Les O-glycoconjugués et les dérivés glycosidiques sont des composés naturels impliqués dans de nombreux processus biologiques. Cependant, leurs propriétés sont grévées par la médiocre stabilité in vivo de la liaison osidique. Il est donc intéressant de développer des mimes non hydrolysables. Nous nous sommes intéressés au remplacement de l'oxygène anomérique par un groupement gem-difluorométhylène.La synthèse d'analogues difluorés d'α-galactosylcéramides avec diverses longueurs de chaînes grasses est décrite dans ce travail. La partie C-glycosidique de ces molécules est construite par l'application d'une séquence d'addition radicalaire et de réduction diastérosélective. La chaîne phytosphingosine est introduite par le synthon α-CF₂-galactose via un transfert de l'O-2 au carbone pseudo-anomérique, puis un couplage peptidique permet de former la partie céramide. Quatre analogues possédant diverses chaînes phytosphingosines (C₅H₁₁, C₂₄H₄₉) et divers acides gras (C₇H₁₅, C₁₅H₃₁ et C₂₅H₅₁) ont été synthétisés et évalués biologiquement. / O-glycoconjugates and carbohydrate-based molecules are natural compounds implied in many biological processes. However, their properties are burdened by the low in vivo stability of the osidic bond. It is thus interesting to develop non hydrolizable mimetics. We were interested in the replacement of the anomeric oxygen by a gem-difluoromethylene group.The synthesis of difluorinated α-galactosylceramides featuring various lipidic chain lenghts is described herein. The C-glycosidic part of these molecules is construted by a sequence of radical addition and diastereoselective reduction. The phytosphingosine chain is introduced on this intermediate by an O-2 to C-1' migration and the ceramide synthesis is completed by a petidic coupling. Four analogues featuring various phytosphingosines chains (C₅H₁₁, C₂₄H₄₉) and fatty acids (C₇H₁₅, C₁₅H₃₁ et C₂₅H₅₁) were synthetized and biologically assessed.

Les O-glycoconjugués et les dérivés glycosidiques sont des composés naturels impliqués dans de nombreux processus biologiques. Cependant, leurs propriétés sont grévées par la médiocre stabilité in vivo de la liaison osidique. Il est donc intéressant de développer des mimes non hydrolysables. Nous nous sommes intéressés au remplacement de l'oxygène anomérique par un groupement gem-difluorométhylène.La synthèse d'analogues difluorés d'α-galactosylcéramides avec diverses longueurs de chaînes grasses est décrite dans ce travail. La partie C-glycosidique de ces molécules est construite par l'application d'une séquence d'addition radicalaire et de réduction diastérosélective. La chaîne phytosphingosine est introduite par le synthon α-CF₂-galactose via un transfert de l'O-2 au carbone pseudo-anomérique, puis un couplage peptidique permet de former la partie céramide. Quatre analogues possédant diverses chaînes phytosphingosines (C₅H₁₁, C₂₄H₄₉) et divers acides gras (C₇H₁₅, C₁₅H₃₁ et C₂₅H₅₁) ont été synthétisés et évalués biologiquement.

L'objectif de cette thèse a été de contribuer à la compréhension des stratégies d'infection du pathogène opportuniste Aspergillus fumigatus. Ce pathogène est une cause émergente de morbidité et de mortalité chez les patients dont l'immunité est compromise et dans les milieux hospitaliers. Une infection avec Aspergillus est en général appelée une Aspergillose et ellepeut se développer dans un certain nombre d'organes, le plus fréquemment dansl'appareil respiratoire (poumons et sinus). Outre les infections (Aspergillosis invasive), la colonisation par ce champignon peut causer des réactions allergiques (Aspergilloses broncho pulmonaire allergique) et de l'asthme. Le nombre de patients immunodéprimés augmente régulièrement à cause des avancées des traitements du SIDA, du cancer, de la mucoviscidose ainsi que par le nombre grandissant de transplantation d'organes. De nouveaux médicaments antifongiques et des médicaments préventifs sont nécessaires pour venir en soutienaux soins médicaux des patients. Bien que plusieurs fongicides existent déjà sur le marché, l'Aspergillosisinvasive reste souvent fatale. Ceci est lié d'une part à la difficulté d'établir le diagnostic, et d'autre part au fait que des résistances émergent rapidement. La motivation de cette thèse est de comprendre les mécanismes impliqués dans le premier contact entre les conidies et le tissu de l'hôte. Ces mécanismes d'adhésion initiaux sont souvent réalisés par des liaisons entre les lectines et les carbohydrates. Le tissu épithélial et la surface muqueuse du système respiratoire sont couverts de structures possédants des carbohydratestels que les glycoprotéines, les glycolipides et les glycosaminoglycanes. L'identification des lectines d'A. fumigatus et leurs caractérisations devraient dorénavant contribuer à la compréhension de la glycostratégie de ce pathogène opportuniste ainsi que des mécanismes impliqués dans l'adhésion et l'infection. L'analyse détaillée de la structure des lectines permettra d'établir le rôle de cesprotéinesdans la virulence et de guider la conception de glycomimétiques, afin d'inhiber le phénomène d'adhésion. Cettenouvelle approche consistant à bloquer l'adhésion de l'agent pathogène plutôt que sa prolifération, vise à diminuer les résistances par une réduction de la pression évolutive. Deuxstratégies différentes ont été utilisées pouridentifier de nouvelleslectines. Tout d'abord une purification des lectinesà partir d'extraits fongiques brutsa été tentée et d'autre part un criblage pour trouver des séquences similaires avec les protéines codées par A. fumigatusa été réalisé parmi une banque de lectines fongiques connues. / The aim of this thesis was to contribute to the understanding of infection strategies of the opportunistic pathogen Aspergillusfumigatus. This pathogenic mould is an emerging cause of morbidity and mortality in immuno-compromised patients and hospital environments. An infection with Aspergillus is generally referred to as Aspergillosis; it can develop in a variety of organs but the most common sites are the respiratory apparatus i.e. lungs and sinuses. Besides infections (invasive aspergillosis), colonization with the fungus can cause allergic reactions (allergic broncho pulmonary aspergillosis) and asthma. The number of immuno-suppressed patients is steadily increasing due to advancement in the HIV, cancer and cystic fibrosis medical care, as well as an increasing number of organ transplantations. Needless to say that new antifungal drugs and preventive medication is desperately needed to support medical care for those patients. Even though several fungicides already exist on the market, invasive aspergillosis remains to be often fatal. On one hand, this is due to difficulties in diagnosis and on the other hand, resistances are emerging rapidly. The motivation behind this thesis is to understand the underlying mechanisms that are involved in the first contact between conidial spores and host tissues. Initial adhesion steps often involve carbohydrate binding proteins, called lectins. They recognize glycoconjugates such as glycoproteins, glycolipids and glycosaminoglycans which cover the epithelial tissue and mucosal surface of the respiratory tract.. Identification and characterization of the lectins from A. fumigatus will therefore contribute to the understanding of the glycostrategy of this opportunistic pathogen and of the mechanisms involved in adhesion and infection. Detailed structural analysis of the carbohydrate-protein interactions will allow ascertaining the lectins role in virulence and guide the design of glycomimetics, as adhesion inhibitors. With this novel approach of targeting the pathogen adhesion rather than its proliferation, resistances are believed to be less frequent due to the lack of evolutionary pressure. In this work, two different strategies were employed to obtain novel lectins. Firstly, lectins were purified from crude fungal extracts and secondly the A. fumigatus genome was screened for encoded proteins showing sequence similarity with known fungal lectins. While lectin purification from the crude extracts was inconclusive due to low lectin activity in the starting material, genome screening showed that several putative lectins were present. One of these lectins, named AFL6, belonged to the cyanovirin-N homolog (CVNH) family and it was recombinantly expressed and purified. Glycan array and micro calorimetry techniques were carried out to investigate its carbohydrate binding specificityand the three dimensional structure was determined using X-ray crystallography. The structure showed an overall similarity with other CVNHs with slight differences in the presumed carbohydrate binding sites. Unlike other family members, it shows a low affinity for mannosides and an apparent affinity for lactosamine containing glycan structures.

L’importance des oligosaccharides, et plus particulièrement des β-glucanes et des mannanes, dans les processus biologiques, confère à ces familles de biomolécules des propriétés riches et variées. Celles-ci permettent d’envisager des applications potentielles dans de nombreux domaines, et notamment dans le cas de problèmes de santé publique majeurs, tels que les maladies cardiovasculaires, le cancer ou encore les infections. Néanmoins, malgré les énormes avancées faites en glycochimie, la synthèse d’oligosaccharides à longue chaîne reste un défi synthétique important. La synthèse de glycomimétiques, proches structurellement des sucres naturels et accessibles via une chimie efficace, nous a semblé judicieuse. Inspirés du design des glycomimétiques existants, nous avons élaboré la synthèse de deux mimes du centre anomérique : le premier de type phosphonate et le second de type hydroxylamine.Le lien phosphonate a été choisi car il nous permet de garder un centre stéréogène sur la position anomérique, donnant ainsi la possibilité de créer les deux configurations α et β. Ceci nécessite cependant l’élaboration d’une synthèse stéréosélective. Le lien inter-résidus a donc été construit par couplage stéréosélectif entre une espèce phosphonite-borane diastéréopure et un alcool de type phostone, suivi d’une oxydation stéréospécifique de la fonction phosphonite-borane en phosphonate. Les phosphonite-boranes ont été obtenus en cinq étapes à partir du D-glucal (Schéma 2). L’étape clé de couplage passe par un mécanisme faisant intervenir deux activations successives de la fonction phosphorée apportant la réactivité nécessaire pour une attaque de l’alcool. Des stéréosélectivités variables ont été obtenues en fonction des conditions réactionnelles et du groupement protecteur en position 2 du substrat de départ. Cependant, seuls des alcools primaires peuvent être introduits. Trois dimères phostone-phostone possédant un lien (1→6) ont ainsi été obtenus. Le choix du lien hydroxylamine a été motivé par le fait que la barrière d’inversion de l’azote dans ce type de fonction est faible, ce qui implique que l’atome d’azote n’est pas stéréogène. Cette particularité permet d’éviter une synthèse stéréosélective du centre anomérique. De plus, les hydroxylamines étant peu basiques, elles ne seront pas protonées en milieu physiologique et pourraient donc être de bons mimes des glycanes naturels. Le lien inter-résidus a été construit via une double amination réductrice entre un dialdéhyde et une hydroxylamine portée par une pipéridine polyhydroxylée. Ces deux composés ont été obtenus par un processus diastéréo- et énantiosélectif à partir du cyclopentadiénylure de sodium. La combinaison de deux groupements protecteurs Boc sur l’hydroxylamine s’est révélée être la plus adéquate pour le bon déroulement de l’étape clé de double amination réductrice. Cette séquence implique deux étapes « one-pot » consistant en la formation d’une dioxime, qui subit dans un second temps une réduction, pour former l’hétérocycle. Ce processus de création du lien inter-résidus a pu être réitéré avec succès pour la synthèse d’un dimère / The importance of oligosaccharides in biological processes and particularly β-glucanes and mannanes, gives to these families of biomolecules numerous properties. These natural polymers may find potential applications in many areas, particularly in the case of major public health problems such as cardiovascular disease, cancer or infections.Despite many advances in this field, many challenges remain particularly pertaining to the assembly of higher oligosaccharides. The synthesis of glycomimetics, structurally close to natural sugars and accessible via an efficient chemistry could be an alternative. Inspired by the known glycomimetics, we have elaborated the synthesis of two new mimetics of the anomeric center: cyclic phosphonate (phostone) and hydroxylamine. The phosphonate linkage was chosen because it contains a stereogenic center on the anomeric position, with the possibility to create the two configurations α and β via a stereoselective synthesis. The linkage was built by a stereoselective coupling step between a diastereopure phosphonite-borane and a phostone-type alcohol, followed by a stereospecific oxidation of the phosphonite-borane function into phosphonate. The phosphonite-boranes were obtained in five steps from D-glucal (Scheme 2). The mechanism of the key coupling step involves two successive activations of the phosphorus function for the alcohol attack. Different stereoselectivities were obtained depending on the reaction conditions and the protecting group on the position 2. However, only primary alcohols can be introduced. Three phostone-phostone dimers possessing a (1→6) linkage were synthesized.The choice of the hydroxylamino linkage was motivated by the fact that the nitrogen barrier of inversion in this type of function is low, which means that the nitrogen is not stereogenic. This characteristic avoids a stereoselective synthesis of the anomeric center. Moreover, hydroxylamines being weakly basic, they won’t be protonated in physiological conditions and could be good mimetics of natural glycans. The linkage was built via a double reductive amination between a dialdehyde and a hydroxylamine carried by a polyhydroxylated piperidine. These two compounds were obtained by a diastereo- and enantioselective process from sodium cyclopentadienylide. The combinaison of two Boc protecting groups on the hydroxylamine proved to be the most appropriate for the key double reductive amination. This process consists in a « one-pot » two-steps sequence consisting in the formation of a dioxime, followed by its reduction to form the heterocycle. This process could be successfully reiterated for dimer and trimer synthesis

L’accumulation excessive de leucocytes conduisant à un dysfonctionnement de la réponse immunitaire est caractéristique de plusieurs maladies inflammatoires. La première étape du recrutement des leucocytes aux sites d’inflammation est tributaire de l’interaction entre le tétrasaccharide sialyl LewisX (sLeX) et les protéines d’adhésion sélectines P et E, qui sont exprimés sur les cellules endothéliales des parois vasculaires. Par conséquent, les sélectines sont des cibles thérapeutiques importantes. Ainsi, la conception d’antagonistes des sélectines est une stratégie prometteuse pour traiter l'inflammation aiguë. Par exemple, l’administration d’analogues du sLeX chez les patients hospitalisés souffrant de crises vaso-occlusives ou de syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA) peut atténuer les enjeux d'accumulation de cellules immunitaires. Tout en se basant sur la première génération d'antagonistes des sélectines développées par notre laboratoire, l’objectif de ce travail était de synthétiser et d'évaluer l’activité biologique d’une nouvelle série d’analogues du sLeX ciblant l'inflammation aiguë. Ce travail établit deux nouvelles stratégies qui permettent d'accéder à des analogues du sLeX incorporant un motif galactopyranoside bicyclique avec une fonctionnalité carboxylate ayant une conformation restreinte. Dans la première approche, l’intermédiaire bicyclique clé est formé en 13 étapes à partir du D-galactose pentaacétate avec un rendement global de 19 %. Indépendamment de la stéréochimie des précurseurs, une réaction de cyclisation intramoléculaire a permis de générer l’intermédiaire clé avec le carboxylate en position axiale. Un contrôle cinétique Curtin-Hammett serait à l'origine de la stéréosélectivité, une hypothèse supportée par une étude expérimentale et par calculs théoriques DFT. La série des carboxylates équatoriales a également été préparée par une stratégie de désilylation basée sur la migration d'un ester β,γ-insaturé. La deuxième approche implique une stratégie de double glycosidation orthogonale qui est influencée par la conformation restreinte du bicycle. L'intermédiaire bicyclique, portant un groupement nitrile en C9 (alpha), a été préparé en 12 étapes avec un rendement global de 53 %. Cette approche a mené à une série d'antagonistes des sélectines incorporant des modifications d'amide, d'amine et de tétrazole, ainsi qu'un analogue incorporant un C6-benzamide. Cette approche modulaire peut être exploitée pour préparer d’autres isostères d'acide carboxylique. Un analogue hybride a été préparé en combinant le galactopyranoside bicyclique avec la fonctionnalisation de la chaîne latérale qui se retrouve sur l’espaceur à base de tartrate. Cette voie de synthèse a également été conçue afin d'accéder aux analogues du sLeX portant une sonde de photoaffinité. Cet analogue servira comme outil dans le marquage par photoaffinité des sélectines pour élucider les résidus clés du site actif. Les analogues de la deuxième génération ont été évalués pour leur capacité à se lier aux sélectines et d’empêcher les cellules immunitaires d’adhérer. Une méthode qualitative permettant de classer l’affinité de nos composés aux sélectines à l'aide de la spectroscopie SPR ainsi qu'une expérience préliminaire d'inhibition compétitive en solution ont été développées. Les principaux composés ont également été évalués à l'aide de tests in vitro d'adhésion de cellules HL-60 et de roulement par imagerie des cellules vivantes. Un essai de migration cellulaire par lavage péritonéal in vivo a été utilisé pour valider l’activité de nos composés principaux et leur capacité à inhiber le recrutement des neutrophiles dans un modèle d'inflammation aiguë. Nos résultats démontrent l’augmentation de la puissance et de l’activité de nos analogues de deuxième génération comparativement à la première. La série de galactopyranosides a démontré une spécificité pour l'inhibition de la P-sélectine, alors que la série des arabinopyranosides, incorporant un motif tétrazole, a démontré une activité remarquable vers la E-sélectine. La combinaison des deux modifications ont produit une activité pan-sélectines exceptionnelle qui justifie une enquête plus approfondie. / The first step for leukocyte adhesion and rolling along the vascular endothelium during the immune system inflammatory response involves the recognition of the tetrasaccharide sialyl LewisX (sLeX) by selectin glycoproteins. Dysfunction of the immune response, a consequence of several pathologies of inflammatory disease, leads to an excessive influx of leukocytes that necessitates therapeutic intervention. The development of glycomimetics, small molecule therapeutics that imitate complex glycans, is a promising strategy for treating inflammation. Specifically, a targeted approach amenable to severe acute inflammation, such as in hospitalized patients suffering from vaso-occlusive crises (VOC) or acute respiratory distress syndrome (ARDS). Building off the first generation of selectin antagonists developed by our laboratory, the aim of this work was to synthesize and evaluate the potency of a new class of sLeX glycomimetics for use as selectin antagonists targeting acute inflammation. This work describes the development of two novel strategies for sLeX glycomimetics incorporating a challenging trans-bicyclo[4.4.0] 3-O,4-C-fused galactopyranoside scaffold with a conformationally restricted carboxylate moiety. In the first approach, the key bicyclic galactopyranoside intermediate was accessed through a 13-step sequence with 19% overall yield from D-galactose pentaacetate. An unprecedented intramolecular cyclization reaction provided the desired axially configured bicyclic intermediate independent of the precursor stereochemistry. The origin of stereoselectivity was proposed to be under Curtin-Hammett kinetic control; a hypothesis supported by an experimental study and theoretical DFT calculations. The equatorial carboxylate series was also prepared using a desilylation strategy capitalizing on the migration of an β,γ-unsaturated ester. The second approach is highlighted by an orthogonal dual-glycosidation strategy that takes advantage of the conformationally restricted scaffold. The key bicyclic intermediate, bearing an α-configured C9 nitrile moiety, was prepared in 12 steps with a 53% overall yield. This approach led to a series of selectin antagonists incorporating axially-locked amide, amine, and tetrazole modifications at the C9 position, as well as an analogue incorporating a C6-benzamide. The modular galactopyranoside framework achieved using this approach can be exploited to prepare additional carboxylic acid bioisosteres for future SAR studies. A hybrid analogue was prepared, that combines the bicyclic galactopyranoside scaffold and a synthetic approach to selectin antagonists incorporating sidechain modifications to the first-generation tartrate diester. This synthetic route was also elaborated to access sLeX glycomimetics bearing a benzophenone-based photoaffinity probe. This analogue will serve as a valuable tool in the photoaffinity labeling of selectin proteins to elucidate key active site residues. The second-generation analogues were evaluated for their ability to inhibit selectin adhesion. A qualitative method to rank the binding strength towards recombinant P- and E-selectin proteins using SPR biosensor technology was developed, as well as a preliminary competitive inhibition in solution experiment with immobilized PSGL-1. Several compounds were also evaluated using an in vitro HL-60 cell adhesion assay, and a live-cell imaging experiment. An in vivo peritoneal lavage cellular migration assay was used to validate the potency of our lead compounds at inhibiting neutrophil recruitment in an acute inflammation model. Key results from the biological evaluations include an improvement in activity by restricting the conformation of the carboxylate moiety to the axial configuration, as well as an enhancement in potency over the lead compound from the first-generation series. Remarkably, specificity for P-selectin inhibition was observed with the galactopyranoside series, while the arabinopyranoside series, incorporating a tetrazole bioisostere, displayed significant activity towards E-selectin. The combination of the two modifications yielded remarkable pan-selectin activity that warrants further investigation.

Des études antérieures conduites par notre groupe ont permis d’identifier l’α-1-C-nonyl-1,5-didésoxy-1,5-imino-D-xylitol en tant que puissant inhibiteur de la β-glucocérébrosidase – enzyme impliquée dans la maladie de Gaucher. La conformation inhabituelle (chaise inversée) de ce composé nous a incités à étudier plus avant la relation entre conformation et activité biologique des iminosucres. L’objectif de ces travaux de thèse consistait ainsi en la synthèse d’analogues conformationnellement contraints d’iminosucres. Dans un premier temps, trois spiro-iminosucres basés sur un squelette 5-azaspiro[3.4]octane ont été obtenus via une séquence comportant trois étapes clés : formation du cyclobutane par cyclisation radicalaire, introduction de l’azote par C-H amination et formation de la pyrrolidine par métathèse. Dans un second temps, une séquence a été développée pour la synthèse stéréodivergente d’iminosucres bicycliques accolés basés sur un squelette 6-azabicyclo[3.2.0]heptane via l’enchaînement de deux étapes clés : formation de la structure azabicyclique par aldolisation de type Mukaiyama puis oxydation de la cétone résultante en énone. / Previous studies performed by our group led to the identification of α-1-C-nonyl-1,5-dideoxy-1,5-imino-D-xylitol as a powerful inhibitor of β-glucocerebrosidase, the enzyme involved in Gaucher disease. This compound’s unusual (inverted chair) conformation prompted us to further study the relationship between iminosugars’ conformation and biological activity. The aim of this PhD work was thus the synthesis of conformationally restricted iminosugar analogues. Firstly, three spiro-iminosugars based on a 5-azaspiro[3.4]octane scaffold were synthesized through a sequence including three key steps: cyclobutane formation by way of radical cyclisation, nitrogen introduction by mean of C-H amination and pyrrolidine formation by way ofmetathesis. Secondly, we developed a sequence dedicated to the stereodivergent synthesis of fused bicyclic iminosugars based on a 6-azabicyclo[3.2.0]heptane scaffold through a succession of two key steps: azabicyclic scaffold formation by mean of Mukaiyama aldol reaction followed by ketone to enone oxidation.