Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les analogues de nucléoside représentent une famille d'agents thérapeutiques très largement utilisée en chimiothérapie anticancéreuse. Cependant des phénomènes de résistance d'origine multifactorielle apparaissent chez les patients atteints de leucémie et il semble que la surexpression d'une enzyme, la 5'-nucléotidase cytosolique de type II (cN-II) soit un des facteurs impliqués. Nous nous sommes donc intéressés à la synthèse et à l'étude d'inhibiteurs potentiels de cN-II du type analogues de nucléoside phosphonate. Ce manuscrit rapporte dans un premier temps le contexte biologique des travaux de thèse, et les découvertes ayant supposés l'implication de la cN-II dans les mécanismes de résistance associés à l'utilisation clinique de nucléosides cytotoxiques. Le deuxième chapitre décrit la synthèse d'analogues phosphonates de l'uridine et de la cytosine modifiés en position 5, ainsi que leur évaluation biologique vis-à-vis de la cN-II purifiée. Enfin, la mise au point d'une stratégie inédite, via l'ouverture d'un époxynucléoside par un phosphite, a permis de synthétiser des béta-hydroxyphosphonates en série purique, et également d'obtenir les prodrogues bis(SATE) correspondantes. / Nucleosidic analogs are widely used as therapeutic agents in antitumoral chemotherapy. However, cellular resistance appears in a multifactorial manner in leukemic patient and it seems that the overexpression of a nucleotidase, the 5'-cytosolic nucleotidase (cN-II) is involved in this phenomenon. We focused our interest on the synthesis and the study of potential inhibitors belonging to the family of phosphonate nucleoside analogs. First, we reviewed literature data about the biological context of our research, especially concerning the involvement of cN-II in resistance phenomenon. Then, we described the synthesis of various phosphonate nucleosides bearing 5-modified uracil and cytosine as nucleobase, as well as their evaluation as inhibitors against the purified enzyme. Finally, a novel strategy for the synthesis of beta-hydroxyphosphonate nucleosides in purine series was designed and developed, and then applied to the synthesis of the corresponding bis(SATE) prodrugs.

Les analogues de nucléosides représentent une famille d’agents thérapeutiques très largement utilisée en chimiothérapie anticancéreuse. Cependant des phénomènes de résistance d’origine multifactorielle apparaissent chez les patients atteints de leucémie et il semble que deux protéines appartenant à la famille des 5’-nucléotidases (la nucléotidase cytosolique de type II, cN-II et l’ectonucléotidase, CD73) puissent être impliquées. Nous nous sommes donc intéressés à la synthèse et à l’étude d’inhibiteurs potentiels de cN-II ou de CD73 du type analogue de nucléosides phosphonates. Ce manuscrit rapporte dans un premier temps le contexte biologique des travaux de thèse, et les découvertes ayant supposées l’implication des protéines cibles dans les mécanismes de résistance. Le deuxième chapitre décrit la synthèse d’une série d’analogues beta-hydroxyphosphonates incluant une nucléobase modifiée de type 1,2,3-triazolo, ainsi que leur évaluation biologique vis-à-vis de la cN-II purifiée. Enfin, des résultats préliminaires ont été obtenus concernant de nouvelles structures capables d’inhiber modestement l’activité enzymatique de CD73. / Nucleosidic analogs are widely used as therapeutic agents in antitumoral chemotherapy. However, cellular resistance appears in a multifactorial manner in leukemic patients and it seems that two proteins belonging to the 5’-nucleotidase family (the 5’-cytosolic nucleotidase, cN-II and the ectonucleotidase, CD73) may be involved in these phenomenon. We focused our interest on the synthesis and the study of potential inhibitors belonging to the family of phosphonate nucleoside analogs. First, we reviewed literature data about the biological context of our research, especially concerning the involvement of these two targeted proteins in resistance phenomenon. Then, we described the synthesis of a series of beta-hydroxyphosphonate nucleosides incorporating 1,2,3-triazolo moiety as nucleobase, as well as their evaluation as inhibitors against the purified enzyme. Finally, preliminary results concerning the design of novel inhibitors of CD73 were reported.

Les kallikréines (KLKs) tissulaires humaines sont des protéases à sérine « (chymo)trypsine-like » impliquées dans divers processus physiologiques. Parmi les 15 isoformes connues dans la littérature, la kallikréine 7 (KLK7) est particulièrement impliquée dans les processus de desquamation. La dérégulation de cette enzyme est associée à diverses atteintes dermatologiques, telles que le psoriasis ou la maladie de Netherton. Il est également admis que cette enzyme participe à l'invasion tumorale et à la progression du cancer de la prostate, des ovaires et du pancréas. L'utilisation d'inhibiteurs de la KLK7 pourrait donc constituer une approche prometteuse pour le traitement de certaines atteintes dermatologiques, et pour lutter contre la dissémination métastatique.Depuis deux décennies, plusieurs inhibiteurs synthétiques de cette isoforme ont été développés. Toutefois, la plupart de ces molécules présentent une sélectivité insuffisante et sont dépourvues de propriétés physicochimiques adaptées à une utilisation in vivo. Ce travail de thèse est consacré à la synthèse d'inhibiteurs réversibles et sélectifs de la KLK7. A ce titre, deux séries de composés ont été explorées. La première est issue d'un criblage de molécules pyrido-imidazodiazépinones, qui a permis d'identifier un inhibiteur réversible et sélectif de la KLK7, le JMV4967 (IC50 = 57,0 µM). Ce composé se caractérise par la présence, en position 2 du cycle diazépinique, d'un noyau phényle substitué en ortho par un groupement méthyle. Sur la base de ces résultats, une étude de relations structure-activité (SAR), a été initiée. Les meilleures inhibitions ont été obtenues avec les analogues du JMV4967 possédant en position 2 du cycle diazépinique, un groupement 3,4,5-triméthoxyphényle ou 3,4-diméthoxyphényle. Cette étude a permis l'identification du composé JMV5046 (IC50 = 33,5 µM). Une étude biochimique du JMV5046, a mis en évidence son caractère réversible et compétitif vis-à-vis du substrat dans le site actif de la KLK7, comme le hit initial. La seconde série a été développée à partir d'une quinazoline substituée par un amino-benzimidazole, et une étude de RSA a également été menée. Finalement, une étude de réactivité chimique, a été également entreprise afin d'accéder à deux nouvelles séries de composés diazépiniques fusionnés avec l'imidazo[1,2-a]pyridine ou l'indole. Cette étude a montré que la 2-amino-imidazopyridine pouvait subir une alkylation en position 3 du cycle, dans le cadre de la réaction de nitro-Michael. Les produits d'addition de Michael ainsi formés peuvent ensuite conduire, après réduction du groupement nitro, aux dérivés diazépiniques correspondants. Par ailleurs, nous avons pu montrer que l'acylation du 2-amino-indole, en présence d'un donneur d'acyle de type ester activé d'acide aminé, conduisait aux dérivés N-acylés correspondants. Ces derniers ont été utilisés par la suite, pour la synthèse de dérivés indolodiazépiniques via la réaction de cyclisation de Pictet-Spengler. La synthèse de ces composés, l'étude de leur activité inhibitrice sur la KLK7 sont décrites. Les expériences de modélisation moléculaire par docking in silico, permettant de préciser les bases structurales de l'inhibition de la KLK7 par le JMV5046, sont également présentées. / Human tissular kallikreins (KLKs) are members of (chymo)trypsin-like serine proteases, involved in various physiological pathways. Among the 15 known isoforms in the literature, kallikrein 7 (KLK7) plays a significant role in physiological and pathophysiological processes of the skin, like psoriasis and the Netherton syndrome. Several studies report also its implication in multiple processes leading to invasive and metastatic tumor growth, especially in prostatic, ovarian and pancreatic cancers. Strategies focused on KLK7 inhibition are a promising alternative for the treatment of such dermatological diseases, and to avoid metastatic dissemination. In the last two decades, many synthetic inhibitors of this KLK isoform have been developed. However, most of these molecules exhibit low selectivity and unsuitable physicochemical properties for in vivo use. This thesis is devoted to the synthesis of selective and reversible inhibitors of KLK7. Two series of compounds have been explored. The first one, derived from a screening of pyrido-imidazodiazepinones compounds, which led to the discovery of a reversible and selective inhibitor of KLK7, JMV4967 (IC50 = 57.0 µM). This compound is characterized by the presence of an ortho methyl substituted phenyl group, at position 2 of the diazepine ring. Based on these results, a structure-activity relationships (SAR) study was initiated. The best inhibitions were obtained with JMV4967analogs bearing a 3,4,5- trimethoxyphenyl group or 3,4- dimethoxyphenyl group, at position 2 of the diazepine ring. This study led to the discovery of one compound, JMV5046 (IC50 = 33.5 µM). A biochemical study of JMV5046, highlighted its reversible and competitive behavior against the substrate in the KLK7 active site, as previously observed for the initial hit. The second series was developed from an amino-benzimidazole substituted quinazoline, and a SAR study was also carried out. A chemical reactivity study was also initiated to access two new series of imidazo[1,2-a]pyridine-fused or indole-fused diazepine compounds. This study showed that 2-amino-imidazopyridine could undergo alkylation at position 3 of the ring, in the nitro-Michael reaction context. The obtained Michael adducts could then give, after reduction of the nitro group, the corresponding diazepine derivatives. We also showed that, in the presence of an acyl donor (as an activated amino acid ester), 2-amino-indole was N-acylated, unlike the 2-amino-imidazopyridine which leads to an exclusive C-acylation in the same conditions. The N-acylated derivatives were then used for the indolodiazepines synthesis, using Pictet-Spengler cyclization reaction.The synthesis of these compounds and their inhibiting activity against KLK7 are described. Molecular modeling experiments by in silico docking, to determine the structural requirements for KLK7 inhibition by JMV5046, are also presented.

La protéine tyrosine phosphatase 1B (PTP 1B) et la glycogène phosphorylase (GP) sont des nouveaux cibles thérapeutiques pour le traitement du diabète (type II) et l'obésité. Dans l'objective de trouver des inhibiteurs actives et sélectives de ces enzymes, des aryl C glycosides tels que les C glycosyl 1,4 naphthaquinones, les 6 O benzoyl C glycosyl benzoquinone /naphthaquinones, les dérivés quinone d'acides glycuroniques et d'amides carboxylés ainsi que les inhibiteurs bidentates C glycosyl quinones ont été conçus et synthétisés. En tout, 178 composés ont été préparés. Le mécanisme et les facteurs d'influence de la réaction de C aryl glycosylation ont également été étudiés. Les essais préliminaires montrent que certaines molécules présentent des activités biologiques très intéressantes. Des études biologiques plus approfondies seront réalisées par la suite.

L'accentuation des phénomènes de résistance aux antibiotiques augmente la difficulté d'enrayer les infections bactériennes. Afin de palier ce problème, la mise au point de nouvelles stratégies, telle la stratégie antivirulence, est essentielle. Ainsi, ce manuscrit propose une nouvelle approche thérapeutique contre les bactéries à développement intracellulaire. Les analyses génomiques ont permis de mettre en évidence l'histidinol déshydrogénase (HDH, EC 1.1.1.23), enzyme impliquée dans la biosynthèse de l'histidine, comme cible biologique pour la conception de nouveaux agents antibactériens. L'étude de l'inhibition de cette dernière permet une validation de l'approche sur Brucella suis, agent responsable de la brucellose, et un élargissement du spectre d'action des composés mis au point est envisagé par l'inhibition de HDH de Mycobacterium tuberculosis. Les travaux préliminaires nécessaires a cet élargissement sont présentés dans ce manuscrit. / The raise of antibiotic resistances increases the difficulty to eradicate bacterial infections. The development of new therapeutic approaches, such as the antivirulence strategy, is essential to limitate the impact of this phenomenon. This manuscript details a new therapeutic approach against intracellular pathogens. Genomic analyses allowed to discover new targets. The histidinol dehydrogenase (HDH, EC 1.1.1.23), which is an enzyme involved in histidine biosynthesis, has therefore be chosen for the conception of new antibacterial compounds. Inhibition studies of HDH of Brucella suis allows a validation of the strategy. In order to confirm the width of the therapeutic spectrum of synthesised compounds, the inhibition of HDH from Mycobacterium tuberculosis is envisaged and preliminary experiments are presented.

La production microbienne de molécules d'intérêt pourrait être améliorée par des stratégies d'ingénierie du vivant. L'ingénierie enzymatique joue un rôle central dàns la conception d'organismes hôtes efficaces car l'efficacité de la voie dépend en premier lieu de l'efficacité des enzymes. Aujourd'hui, il est utile de savoir quelles conceptions d'enzymes synthétiques sont efficaces et quels paramètres doivent être testés pour les caractériser. La colocalisation spatiale d'enzymes à l'intérieur de la voie métabolique pourrait améliorer la production de la molécule d'intérêt finale en permettant une biotransformation rapide des intermédiaires de la voie de biosynthèse. Des protéines multidomaines regroupant plusieurs activités enzymatiques sont décrites dans la littérature. Ces travaux ont permis la création de fusions synthétiques d'enzymes caroténogéniques pour la production de bêta-carotène chez Saccharomyces cerevisiae. Différents types de fusions et de configurations enzymatiques ont été testés. L'étude a permis ia création d'une fusion enzymatique tripartite efficace produisant deux fois moins d'intermédiaires et deux fois plus de bêta-carotène. Les mesures précises de la concentration de chaque caroténoïde, associées à la quantification des enzymes, ont permis de caractériser l'efficacité de chaque enzyme synthétique. D'autres stratégies de colocalisation spatiale d'enzymes ont également été testées en utilisant des domaines d'interaction tels que la cohesinedockérine ou la protéine oligomériques CcmK2. Certaines enzymes caroténogéniques préservent leur fonctionnalité au sein de ces configurations. Des systèmes enzymatiques construites modifient le flux métabolique des caroténoïdes et produisent des caroténoïdes différents de ceux des enzymes naturelles. Un contrôle plus affiné des activités enzymatiques pourrait permettre un contrôle précis de la nature du caroténoïde final produit / Microbial production of molecules of interest can be improved by severa! engineering strategies. Enzymatic engineering has a central role in the conception of efficient host because pathway's efficiency depends in first place on the efficiency of the enzymes. Knowing which synthetic enzymes conceptions are efficient and knowing to characterize the best candidates are essential. Enzyme colocalisation inside metabolic pathway might improve the production of final molecule of interest by allowing rapid biotransformation of intermediates of the pathway. Multidomain proteins regrouping severa! enzymatic activities are described in the literature. This work has focused in part on the creation of synthetic fusion of sorne carotenogenic enzymes for the production of beta carotene in Saccharomyces cerevisiae. Different types of enzymatic fusions and configurations have been tested and. characterized. The study allowed the creation of an efficient tripartite enzyme. fusion which produces two times Jess intermediates and two times more beta carotene. Precise measurement of each caro teno id' s concentration coupled with quantification of enzymes allows the characterization of the efficiency of each synthetic enzyme. Other strategies for enzyme spatial co localisation have also been tested using domains of interaction like cohesin-dockerin or the oligomeric protein CcmK2. Sorne carotenogenic enzymes are still functional using those configurations. Sorne of the enzymatic systems modify the metabolic flow ofcarotenoids and produce carotenoids different from the natural systems. Sorne strategies have changed the metabolic flux of carotenoids inside the pathway. Interestingly, a fine control of activity of enzyme might allow a fine control of the nature of the final carotenoid