Les espaceurs auto-immolables sont des assemblages moléculaires inactifs permettant de découpler deux entités chimiques A (un groupe protecteur subissant une activation) et B (un composé d'intérêt, tel qu'un principe actif, un rapporteur ou un autre espaceur) par des liaisons covalentes. Sous l'effet d'un stimulus externe (activation), A est clivé spontanément lors d'un processus irréversible appelé auto-immolation, qui provoque la libération de l'espèce B. Cette dernière est généralement inactive lorsqu'elle est intégrée dans l'espaceur ; en revanche, une fois libérée, elle retrouve son activité intrinsèque.La cinétique du processus d'auto-immolation contrôle la corrélation spatio-temporelle existant entre l'activation et la libération de la substance active. L'objectif principal de ce travail a été précisément de fournir un ensemble complet de données permettant d'établir des relations structure/propriétés cinétiques fiables dans une série d'espaceur auto-immolable contenant une structure aromatique portant un substituant hydroxyle et s'appuyant sur un mécanisme impliquant une cascade électronique. Ainsi, nous avons utilisé un groupe photactivable et la lumière pour déclencher le processus d'auto-immolation d'une grande banque d'espaceurs auto-immolables, qui présentent un temps caractéristique d'auto-immolation s'étalant sur un large éventail d'échelle de temps (10-4-104s).Au cours de ce travail, nous avons également développé des espaceurs auto-immolables, qui libérent deux composés après activation. Ces systèmes ont été mis en ¿uvre pour répondre à l'analyse quantitative d'un substrat libéré par photodéprotection dans les systèmes biologiques. / Self-immolative spacers are inactive molecular assemblies decoupling two chemical entities A (a protecting group undergoing activation) and B (a compound of interest such as a drug, a reporter or another spacer) via covalent bonds. Under the effect of an external stimulus (activation), A is cleaved thus spontaneously initiating an irreversible process called self-immolation, which ultimately causes the release of the species B. The latter is usually inactive by binding on the spacer but, once released, it recovers its intrinsic activity. The kinetics of the self-immolation process controls the spatiotemporal correlation existing between activation and release of the active compound. Although many kinetic studies have been already reported on various series of self-immolative spacers, literature still lacked homogeneous information permitting comparative analysis of the kinetics of self-immolation. The major aim of this work was precisely to provide an extensive set of data drawing reliable structure property relationships in a series of self-immolative spacers containing an aromatic structure bearing a hydroxyl substituent and relying on a mechanism involving an electronic cascade. Thus we used a photactivable group and light to trigger the disassembly process of a large collection of self-immolative spacers, which exhibit self-immolation time varying over a wide range of time scale (10-4-104s). During this work, we also developed self-immolative spacers, which could release two compounds after a single activation. These systems have been implemented to address the quantitative analysis of a substrate released by uncaging in biological systems.

Cette thèse traite de la conception de sondes fluorogènes incorporant des bras espaceurs auto-effondrables répondant à l’activité enzymatique.Ces travaux commencent par la synthèse d’une sonde modèle à trois composantes pour détecter l’activité de la Leucine AminoPeptidase (LAP). Le cœur de cette sonde est un espaceur cyclisant efficace (t1/2 cyclisation≈7sec) qui unit un substrat enzymatique à un fluorophore précipitant avec une stabilité exemplaire (pas de dégradation sur 15h d’incubation). Appliquée sur des cellules vivantes, cette sonde produit des précipités fluorescents qui marquent durablement les cellules. L’élaboration de sondes pour d’autres enzymes a cependant soulevé l’importance d’abaisser le seuil de solubilité du fluorophore.Cette thèse se penche également sur deux nouvelles conceptions de sondes à la spécificité améliorée. Alors que la première tente de réutiliser les efforts déployés pour obtenir des inhibiteurs hautement sélectifs, la seconde est basée sur deux transformations successives par deux enzymes indépendantes. Si la première solution a échoué jusqu’alors, la seconde nous a effectivement permis de différencier des populations cellulaires.Enfin, ce manuscrit détaille le développement d’une nouvelle génération d’espaceur permettant l’affinement de certaines propriétés des sondes. Focalisés sur l’amélioration de l’hydrosolubilité, les premiers exemples sont très prometteurs. Particulièrement, une sonde pour Péncilline G Amidase possède une hydrosolubilité 3500 fois supérieure à celle de son analogue commercial. Véritables multiprises chimiques, ces espaceurs devraient permettent de relever certains des grands défis de la chimie médicinale moderne. / This thesis concerns the design and evaluation of fluorogenic molecular probes that respond to enzyme activity via the help of self-immolative spacers.This work starts with the synthesis of a model three-component probe that detects the activity of Leucine AminoPeptidase (LAP). The heart of this probe is an efficient cyclizing spacer (t1/2 cyclization≈7sec) that links a specific enzyme substrate to a precipitating fluorophore with an exemplary stability (no false positive signal over 15h incubation). When incubated with live cells, this construct is processed by active LAP to yield fluorescent precipitates which lead to long-term cell-tagging. However, probes susceptible to other enzyme activity have indicated the interest in further reduction of the solubility threshold of ELF®97.This manuscript also describes two new strategies to improve the specificity of the probes. While the first tries to take advantage of the efforts made to develop highly selective inhibitors, the second is based on two consecutive transformations by two independent enzymes. The first strategy has not yet been successfully applied in our hands, but the second has led to a first prototype that allowed discriminating between different cell lines.Lastly, this thesis relates the design and synthesis of a new generation of cyclizing spacer which opens up a great number of possibilities to optimize probes’ properties. For example, a probe targeting Pencilline G Amidase and containing such a spacer possesses a hydrosolubility 3500 times higher than its commercial analogue. As true “molecular hubs”, these spacers may turn out to address the big challenges of modern imaging agent and prodrug development.