Trois inquiétudes, actuellement, dans le monde de la microbiologie médicale : la fréquence des infections nosocomiales, d'origine bactérienne dans plus de 60% des cas, la multiplication et la dissémination des résistances bactériennes, mais aussi la pénurie annoncée en molécules antibiotiques et antiseptiques. Il est indispensable de trouver de nouvelles molécules antibactériennes, avec un mécanisme d'action innovant. Nous présentons dans cette étude, l'évaluation d'une molécule innovante, calixarène purement synthétique, le para-guanidinoéthylcalix[4]arène (Cx1). Dans une 1ère partie de ce travail, nous avons montré que cette molécule se caractérise par : (i) une activité antibactérienne à large spectre, conservée sur des isolats cliniques tels que les SARM, les ERG ou les EBLSE ; (ii) une activité rapidement bactéricide, concentration-dépendante ; et (iii) une absence de cytotoxicité in vitro. Des interactions de type synergie sont obtenues avec de nombreux antibiotiques (ß-lactamines, fluoroquinolones, rifampicine, acide fusidique, tigécycline…) ; aucun antagonisme n'a été observé. Dans une 2ème partie, nous avons souligné l'absence de sélection de mutants résistants in vitro, après 30 passages, pour S. aureus et P. aeruginosa. Pour E. coli, des mutants résistants stables sont sélectionnés au delà de 15 ou 20 passages, avec un effet inoculum. Enfin, dans une 3ème partie, nous avons recherché la ou les cible(s) du Cx1 par diverses techniques, innovantes (microélectrophorèse, microscopie à force atomique) ou plus classiques (cytométrie en flux, liaison au LPS/LTA). L'ensemble des données recueillies converge vers l'existence d'une cible ou plusieurs cibles pariétales (liaison au LPS et au LTA, à d'autres structures ?). L'activité du Cx1 résulte en une modification des propriétés pariétales (densité de charge de surface, souplesse hydrodynamique, perméabilité membranaire) et en une augmentation de la rigidité bactérienne (pression osmotique). En conclusion, le Cx1 possède un potentiel intéressant en terme de nouvel antibactérien, mais de nombreuses inconnues demeurent encore concernant son mécanisme d'action. Cela laisse ouverte la porte à de nombreuses voies de recherche afin de mieux appréhender les cibles de cette molécule, et d'en optimiser les propriétés. / The progressive reduction of the therapeutic effectiveness of the available antibiotics and antiseptics as a result of the spread of antimicrobial resistance underlines the urgency of the development of new classes of drugs for the treatment of infectious diseases. The major challenge is to find drugs that act against multiple multidrug-resistant strains, with a real new mechanism of action. The work presented here is an evaluation of the potential of the para-guanidinoethylcalix[4]arene (Cx1), as a new innovative antibacterial. In the first part of this work, we have demonstrated that Cx1 possess: (i) a broad-spectrum with an activity conserved against multidrug-resistant isolates such as MRSA, VRE or ESBL-producing Enterobacteriaceae; (ii) a rapid bactericidal and concentration-dependant activity; and (iii) an absence of cytotoxicity in vitro. Checkerboard studies have underlined a large number of synergies with numerous antibiotics (ß-lactamins, fluoroquinolones, rifampicin, fusidic acid, tigecycline…) ; no antagonism have been observed. In the second part, we have showed that Cx1 was not able to select resistant mutants with S. aureus and P. aeruginosa. For E. coli, we have observed resistant mutants beyond 15 or 20 passages, with inoculums effect. In the last part of this work, we have used various techniques in order to elucidate mechanism of action of Cx1: innovative techniques (microelectrophoresis, atomic force microscopy),and other more classical (flow cytometry, LPS/LTA sequestration). All data obtained conduct us to confirm our first hypothesis: Cx1 possess one or many targets on bacterial cell wall, and its activity was translated by wall changes (surface charge density, hydrodynamic properties, membrane permeability), and increase of bacterial rigidity (increase of turgor pressure). In conclusion, Cx1 appears as a good candidate as new antibacterial or adjuvant in anti-infectious therapy, but its real mechanism of action remains unknown. Numerous research ways remain to be investigated in order to better understand of targets of Cx1, and to optimize its antibacterial properties.

L'utilisation de nanoparticules (NPs) comme vecteur de médicaments est actuellement en plein développement de vectoriser des principes actifs dans l'organisme pour en diminuer les effets secondaires. Cependant peu d'études portent sur l'activité biologique de ces NPs et plus particulièrement sur leur toxicité intrinsèque. Récemment, une formulation orale d'Héparine de Bas Poids Moléculaire à base de NPs composées d'un mélange de deux polymères, polycaprolactone et Eudragit® RS, a été développée au sein de l'EA3452. Nous avons entrepris d'étudier la cytotoxicité de ces NPs vides ainsi que celles chargées avec le médicament par deux méthodes d'encapsulation : la nanopréciptation et la double émulsion. La toxicité observée des NP vides a été étudiée. Elles sont toxiques pour la lignée de macrophages de rat NR8383 d'une manière dose- et temps-dépendante. La microscopie électronique a montré que les NPs pénétraient dans la cellule, de façon unitaire, par endocytose et gagnent les mitochondries déclenchant un phénomène de mitophagie alors qu'aucune image évoquant une apoptose n'a été observée. Ceci est confirmé par l'étude des voies métaboliques par « microchip arrays » et RT-PCR quantitative. Les voies métaboliques conduisant à l'autophagie sont activées (en particulier le gène atg1611) sans que l'apoptose soit mise en jeu. La désorganisation des structures mitochondriales est associée à une répression de l'expression du gène opa1. Ces résultats obtenus doivent être confirmé sur des macrophages humains. Cependant ils tendent à montrer que les NPs seules ont des effets biologiques qui doivent être pris en compte avant toute utilisation chez l'homme / Nanoparticles (NPS) are more and more used in medicine, in imaging and as vector for drugs. In this case, NPs are used to lessen the toxicity of the active product. However, a possible toxicity of these carriers is seldom taken into account. In the EA3452, low molecular weight heparin (LMWH)-based NPs have been devised a mix of two polymers, polycaprolactone (PCL) and Eudragit® RS (ERS). Preliminary works has shown that these NPs preparations, obtained by either nanopreciptation or double emulsion, are cytotoxic per se. on a rat macrophage cell line, NR8383 in a dose-dependent (15 - 40 µg/mL) and time-dependent (4 - 24 h) manner which was further investigated. Electron microscopy has shown that NPs enter the cell unitarily by endocytosis. They enter the mitochondria inducing a phenomenon of mitophagy but no pictures evocating apoptosis were observed. Then, we have investigated the metabolic pathways using microchip array and quantitative RT-PCR. The pathways conducting to autophagy are activated (e.g. gene atg1611) while there is no activation of the pathways conducing to apoptosis. The alteration of the morphology of the mitochondria was associated to an underexpression of opa1. Although these results were obtained with animal cell line, and should be confirmed with human macrophages, they show that NPs have biological effects that have to be evaluated before their use in human

Le traitement de l’asthme concerne une large population et fait appel très majoritairement à une administration par voie pulmonaire. Cette voie présente certains inconvénients qui pourraient être palliés par le recours à la voie buccale comme envisagé dans cette étude, avec une amélioration attendue de la compliance et de la biodisponibilité. Aussi ce travail a eu pour objectif de développer et caractériser une formulation mucoadhésive thermogélifiante à base de salbutamol. Au regard des contraintes liées à la voie buccale et à la prise en charge du traitement de l’asthme aigu, les principales propriétés pharmacotechniques attendues pour optimiser la biodisponibilité de cette formulation ont été : (i) une gélification optimale autour de 30°C après pulvérisation pour faciliter notamment l’administration ; (ii) des propriétés mécaniques et mucoadhésives importantes pour assurer un maintien de la forme au site d’absorption ; (iii) une cinétique de libération compatible avec le traitement de la phase aigüe de la pathologie. Le choix des excipients a été défini afin d’avoir la plus grande innocuité de la formulation finale. Les travaux expérimentaux ont mis en évidence l’intérêt de certaines techniques innovantes pour la caractérisation de ce type de formulation comme notamment l’étude de libération à l’aide de l’appareil de dissolution à flux continu, la détermination de la cytotoxicité par microscopie holographique digitale et l’évaluation de la mucoadhésion in vitro et in vivo par imagerie. Les résultats ont aussi permis de proposer des modèles mathématiques pour l’interprétation des mécanismes de libération du salbutamol et quantifier l’importance des phénomènes de diffusion et d’érosion. Les conclusions de cette étude sont favorables à la poursuite du développement en vue d’une commercialisation. / The treatment of asthma concerns a large population and generally necessitates an administration by the pulmonary route. This route has some drawbacks which could be overcome by the buccal route, like considered in this study expecting an improvement of the compliance and the bioavailability. The aim of this work was to develop and characterize a thermogelling mucoadhesive formulation containing salbutamol sulfate. The main properties of the formulation were: (i) thermogelation around 30°C to facilitate the administration by spray; (ii) strong mechanical properties and high mucoadhesive strength to maintain the formulation in situ; (iii) drug release kinetics adapted to the treatment. The excipients were selected with regard to the final formulation safety. The experimental work emphasized the great interest of certain techniques in the characterization of this kind of formulation, for example the drug release study using flow through apparatus, the cytotoxicity study using digital holographic microscopy and also the mucoadhesion study by in vivo imaging. The use of mathematical models provided a relevant understanding of drug release mechanisms. The conclusion of this study is favorable to a further development of the project for a future marketing.

Dans le contexte règlementaire européen « REACH » nous avons développé un partenariat avec ArianeGroup et le CNES. L'objectif est de mieux connaitre la toxicité et les mécanismes toxiques de molécules hautement énergétiques (MHE) en utilisant des approches in vitro et in vivo. Une première partie du travail s'est focalisée sur l'étude de la cytotoxicité in vitro de deux propergols : le 1,1,4,4-tétraméthyl-2-tétrazène (TMTZ) et la monométhylhydrazine (MMH), molécule de référence. Le TMTZ possède un très faible impact, en comparaison de la MMH, sur le métabolisme cellulaire ou l'induction d'un stress radicalaire et présente une faible cytotoxicité. Dans une deuxième partie, nous avons étudié la tolérance et la pharmacocinétique chez la souris du 3,4,5-trinitropyrazole. Les expositions ont été de type aigu (IV et per os) ou sub-chronique (per os sur 30 jours). Les paramètres pharmacocinétiques, la voie d'élimination et les voies métaboliques ont été définis. La DL50 a été estimée à 390 mg/kg par voie orale en dose unique. Dans une troisième partie, nous avons utilisé une approche de métabolomique ciblée et de transcriptomique sur des cellules HepaRG différenciées pour étudier la relation structure/toxicité de sept molécules de la famille des nitropyrazoles. Nous avons clairement observé des différences de cytotoxicité en relation avec la structure des composés. Trois molécules ont la capacité de générer un stress radicalaire et génotoxique. Les stratégies expérimentales mises en place ont permis de mieux définir la toxicité et la cytotoxicité de plusieurs MHE et de conforter une stratégie industrielle de développement de molécules à faible niveau de toxicité pour l'homme / In the European regulatory context "REACH", we have developed a partnership with ArianeGroup and CNES. The objective is to understand the toxicity and toxic mechanisms of high energy molecules (HEM) using in vitro and in vivo approaches. The first part of the work focused on the study of the in vitro cytotoxicity of two propellants: 1,1,4,4-tetramethyl-2-tetrazene (TMTZ) and monomethylhydrazine (MMH), the reference molecule. TMTZ has a very low impact, compared to MMH, on cellular metabolism or induction of radical stress. TMTZ has low cytotoxicity than MMH. In a second part, we studied the tolerance and pharmacokinetics of 3,4,5-trinitropyrazole in mice. Exposures were acute (IV and per os) or subchronic (per os over 30 days). Pharmacokinetic parameters, route of elimination and metabolic pathways have been defined. The LD50 was estimated at 390 mg/kg orally in a single dose. In a third part, we used a targeted metabolomics and transcriptomics approach on differentiated HepaRG cells to study the structure/toxicity relationship of seven molecules of the nitropyrazole family. We clearly observed differences in cytotoxicity in relation to the structure of the compounds. Three molecules have the capacity to generate radical and genotoxic stress. The experimental strategies developed have made possible to better define the toxicity and cytotoxicity of several HEMs. These results have consolidate an industrial strategy for the development of molecules with a low level of toxicity for humans

La faible solubilité de certains médicaments cause des problèmes majeurs dans les formulations pharmaceutiques, puisque la solubilité dans l'eau est un critère indispensable pour la biodisponibilité. Les composés macrocycliques tels que les CDs et les calixarènes ont une cavité relativement hydrophobe, leur permettant ainsi d'encapsuler de nombreuses molécules. Les CDs ont déjà été utilisées comme excipients pharmaceutiques pour l'amélioration de la solubilité. La structure de ces macrocycles permet d'effectuer de nombreuses modifications, qui causent des changements tant au niveau de leurs caractéristiques physico-chimiques que sur leurs effets sur les organismes vivants. Ainsi, l'évaluation de la biocompatibilité de ces dérivés est primordiale en vue de leur utilisation en pharmacie. Puisque l'étude de la biocompatibilité de plusieurs dérivés de β-CD a déjà été étudiée, l'objectif de cette recherche était d'étendre ces expériences à des dérivés de l'α-CD qui sont disponibles dans le commerce. Nous nous sommes intéressés aux relations entre structure et toxicité. Ainsi les dérivés alkyl éther d'α-CD, avec des chaînes alkyle de longueur croissante et substitués sur différentes positions, ont été synthétisés et leur toxicité étudiée. Les para-sulphonato-calix[n]-arènes quant à eux, ont souvent été étudiés et ont montré une forte capacité à complexer de nombreux médicaments. Ils ont aussi démontré une activité biologique polyvalente. Néanmoins, leurs effets sur le mécanisme de transport paracellulaire n'a jamais été évaluée. Les tests de viabilité cellulaire et d'hémolyse nous ont permis d'une part de classer les α-CDs et de choisir les dérivés les plus sûrs, et d'autre part de comparer leur effets toxiques dans des systèmes différents. La comparaison des α- et ß-CDs portant les mêmes modifications chimiques nous a montré l'importance du nombre d'unités de construction. Le rapport entre l'effet cytotoxique et le nombre de groupes hydroxyles libres est également très important. Les dérivés portant de longues chaînes alkyles possèdent une faible solubilité, ce qui nous a conduits vers d'autres modifications chimiques : la sulfonation de ces derniers dérivés semble avoir un impact bénéfique sur la biocompatibilité de CDs. Elle a aussi amélioré la solubilité des calixarènes. Les calix[4] et [8]arène sulphonates ont prouvé leur effet positif sur l'absorption paracellulaire, tandis que le calix[6]arène sulphonate n'a pas eu d'effet similaire. Notre recherche conclut que les changements structurels sur les anneaux macrocycliques peuvent avoir un impact majeur sur la biocompatibilité. Comme les possibilités de modification sont pratiquement illimitées, l'évaluation de la structure et de l'activité est indispensable pour faciliter les choix les plus sûrs dans les applications pharmaceutiques à venir / The low solubility of drug candidates cause a major problem in pharmaceutical formulations, as the aqueous solubility is an indispensable criterion for appropriate bioavailability. Macrocyclic compounds possess a relatively hydrophobic cavity, which is suitable for guest molecule inclusion. Cyclodextrins and calixarenes are widely studied organic host-compounds, and CDs have already been used as pharmaceutical excipients for solubility enhancement. The macrocycles’ chemical structure allows their versatile modification, which eventuates changes not only in physicochemical characteristics, but in their effects on living organisms, as well. Thus, the biocompatibility evaluation of the derivatives is fundamental. Owing to the already performed assessment of numerous β-CD derivatives’ biocompatibility, the aim of this research was to extend these experiments to commercially available α-CDs. They have been used less frequently, however several derivatives, which have not been tested yet in vitro, have the possibility of future pharmaceutical use. Their importance is also certified by their benefits in nanoparticle formation. We have been interested in concrete structure-toxicity correlations, thus alkyl ether α-CD derivatives were synthetized bearing increasing length alkyl chains, in different positions. Para-sulphonato-calix[n]-arenes have already been widely examined due to their efficient drug complexation and versatile biological activity, however, their effects on paracellular transport mechanism have not been evaluated until now.The cell viability and hemolysis tests have allowed us to rank the α-CDs and to choose the safest derivatives, also to compare their toxic effects in different systems. The comparison of α- and β-CDs bearing the same chemical modifications highlighted the importance of the number of building units. Important information has been evaluated regarding the connection between the cytotoxic effect and the number of free hydroxyl groups. Derivatives with long alkyl chains possess low solubility, which led us towards further chemical modifications. Sulfonation seemed to have beneficial impact on the biocompatibility. Sulfonation also improved the solubility of calixarenes. C4S and C8S proved their positive effect on paracellular absorption in a non-toxic concentration range, however C6S had no similar effect, thus their behaviour in in vitro absorption model system arose forward-looking questions.Our research concludes, that the structural changes on the macrocyclic rings may have major impact on the biocompatibility. As the modification possibilities are practically unlimited, the evaluation of structure and activity cannot be avoided, facilitating the safest choice for further pharmaceutical use / A gyógyszerhatóanyagok rossz vízoldékonysága nagy kihívást jelent formulálásuk során, ugyanis a vízoldékonyság elengedhetetlen feltétele a megfelelő biohasznosulásnak. A makrociklusos vegyületek belső ürege viszonylag hidrofób, ez alkalmassá teszi őket vendégmolekulákkal való komplexképzésre. A ciklodextrinek és kalixarének széles körben tanulmányozott vegyületek, egyes CD-ek bejegyzett oldékonyságnövelő segédanyagok. A makrociklusok felépítése számos kémiai módosításra ad lehetőséget, amelyek nem csupán a fiziko-kémiai tulajdonságok változását eredményezik, hanem az élő organizmusokra kifejtett hatásokat is módosítják. Ezen származékok biokompatibilitás vizsgálata tehát elengedhetetlen. Számos β-CD származék biokompatibilitása ismert már, így kutatásunk célul tűzte ki ezen vizsgálatok α-CD-ekre történő kiterjesztését. Az α-CD-ek alkalmazása ritkább, azonban vannak származékok, amelyek in vitro vizsgálata még nem történt meg, de jelentőségük a nanopartikulum-képzésben már igazolt. A szerkezet-toxicitás összefüggések feltárása érdekében olyan alkil-éter CD származékokat szintetizáltunk, amelyek növekvő szénatomszámú alkil-csoportokkal rendelkeznek, eltérő pozíciókban. A para-szulfonáto-kalix[n]aréneket hatóanyag-komplexáló tulajdonságuk, valamint sokoldalú biológiai aktivitásuk miatt széles körben tanulmányozták már, azonban a paracelluláris anyagtranszportra gyakorolt hatásuk ezidáig még nem volt ismert. A sejtéletképességi és hemolízis vizsgálatok hozzásegítettek az egyes α-CD-ek rangsorolásához, továbbá a vegyületek különböző rendszerekben mért toxikussága is összevethetővé vált. A megegyező kémiai módosításokon átesett α- és β-CD-ek biokompatibilitása rávilágított a CD-gyűrű mértének jelentőségére. Egyértelmű összefüggést fedeztünk fel a toxicitás és a szabad hidroxil-csoportok száma között. A hosszú alkil-csoporttal rendelkező CD-ek rossz oldékonysága további kémiai módosításokat tett szükségszerűvé; a szulfát csoportok jelenléte jótékony hatással volt az oldhatóságra, és a citotoxicitásra is. A szulfatálás a kalixarének oldékonyságát is növelte. A C4S és C8S vegyületek növelték a paracelluláris felszívódás mértékét szubtoxikus koncentrációban, azonban a C6S nem mutatott hasonló hatást. Ezen eredmények további kérdéseket vetnek fel a pontos hatásmechanizmusról. Eredményeink rávilágítanak a makrociklusok szerkezetének és biokompatibilitásának összefüggéseire, valamint ezen ismeretek fontosságára annak érdekében, hogy minden formulációban a legbiztonságosabb segédanyagok legyenek alkalmazhatóak

A l'aube du XXIème siècle, les nanosciences et nanotechnologies promettent des progrès remarquables dans de nombreux domaines, mais soulèvent aussi de nombreuses inquiétudes en particulier au sujet de leurs effets sur la santé humaine et l'environnement. Cette étude a pour objectif d'apporter des éléments de réponse à la compréhension de la nature et de l'origine des effets biologiques de nanoparticules manufacturées : les oxydes de titane et les nanotubes de carbone. Pour cela les effets sur la viabilité cellulaire, la localisation cellulaire et la capacité à provoquer un stress oxydant, d'un panel de ces nanoparticules caractérisées de façon poussée ont été regardés in vitro sur deux modèles cellulaires : les cellules alvéolaires humaines A549 permettant de se placer dans un contexte d'exposition de l'homme par voie respiratoire et les bactéries Escherichia coli MG1655 et Cupriavidus metallidurans CH34 permettant de se placer dans un contexte de contamination environnementale. Il apparaît que les nanoparticules étudiées ne sont pas inertes pour ces différents modèles et que la nature et l'intensité des effets observés dépendent non seulement du modèle mais surtout des conditions d'exposition et des caractéristiques physicochimiques des nanoparticules qui pour certaines ont pu être identifiées comme prépondérantes.

Le traitement de l’asthme concerne une large population et fait appel très majoritairement à une administration par voie pulmonaire. Cette voie présente certains inconvénients qui pourraient être palliés par le recours à la voie buccale comme envisagé dans cette étude, avec une amélioration attendue de la compliance et de la biodisponibilité. Aussi ce travail a eu pour objectif de développer et caractériser une formulation mucoadhésive thermogélifiante à base de salbutamol. Au regard des contraintes liées à la voie buccale et à la prise en charge du traitement de l’asthme aigu, les principales propriétés pharmacotechniques attendues pour optimiser la biodisponibilité de cette formulation ont été : (i) une gélification optimale autour de 30°C après pulvérisation pour faciliter notamment l’administration ; (ii) des propriétés mécaniques et mucoadhésives importantes pour assurer un maintien de la forme au site d’absorption ; (iii) une cinétique de libération compatible avec le traitement de la phase aigüe de la pathologie. Le choix des excipients a été défini afin d’avoir la plus grande innocuité de la formulation finale. Les travaux expérimentaux ont mis en évidence l’intérêt de certaines techniques innovantes pour la caractérisation de ce type de formulation comme notamment l’étude de libération à l’aide de l’appareil de dissolution à flux continu, la détermination de la cytotoxicité par microscopie holographique digitale et l’évaluation de la mucoadhésion in vitro et in vivo par imagerie. Les résultats ont aussi permis de proposer des modèles mathématiques pour l’interprétation des mécanismes de libération du salbutamol et quantifier l’importance des phénomènes de diffusion et d’érosion. Les conclusions de cette étude sont favorables à la poursuite du développement en vue d’une commercialisation. / The treatment of asthma concerns a large population and generally necessitates an administration by the pulmonary route. This route has some drawbacks which could be overcome by the buccal route, like considered in this study expecting an improvement of the compliance and the bioavailability. The aim of this work was to develop and characterize a thermogelling mucoadhesive formulation containing salbutamol sulfate. The main properties of the formulation were: (i) thermogelation around 30°C to facilitate the administration by spray; (ii) strong mechanical properties and high mucoadhesive strength to maintain the formulation in situ; (iii) drug release kinetics adapted to the treatment. The excipients were selected with regard to the final formulation safety. The experimental work emphasized the great interest of certain techniques in the characterization of this kind of formulation, for example the drug release study using flow through apparatus, the cytotoxicity study using digital holographic microscopy and also the mucoadhesion study by in vivo imaging. The use of mathematical models provided a relevant understanding of drug release mechanisms. The conclusion of this study is favorable to a further development of the project for a future marketing.

Ce travail a porté sur une nouvelle protéine impliquée dans l'apoptose, la mitogaligine, et plus particulièrement sur le fragment interne [31-53] responsable de son adressage à la mitochondrie. L'objectif général du projet est de comprendre au niveau atomique son mécanisme d'action sur les membranes mitochondriales. Le fragment d'adressage est à lui seul cytotoxique. C'est pourquoi j'ai concentré l'essentiel de mon travail de thèse sur son étude. Nous avons défini sa toxicité sur des cellules humaines et montré qu'il perturbait l'intégrité membranaire, excluant certaines protéines de la mitochondrie. Ce phénomène concorde avec le relargage de cytochrome c, à l'origine du déclenchement de l'apoptose par la voie mitochondriale. Pour mieux comprendre le mode d'action du fragment d'adressage et le rôle joué par la cardiolipine, lipide caractéristique des membranes mitochondriales, j'ai étudié par différentes techniques biophysiques complémentaires l'effet du milieu membranaire sur la structuration du peptide et l'effet du peptide sur la membrane. Le peptide a une très forte affinité (13nM) pour des membranes contenant de la cardiolipine. Il se place à plat sur la membrane, s'enfouissant dans l'interface, sans induire d'organisation particulière des lipides. De plus, nous avons mis en évidence que le peptide était capable d'induire une courbure positive de la membrane, ce qui va interférer avec de nombreux processus vitaux pour la cellule. Enfin, pour réaliser les études structurales et fonctionnelles de la protéine entière, j'ai participé aux premières étapes de production de mitogaligine, qui s'est avéré très délicate aussi bien par voie d'expression que par synthèse chimique.

Les endocannabinoïdes, anandamide (AEA) et 2-arachidonoylglycérol (2-AG), appartiennent au système endocannabinoïde et sont impliqués dans la régulation de nombreux systèmes biologiques. Ils ont un rôle dans la modulation du système immunitaire et la défense anti-tumorale. Dans cette étude, nous avons montré que l'AEA et le 2-AG peuvent moduler l'activation des cellules Natural Killer CD56 + CD3- (NK) et des cellules NK92. A de faibles doses, ils potentialisent la production d'IFN γ induite par des doses suboptimales d'IL-12, d'IL-15 et d'IL-2. En outre, l'AEA et le 2-AG potentialisent la cytotoxicité des cellules NK. Des expériences de quantification des transcrits codant FasL, TRAIL, perforine et granzyme et des expériences d'inhibition indiquent que cette augmentation de la cytotoxicité est corrélée à une augmentation de l'expression de FasL, tandis que la production de granzyme, de perforine et l'expression TRAIL reste inchangées. Les effets des endocannabinoides sur les cellules NK sont inhibés en présence d'un antagoniste du récepteur endocannabinoidien de type 2 (CB2). Ces travaux in vitro on été confirmés in vivo sur un model de tumeur murine. Les cellules NK murines stimulées ex-vivo par les endocannabinoides et réinjectées en intra-tumoral, induisent un ralentissement significatif de la croissance tumorale Ces résultats montrent pour la première fois que les endocannabinoïdes AEA et 2-AG utilisées à faible dose sont impliqués dans la modulation des activités régulatrices (objectivée par la production d'IFN γ) et cytotoxiques des cellules NK.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre de la thématique du laboratoire de Pharmacognosie de l’UFR Santé, au sein de l’Université de Bourgogne. Elle vise essentiellement la recherche de molécules d’origine végétale issue de la biodiversité tropicale dotées d’une activité antitumorale et immuno-modulatoire dont principalement les saponines. Ce sont des glycosides triterpéniques ou stéroïdiques connus pour leurs nombreuses propriétés pharmacologiques. L’étude de 4 espèces végétales appartenant à 3 familles à savoir Dracaena marginata L., Dracaena fragrans Ker Gawl (Asparagaceae), Allium flavum L. (Amaryllidaceae) et Weigela stelzneri (Caprifoliaceae),a conduit à l’isolement et à la caractérisation de 26 glycosides naturels. Il s’agit de 22 saponines stéroïdiques parmi lesquelles 6 sont de structure nouvelle ainsi que 4 saponines triterpéniques dont 3 nouvelles. Les structures ont été élucidées principalement par l’utilisation de la RMN 2D ainsi que la spectrométrie de masse. 10 des 26 molécules isolées ont été testées en vue d’évaluer leurs activités cytotoxiques sur deux lignées cellulaires cancéreuses (SW480 et EMT-6), et 3 pour l’étude de la modulation de la production d’une cytokine pro-inflammatoire, l’interleukine IL-1β sur cellules PBMC stimulées par le LPS. Nos résultats montrent que 6 d’entre elles possèdent une activité cytotoxique modérée sur les deux lignées cancéreuses. En revanche, deux saponines triterpéniques de type oléanane exercent les plus fortes cytotoxicités sur les deux lignées cancéreuses comparées à celles des références internes (Etoposide et Methotrexate). De plus elles révèlent un important effet de modulation de la production de l’interleukine IL-1β sur cellules PBMC et de ce fait, un fort potentiel anti-inflammatoire. Des relations structure/activité ont été ainsi proposées. / This thesis was carried out in the Laboratory of Pharmacognosy, in health department of the University of Burgundy. The principal theme of this Laboratory is the research of natural compounds from tropical biodiversity, mainly saponins with antitumoral and immunomodulatory activities. These molecules are triterpenic or steroidic glycosides, well known for their various pharmacological activities. The study of 4 species belonging to 3 different families: Dracaena marginata L., Dracaena fragrans Ker Gawl (Asparagaceae), Allium flavum L. (Amaryllidaceae) et Weigela stelzneri (Caprifoliaceae), led to the isolation and characterization of 26 natural glycosides. Among them, 22 were steroidic saponins with 6 new structures and 4 were triterpenic saponins with 3 new structures. The spectral analysis was achieved using mainly 2D NMR and mass spectrometry. The cytotoxic activities of 10 isolated compounds were evaluated on 2 strains cancer cells (SW480 and EMT-6), and 3 compounds for studying the modulatory effect of the production of pro-inflammatory cytokine, interleukin IL-1β on PBMCs stimulated with LPS. Our results show that six of them have moderate cytotoxic activity on both cancer cell lines. However, two oleanane-type triterpene saponins exert the strongest cytotoxicity on both cancer cell lines compared to internal references (Etoposide and Methotrexate). Moreover they show a significant effect of modulating the production of interleukin IL-1β on PBMCs and thereby a strong anti-inflammatory potential. Structure / activity relationships have been proposed.