinité du ligand sur l’effet multivalent par mesure du pouvoir d’inhibition sur l’enzyme commerciale répondant le mieux à l’effet multivalent, l’α-mannosidase de Jack-bean. Les résultats montrent l’existence d’un effet multivalent notable mais sa valeur n’est pas aussi importante comparée aux études précédentes. Les iminosucres multivalents pouvant également cibler les glycosidases d’intérêt thérapeutique, nous nous sommes intéressés, dans le cadre du projet appliqué, au traitement de la mucoviscidose. L’idée était de viser les mannosidases I et II du réticulum endoplasmique pour permettre de secourir la protéine CFTR déficiente impliquée dans cette maladie. Malheureusement, aucun effet correcteur ni potentiateur n’a pu être observé pour nos composés. En marge de ces axes principaux, une méthode de déshydroxylation sélective a été optimisée et développée en élargissant son champ d’application et en apportant des preuves mécanistiques. / Multivalency is known to be a tool to drive inhibitors more potent. The multivalent effect, evidenced in 2010 with multivalent iminosugar on glycosidase inhibition, paved the way to the synthesis of multimeric inhibitors even more powerful. In 2016, an iminosugar cluster was reported to be 173 000 times more potent inhibitor compared to the monovalent reference. This is equal to an inhibitory potency enhancement of 4800 per iminosugar. The goal of my PhD was the synthesis of a new generation of multivalent iminosugars very potent towards their target, to keep increasing multivalent effect. New multivalent iminosugars with glycoimidazole motifs, with high affinity towards mannosidases, were synthetised. Those multivalent compounds allowed us to work on two parallel projects: a fundamental and an applied one. The first one focused on the influence of ligand affinity on multivalent effect by measuring the inhibition potency on the most sensitive to multivalent effect commercially available enzyme: the Jack-bean α-mannosidase. Results showed that multivalent effect was maintained but at a lower level than those reported previously. Multivalent iminosugars being also able to target glycosidases of therapeutic interest, we were interested in the treatment of cystic fibrosis. Targeting endoplasmic reticulum mannosidases I and II could restore the CFTR protein whose deficiency is the root cause of the disease. Unfortunately, no corrective or potentiation effect were observed. Aside those principal lines, a selective dehydroxylation method was optimized and developed widening the scope and providing mechanistic proofs.

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