Thèse de doctorat--Sciences naturelles--Faculté des sciences de Paris, 1909. N°: 1346. / Notes bibliogr.

Titre de l'écran-titre (visionné le 5 juin 2023) / Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Les glucides sont présents dans toutes les sphères de la biologie, mais sous représentés lorsqu'il est question de médicaments. Le développement de médicaments à base de glucides fût freiné initialement par leur complexité et la difficulté de la synthèse organique appliquée aux glucides. Cependant, le travail colossal de mes prédécesseurs a permis de pallier ce problème et les techniques de synthèse sont maintenant à la hauteur des molécules que nous voulons générer. Les désoxyfluoroglucides sont une classe de molécules qui a réussi à se démarquer dans le développement de médicaments à base de saccharide, réglant plusieurs de leurs problèmes. Les propriétés pharmaco-cinétiques améliorées attribuées à ces molécules par l'atome de fluor en font également un outil de choix dans l'exploration des processus biologiques. Afin d'avoir une vue d'ensemble de l'influence de la désoxyfluoration d'un glucide, la synthèse de tous les analogues mono-, di- et trifluorés du glucose en position C2, C3, C4, C6 a été réalisée. La lipophilie des analogues de glucoses fluorés a été déterminée expérimentalement et comparée avec la valeur calculée par des outils de calculs de lipophilie en ligne. Puisque les valeurs expérimentales différaient des valeurs calculées, la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) a été utilisée afin de développer un outil de calcul de la lipophilie. L'utilisation de l'énergie de désolvatation d'un glucide de la phase organique et aqueuse vers une phase gazeuse a permis de résoudre le problème des calculateurs en ligne pour les fluoroglucides. De plus, l'exploration de la chimie du lévoglucosan a permis l'élaboration d'une nouvelle voie synthétique pour un intermédiaire clé dans la synthèse d'inhibiteurs de galectines, le 3-azido-3-désoxy-α/β-ᴅ-galactopyranose. La synthèse utilisant une cascade réactionnelle en trois étapes (époxydation, réarrangement de Payne, azoturation) a permis de simplifier et de raccourcir la synthèse de deux inhibiteurs de galectine-3 prometteurs pour le traitement de maladies pulmonaires. Par le fait même, cette voie de synthèse permet d'obtenir rapidement un point de départ pour une grande partie des inhibiteurs de galectines. L'application des connaissances obtenus lors de l'études des fluoroglucides sur la nouvelle voie de synthèse de l'intermédiaire clé d'inhibiteurs de galectine a permis le développement de nouveaux motifs homo- et hétérodimérique de thiodigalactosides fluorés. Ces structures pourront être utilisées pour le développement de nouveaux inhibiteurs de galectines avec des propriétés pharmaco-cinétiques optimisées. / Carbohydrates are present in every part of biology but underrepresented when it comes to drugs. The development of carbohydrate-based drugs was initially halted by the complexity and difficulty of organic synthesis associated to carbohydrates. However, the colossal work of my predecessors solved this problem. The synthetic techniques now allow the preparation of the molecules we want to generate. Deoxyfluorinated carbohydrates are a class of molecules which have stand out in the development of carbohydrate-based drugs by solving numerous problems. The improved pharmacokinetics properties attributed to the fluorination of these scaffolds make it a tool of choice in the exploration of biological processes as well. In order to get an overview of the influence of the deoxyfluorination on carbohydrates, the synthesis of all mono-, di-, and trifluorinated glucose analogues at C2, C3, C4, and C6 has been done. The lipophilicity of fluorinated glucose analogues has been experimentally determined and compared to the calculated value obtained by online lipophilicity calculation tools. Since experimental and calculated values differed, DFT was used to develop a lipophilicity calculation tool. Solvation free energy of carbohydrate from the organic and aqueous phase to a gaseous phase were calculated and allowed to solve the problem of online calculators for fluorinated carbohydrates. Furthermore, the exploration of the levoglucosan chemistry led to the elaboration of a new synthetic pathway for a key intermediate in the synthesis of galectin inhibitors, the 3-azido-3-deoxy-α/β-ᴅ-galactopyranose. The synthesis using a three-step reaction cascade (epoxidation, Payne rearrangement, azidation) simplified and shortened the synthesis of two promising galectin-3 inhibitors for the treatment of idiopathic pulmonary fibrosis. Therefore, this synthetic pathway allows to quickly obtain a starting point for a considerable number of galectin inhibitors. The application of the knowledge obtained during the studies of fluorinated carbohydrates on the new synthetic pathway of the key intermediate of galectin inhibitors allows the development of new motifs of homo- and heterodimers of fluorinated thiodigalactosides. Theses scaffolds could be used in the development of new galectin inhibitors with optimized pharmacokinetics properties.

Différentes approches d'amarrage moléculaire sur des systèmes lectines calcium dépendantes – glucides ont été comparées, afin de reproduire les données expérimentales. En utilisant la méthode d'amarrage la plus appropriée, le site de liaison de la lectine humaine Langerine a été étudié, en rationalisant le mécanisme de reconnaissance de l'épitope du virus VIH. Les caractéristiques de la lectine Pseudomonas aeruginosa I ont été également étudiées par des calculs d'amarrage moléculaire, de dynamique moléculaire et d'énergie libre. Une analyse conformationnelle des facteurs Nod, signaux bactériens nécessaires à l'induction de la symbiose, a révélé des états conformationnels spécifiques en accord avec les résultats obtenus par RMN. Les modèles par homologie du domaine LysM2 et du domaine catalytique de la kinase LYK3, récepteurs hypothétiques des facteurs Nod exprimés sur les cellules racinaires de Medicago truncatula, ont été construits et utilisés comme support des données biologiques.

Les interactions des glucides sont impliquées dans plusieurs processus biologiques normaux ou bien pathologiques (la communication cellulaire, l'adhésion et l'entrée de pathogènes dans la cellule ou encore de carcinomes métastatiques). Souvent, ces interactions ont une forte spécificité mais une affinité faible. In vivo, cette faible affinité est résolue par la présentation de copies multiples des ligands glucidiques à des multiméres de récepteurs protéiques (lectines). Globalement, l'interaction observée est alors largement supérieure à la somme des interactions individuelles. Ce phénomène est connu comme « l'effet cluster glycosidique ». Ces interactions ont encouragées le développement des recherches interdisciplinaires dans les domaines de la glycochimie et de la glycobiologie. Les nanoparticules d'or, fonctionnalisées avec des glucides (glyco-nanoparticules, GNPs) constituent un nouvel outil pour étudier ce phénomène. Leur synthèse est assez simple, et ils montrent plusieurs propriétés physicochimiques comme la modification de la densité de présentation, le control de la taille de la particule, et ils ont aussi des propriétés électroniques, magnétiques et optiques, liées aux effets quantums. Nous présentons la synthèse et la caractérisation des GNPs fonctionnalisées avec du mannose et du galactose dans le but d'étudier les interactions avec des protéines multivalentes (les lectines Con A, BclA et PA-IL), en utilisant des techniques biophysiques comme la résonance plasmonique de surface, et le microcalorimétrie isotherme de titration. Ces techniques ont montrées que l'affinité des lectines varie avec la densité de présentation des ligands chez les GNPs. Les GNPs sont un outil novateur pour développer des nouvelles méthodes de diagnostiques ou thérapeutiques dans les domaines de la glycobiologie, des biotechnologies et de la science des matériaux.

Grace à leur excellente propriété photochromique, les dérivés d’azobenzène trouvent de plus en plus d’applications pour le photocontrôle spatio-temporel de conformations moléculaires, de réactivités chimiques, des activités biologiques et pharmaceutiques. Dans ce contexte, introduire un motif photochromique dans les macrocycles contenant de glucides représente une approche excitante afin de moduler par la lumière les propriétés physicochimiques, chimiques et biologiques de cette unique classe de molécules qui attirent d’attention croissante en chimie médicinale et en science des matériaux.Deux séries de glycomacrocycles photocommutables ont été synthétisés dans cette thèse. La première est obtenue via une approche d’O-alkylation en one-pot, à partir 2,2’-dihydroxyazobenzène et di-O-bromoacétyl glycosides. Ces glycomacrocycles possèdent d’excellentes propriétés photochromiques, avec une haute résistance à la fatigue. Le transfert de chiralité de glucide à l’azobenzène a été observé. L’un des glycomacrocycles est capable de former d’organogels qui répond aux stimuli photo, thermique et mécanique. La seconde série de macrocycles est synthétisée via une glycosylation intramoléculaire, en utilisant dihydroxyazobenzène comme attache. Dans cette approche, l’efficacité et la stéréoselectivité de glycosylation sont étudiées en modulant la nature de liens et la configuration d’azobenzène. / As excellent photochromic molecules, azobenzene derivatives have increasing applications in the spatial and temporal photocontrol of molecular conformation, chemical reactivity, biological and pharmacological activities. In this context, an exciting attempt is introducing a photochromic motif into carbohydrate-containing macrocycles, a unique class of products with growing attention in medicinal and material science, so as to modulate their physicochemical, chemical and biologic properties by light.Two series of photoswitchable glycomacrocycles have been prepared in this thesis. The first one is obtained from 2,2’-dihydroxyazobenzene and di-O-bromoacetyl glycosides via one-pot O-alkylation approach. These macrocycles show excellent photophromic properties with high fatigue resistance. Chirality transfer from sugar to azobenzene moiety has been observed. One of the macrocycles can form organogel that responses to photo-, thermal- and mechanical stimulus. The second series of glycomacrocycles were prepared through intramolecular glycosylation by using dihydroxyazobenzene as tether. The efficiency and the stereoselective outcome of glycosylation have been investigated by modulating the nature of the linkers and the configuration of the azobenzene tether.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les glucides représentent une classe de molécules importante non seulement dans l'industrie alimentaire pour leur apport énergétique, mais aussi en médecine puisqu'ils sont impliqués dans de multiples procédés biologiques. Toutefois, les monosaccharides sont des molécules hautement hydrophiles, ce qui explique leurs piètres propriétés pharmacocinétiques. Il est donc nécessaire de pallier ce problème par la conception de glycomimétiques, soit des dérivés de glucides. Sachant que la fluoration des molécules organiques peut engendrer des composés aux propriétés uniques, l'une des méthodes qui connait un intérêt croissant est la désoxyfluoration des glucides. Néanmoins, l'évaluation biologique de glucides fluorés est souvent difficile, surtout si ces derniers contiennent plusieurs atomes de fluor, car l'installation stéréosélective d'atomes de fluor demeure un défi synthétique de taille. Afin d'apporter notre contribution pour l'avancement des connaissances dans la préparation de fluoroglucides, nous avons proposé de nouveaux chemins synthétiques. Plus précisément, la préparation des analogues 3-désoxy-3-fluoro et 4-désoxy-4-fluoro du D-galactopyranose à partir du lévoglucosan en suivant une approche chiron est décrite dans cette thèse. Ultérieurement, ces composés ont été employés dans des études biologiques afin de vérifier leur potentiel en tant qu'inhibiteurs de protéines galactophiles. À la suite de l'expertise acquise avec le lévoglucosan et voulant déterminer l'influence que peut avoir la présence d'atomes de fluor sur les propriétés physico-chimiques des molécules, nous nous sommes penchés sur la préparation de saccharides polyfluorés. Notamment, les synthèses des dérivés trifluorés du mannose et du talose ainsi que celles de divers hexitols polyfluorés sont décrites dans cette thèse. Néanmoins, des obstacles ont été rencontrés lors de l'installation de l'atome de fluor en C-4 sur les deux trifluorohexopyranoses. Pour remédier à cette situation, une méthode de désoxyfluoration alternative au trifluorure de diéthylaminosulfure (DAST) qui emploie le trihydrofluorure de triéthylamine (Et₃N.3HF) a été développée. La lipophilie de tous les composés a été mesurée et comparée. Également, la conformation dominante en solution de certains composés a été déterminée par RMN et par cristallographie. Les résultats mettent en lumière l'influence de l'atome de fluor sur les propriétés des glucides tout en ouvrant le chemin à de nouvelles molécules d'intérêt en chimie médicinale. / Carbohydrates are an essential class of molecules for living organisms. Besides serving as both a major energy source and structural component, they are also involved in numerous biochemical processes of interest for the pharmaceutical industry, such as molecular recognition. However, native carbohydrates are highly polar molecules having poor pharmacokinetic properties. Therefore, glycomimetic compounds are being developed to tackle this problem. Deoxyfluorination of carbohydrates has emerged as a popular approach to generate glycomimetic tools since the presence of fluorine on organic compounds can lead to molecules with unique properties. Nevertheless, stereo selective syntheses of fluorinated carbohydrates can be quite challenging, especially if there is more than one fluorine incorporated into the carbohydrate scaffold. To bring our own contribution to the field of fluorinated carbohydrates, we proposed new synthetic pathways to prepare 3-deoxy-3-fluoro and 4-deoxy-4-fluoro analogues of D-galactopyranose. The alternative procedures to the decade-long known methods use a chiron approach starting from affordable levoglucosan. These fluorinated galactosides were evaluated as lectin inhibitors and investigated as antiproliferative agents. Following this work, levoglucosan was further used to study the impact of fluorine on the physicochemical properties of carbohydrates. Thus, the preparations of various polyfluorinated compounds such as trifluorinated derivatives of mannose and talose as well as multiple fluorohexitols, are described in this thesis. Lipophilicity of all fluorinated carbohydrates reported in this document has been assessed. In addition, the conformation of some new compounds has been determined both by NMR spectroscopy and by X-ray crystallographic analyses. Moreover, a simple synthetic approach using triethylamine trihydrofluoride (Et₃N.3HF) was developed as an alternative to the diethylaminosulfur trifluoride (DAST) reagent. These results highlight the effect of the fluorine on physical properties of carbohydrates. Furthermore, the different studies could provide tools to help expand research in glycobiology and related fields.

Une perte de poids modérée peut contribuer à prévenir le diabète de type 2 chez les personnes en surpoids/obèses. Certaines études in vitro et in vivo montrent que les algues brunes riches en polyphénols ont le potentiel de contrôler le métabolisme glucidique. Mais l’effet combiné de ces deux stratégies chez l’humain est peu étudié. Cette étude évalue l’effet d’un extrait d’algues brunes riche en polyphénols (InSea2®) combiné à une intervention nutritionnelle individualisée visant une perte de poids modérée sur l’homéostasie du glucose chez des sujets pré-diabétiques en surpoids/obèses avec hyper-insulinémie (insuline à jeun > 60 pmol/L). Le devis expérimental utilisé est randomisé, en double aveugle, en bras parallèles avec groupe placebo. Deux traitements ont été administrés: Traitement 1 avec placebo + déficit modéré de l’apport calorique quotidien et Traitement 2 incluant 500 mg d’algues brunes + déficit modéré de l’apport calorique quotidien. Cinquante-six sujets, hommes et femmes, âgés de 18-70 ans ont participé à l’étude qui a duré 12 semaines. Les apports alimentaires ont été estimés à partir d’un Questionnaire de Fréquence Alimentaire auto-administré et validé. Une perte de poids (p<0,0001) et de gras (p<0,0001) corporels est observée dans les deux groupes, mais sans différence entre les groupes. Une baisse significative du taux de cholestérol des LDL (p<0,05), des battements cardiaques (p<0,01), du C-peptide au temps 120 min durant un test de tolérance au glucose (p=0,002) et une inhibition de la hausse du marqueur pro-inflammatoire IL-6 (p<0,02) ont été observées dans le groupe traité comparativement au groupe placebo. Aucune différence n’est observée concernant la glycémie, l’insuline et le C-peptide à jeun. En conclusion, la consommation de l’extrait d’algues brunes peut améliorer l’homéostasie du glucose, le profil lipidique, les battements cardiaques et le statut inflammatoire chez les personnes obèses prédiabétiques. / Moderate weight loss can help prevent type 2 diabetes in overweight/obese subjects. Some in vitro and in vivo studies show that brown algae rich in polyphenols have the potential to control carbohydrate metabolism. However, the combined effect of these two strategies in humans has been little studied. The objective of this study was to evaluate the effect of a brown algae extract rich in polyphenols (InSea2®) combined with an individualized nutritional intervention aimed at moderate weight loss on glucose homeostasis in prediabetic overweight/obese subjects with hyperinsulinemia (fasting insulin > 60 pmol/L). The experimental design used was randomized, double blind and in parallel arms with the placebo group. Two treatments were administered: Treatment 1 with placebo + moderate deficit in daily caloric intake and Treatment 2 including 500 mg of brown algae + moderate deficit in daily caloric intake. A total of 56 subjects, men and women, aged 18-70 years participated and completed the 12-week study. Food intake was estimated from a validated Self-administered Food Frequency Questionnaire. Weight loss (p <0.0001) and body fat (p<0.0001) were observed in the two groups but no difference was noted between the groups. A significant drop in LDL cholesterol (p<0.05), heartbeat (p<0.01), C-peptide at 120 min during a glucose tolerance test (p=0.002) and inhibition of the rise in the proinflammatory marker IL-6 (p<0.02) were observed in the group treated with brown algae extract compared to the placebo group. There were no differences in fasting blood glucose, insulin and C-peptide. In conclusion, the consumption of brown algae extract can improve glucose homeostasis, and related parameters such as lipid profile, heartbeat and inflammatory status in obese pre-diabetic subjects

Les associations entre l’indice et la charge glycémique (IG, CG) de l’alimentation et l’obésité et le syndrome métabolique (SM) demeurant controversées, celles-ci ont été explorées au sein des participants de l’étude des familles de Québec. Des associations positives significatives ont été observées entre l’IG, la CG et l’obésité, de même qu’entre les changements de CG et les changements d’adiposité avec le temps chez les femmes seulement. Cependant, certaines associations n’étaient plus significatives après exclusion des participants ayant fait des déclarations alimentaires improbables. Les associations entre l’IG, la CG et le SM ou ses facteurs de risque n’étaient généralement pas significatives. Ces résultats suggèrent que les femmes ayant une alimentation à IG et CG élevés sont plus à risque d’obésité et qu’une augmentation de la CG de leur alimentation est associée à des gains d’adiposité. Ils illustrent aussi l’importance de considérer la déclaration improbable de l’apport énergétique dans ce type d’études. / Many high-carbohydrate foods common to Western diets have been shown to produce a high glycemic response, which may favor weight gain and metabolic syndrome (MetS), but associations between glycemic index (GI), glycemic load (GL) and obesity and MetS remain inconsistent. These associations were examined in the Quebec Family Study. GI and GL were positively associated with obesity, and an increase in GL over time was associated with gains in adiposity in women only. However, some associations were no longer significant when subjects with implausible reported energy intake (rEI) were excluded. GI and GL were generally not associated with MetS or its risk factors. Results suggest that GI and GL are associated with obesity in women, and that an increase in the GL of their diet is associated with gains in adiposity over time. They also reinforce the importance of considering implausible rEI in dietary surveys in relation to metabolic disease.

Plusieurs facteurs, tels la forme physique et la composition corporelle, affectent la performance d’un athlète d’endurance. Parmi ceux-ci, l’alimentation est parfois négligée ou jugée de moindre importance. Pourtant, les besoins des athlètes sont amplifiés par une dépense énergétique importante engendrée par la pratique de leur sport, il est donc essentiel pour eux de porter une attention particulière à ce qu’ils consomment. Dans un même ordre d’idée, les glucides (GLU) sont la source d’énergie principale d’un athlète, leur besoin en ce macronutriment est donc grandement supérieur à celui d’un non-athlète. Malgré tout, un bon nombre d’athlètes d’endurance ne consomment pas suffisamment de GLU, ce qui peut avoir des impacts négatifs sur leur santé et leur performance. D’un autre côté, les outils d’évaluation alimentaire présentement disponibles sont souvent longs à administrer et analyser et nécessitent l’expertise d’un/une nutritionniste. Le présent projet de maîtrise avait donc pour objectif de développer et valider un court outil de dépistage permettant d’identifier les athlètes ayant un apport suffisant en GLU et, par le fait même, ceux ayant un apport insuffisant en ce même nutriment. Les résultats obtenus suggèrent que l’outil développé est précis et performant dans sa population cible d’athlètes d’endurance. / The performance of an endurance athlete is influenced by multiple factors, such as body composition and overall fitness. Out of these factors, diet can often be neglected or considered less significant. Yet, an athlete’s needs are amplified through their elevated energy expenditure, it is therefore of the utmost importance that they closely consider their intakes to fit their specific needs. Furthermore, carbohydrates (CHOs) are an athlete’s primary source of energy, making its CHO needs much higher than non-athlete’s. Nonetheless, a lot of endurance athletes do not consume enough CHOs, which can have negative impacts on their health and overall performance. On the other hand, current dietary assessment tools often take a lot of time to administer and analyze and require the expertise of a trained nutritionist. Thus, the purpose of this project was to develop and validate a short dietary screener for sufficiant and insufficiant CHO consumption in endurance athletes. These findings suggest that the developed screener is precise and effective in the target population.