La virulence de la bactérie Gram+ Bacillus anthracis, responsable de la maladie du charbon, est due à la présence d'une capsule et deux toxines. Chaque toxine résulte de l'assemblage de l'antigène protecteur (PA) avec l'un des deux facteurs, létal (LF) ou oedémateux (EF), dans le cytoplasme de la cellule hôte. EF est une adénylyl cyclase, qui transforme l'ATP en AMPc de manière incontrôlée, provoquant des dérèglements cellulaires. Elle est activée par la calmoduline (CaM), impliquée dans de nombreuses voies de signalisation du calcium. Des structures cristallographiques et une étude par RMN ont montré que la stabilité du complexe EF-CaM dépend du niveau de calcium fixé à CAM. Des simulations de dynamique moléculaire du complexe, avec 0, 2 ou 4 ions calcium, ont permis de caractériser l'effet du calcium sur la plasticité conformationnelle des deux partenaires et de proposer un modèle de l'interaction EF-CaM. L'analyse conjointe des corrélations dynamiques et des influences énergétiques a fait émerger le concept de connexité du réseau de résidus comme critère de stabilité. La large transition conformationnelle induite chez EF par la fixation de CaM a été décrite, grâce à la détermination d'un chemin de réaction plausible, par modélisation moléculaire. Les conformations intermédiaires obtenues ont servi à guider la recherche rationnelle d'inhibiteurs de la toxine EF, dans le cadre d'une approche combinant méthodes computationnelles et expérimentales. Une stratégie innovante, impliquant le criblage virtuel d'une poche allostérique plutôt que du site catalytique de l'enzyme, a identifié six molécules actives, inhibant totalement l'activité de EF à des concentrations de 10-100 microM.

Le phénomène de résistance aux antibiotiques est un grave problème de santé publique. Afin de lutter contre l’émergence continue de résistances, le développement de nouveaux agents antibactériens s’avère nécessaire. La translocase bactérienne MraY, enzyme transmembranaire impliquée dans la biosynthèse du peptidoglycane, est essentielle à la survie de la bactérie. Sans équivalent chez les eucaryotes, elle n’est actuellement la cible d’aucun médicament et constitue donc une cible de choix pour le développement de nouveaux antibiotiques. Des molécules naturelles de structure complexe telles que les muraymycines ou les liposidomycines, inhibent cette enzyme avec, de plus, une bonne activité anti-bactérienne.L’objectif de ce travail est de développer la synthèse d’analogues simplifiés de ces inhibiteurs naturels, de structure originale. Un squelette carboné de type aminoribosyluridine, motif central rencontré dans la plupart des inhibiteurs naturels, a été retenu comme châssis moléculaire. L’objectif a été de fonctionnaliser le squelette sur le carbone 5’ de l’uridine par un motif éthynyle permettant l’accès à de nombreuses molécules, grâce à la réaction de cycloaddition azoture-alcyne catalysée par le cuivre. L’étape clé envisagée dans l’approche de synthèse proposée est une réaction de glycosylation entre deux intermédiaires clefs, préparés à l’échelle de plusieurs grammes au cours de cette thèse : - un dérivé du D-ribose fluoré en position anomérique. - un dérivé alkylé en position 5’ de l’uridine, dont l’obtention stéréocontrôlée a été optimisée au cours de l’étude. L’étape clé entre les deux intermédiaires précédents, conduisant au pharmacophore visé sous sa forme protégée, a été réalisée à l’échelle de la millimole. La réaction de cycloaddition a été testée et a permis l’accès à une première famille de molécules. De manière complémentaire, la synthèse de deux autres familles de composés comportant un groupement méthylène supplémentaire entre le triazole et le squelette aminoribosyluridine a été réalisée à partir d'un même époxyde clé. L'activité biologique de toutes les molécules a été évaluée sur l'enzyme MraY purifiée et sur différentes souches bactériennes Gram (+) et Gram (-). / The antibiotic resistance phenomenon is a serious public health problem. To fight against the continuous emergence of resistant strains, the development of new antibacterial agents is of critical importance. The bacterial translocase MraY, a transmembrane enzyme involved in the peptidoglycan biosynthesis, is essential to the survival of the bacteria. Unparalleled in eukaryote cells, this enzyme is currently untargeted by any medication and is therefore a druggable target for the development of future new antibiotics. Natural structuraly complex molecules such as liposidomycins or muraymycines inhibit this enzyme and exhibit also a good anti-bacterial activity. This work aimed to develop the synthesis of simplified analogs of these natural inhibitors. A key aminoribosyluridine scaffold, motif encountered in the most of natural inhibitors, has been selected as molecular frame. The objective was to functionalize this backbone on the 5 'carbon of uridine by a terminal alkyne goup, allowing access to many molecules through the reaction of copper catalyzed azide-alkyne cycloaddition. The critical step envisaged in the proposed synthetic approach is a glycosylation reaction between two key intermediates prepared at the multi-gram scale during this thesis : - A D-ribose derivative, fluorinated in anomeric position. - A 5'-alkylated uridine derivative. The key step between these two intermediates, leading directly to the refered pharmacophore in its protected form, was conducted at the millimole scale. The cycloaddition reaction has been then tested and has provided access to a first family of molecules. In a complementary manner, two others small library of compounds, bearing an additional methylene group between the triazole and the aminoribosyluridine core, were prepared from the same key epoxide. The biological activity of all molecules was evaluated on purified MraY and on different bacterial strains Gram (+) and Gram (-).

Les cavités sont le lieu privilégié des interactions d’une protéine avec ses ligands, et sont donc déterminantes pour sa fonction, elle-même aussi influencée par la dynamique de la protéine. Peu de méthodes permettent d’étudier en détail la dynamique des cavités malgré leur intérêt notamment pour le criblage virtuel. Les cavités d’une protéine définissent un ensemble très labile. Ainsi, suivre une cavité le long d’une trajectoire est ardu car elle peut être sujette à des divisions, fusions, disparitions et apparitions. Je propose une méthode pour résoudre cette question afin d’exploiter la dynamique des cavités de façon systématique et rationnelle, en classifiant les cavités selon les groupes d’atomes les entourant. J’ai identifié les paramètres procurant les meilleurs critères de suivi des cavités. Pour caractériser les évolutions principales de la géométrie des cavités en relation avec la dynamique de la protéine, j’ai développé une méthode basée sur l’Analyse en Composantes Principales. Cette méthode peut être utilisée pour sélectionner ou construire des conformations à partir de la forme de leurs cavités. Deux exemples d’applications sont traitées : la sélection de conformations ayant des cavités de géométries diverses et l’étude de l’évolution des cavités de la myoglobine lors de la diffusion du monoxyde de carbone. Ces deux méthodes ont été utilisées pour trois projets de criblage virtuel ciblant l’ADN-gyrase de M tuberculosis, la subtilisine 1 de P vivax et GLIC, homologue procaryote des récepteurs pentamériques humains. Les molécules sélectionnées à l’aide de ces méthodes ont permis d’identifier une molécule active contre la subtilisine et quatre effecteurs de GLIC. / Cavities are the prime location of the interactions between a protein and its ligands, and thus are crucial for its functions, together with its dynamics. Although cavities have been studied since the seventies, specific studies on their dynamical behavior only appeared recently. Few methods can tackle this aspect, despite its interest for virtual screening and drug design. Protein cavities define an extremely labile ensemble. Following one cavity along a trajectory is therefore an arduous task, because it can be subjected to several events of fusions, divisions, apparitions and disappearances. I propose a method to resolve this question, thus enabling systematic and rational dynamical exploitation of protein cavities. This method classify cavities using the atom groups around them, using algorithms and parameters that I identified as giving best results for cavity tracking. To characterize the main directions of evolution of cavity geometry, and to relate them with the dynamics of the underlying structure, I developed a method based on Principal Component Analysis (PCA). This method can be used to select or build conformations with given cavity shapes. Two examples of applications have been treated: the selection of conformations with diverse cavity geometries, and the analysis of the myoglobin cavity network evolution during the diffusion of carbon monoxide in it. These two methods have been used in three projects involving virtual screening, targeting M. tuberculosis DNA-gyrase, P vivax subtilisin 1 and GLIC, an procaryotic model of human pentameric ligand-gated ion channel. These methods allowed us to identify an inhibitor of subtilisin 1 and four effectors of GLIC.