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

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

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

Le daratumumab (Darzalex®) est un anticorps monoclonal thérapeutique dirigé contre l'antigène CD38 et indiqué pour le traitement du myélome multiple. À cause de son efficacité et de son profil d'innocuité, le daramutumab est de plus en plus utilisé et on le retrouve maintenant dans un nombre croissant d'échantillons sanguins. Toutefois, cette présence est problématique, car il se lie aussi au CD38 des globules rouges servant à l'identification des alloanticorps causant des faux. Ce mémoire décrit le développement d'une nouvelle méthode pour contrer l'interférence du daratumumab dans les tests de compatibilité sanguins. La stratégie consistait à mimer la région du récepteur CD38 reconnue par l'anticorps à l'aide de peptides cycliques et de les attacher sur un support solide afin d'hameçonner sélectivement le daratumumab et le retirer du plasma. Différentes méthodes d'ancrage et de cyclisation ont tout d'abord été évaluées afin d'identifier l'approche la plus simple pour sa production et son utilisation. Des études de relation structure-activité par balayages et des troncations ont ensuite été effectuées sur une séquence peptique d'une région du CD38 reconnue par le daramutumab pour identifier les motifs avec la meilleure affinité et la plus grande sélectivité. L'approche sélectionnée offre une grande flexibilité d'ancrage sur différents supports solides et permet la caractérisation et la purification des peptides. Elle a aussi permis de cribler rapidement différentes tailles de peptides cycliques et d'évaluer leur capacité à retirer le daramutumab d'échantillons sanguins. Mes travaux ont permis des avancées importantes sur les méthodes de synthèse et les approches d'ancrage sur support solide et permettront potentiellement le développement de ligands sélectifs pour des anticorps thérapeutiques problématiques dans l'avenir. / Daratumumab (Darzalex[exposant TM]) is a therapeutic monoclonal antibody directed against CD38 antigen and indicated for the treatment of multiple myeloma. Because of its efficacy and good safety profile, daratumumab is increasingly being used and is now found in an increasing number of blood samples. This presence has even become a problem as daratumumab binds to CD38 on red blood cells, it causes false positives thus complicating the identification of the alloantibodies. This thesis describes the development of a new method to overcome the daratumumab interference in blood compatibility tests by using cyclic peptides supported on polymer beads. The strategy was to mimic the antibody-recognized CD38 receptor region with cyclic peptides and attach them to a solid support to selectively remove daratumumab from the plasma. To achieve this, different anchoring and cyclization methods were evaluated in order to identify the simplest and most applicable approach for the production and use. Then, structure-activity relationship studies by scanning and truncation were performed on a peptide sequence of the CD38 region recognized by daratumumab to identify patterns with the best affinity and selectivity. The selected approach offers high anchorage flexibility on different solid supports and allows characterization and purification of the peptide product. It also allowed the rapid screening of different sizes of cyclic peptides and their ability to remove daratumumab from blood samples. My work has provided significant advances in synthesis methods and solid support anchoring approaches and will potentially allow the development of selective ligands for problematic therapeutic antibodies in the future.

Les cicatrices hypertrophiques sont la résultante de désordres fibrotiques caractérisés par un dépôt excessif de Matrice ExtraCellulaire (MEC) et une persistance anormale des myofibroblastes (cellules différenciées qui participent à la cicatrisation). Elles apparaissent régulièrement suite à un retard dans les délais de cicatrisation comme c'est le cas lors de la guérison des plaies de grandes surfaces caractéristiques des grands brûlés. Afin de comprendre les mécanismes mis en jeux dans cette pathologie notre équipe a utilisé le modèle de peau reconstruite par auto-assemblage avec des cellules épidermiques et dermiques issues de cicatrices hypertrophiques ou de peaux normales. Les études précédentes ont permis de montrer que l'épaisseur des dermes obtenus lors de culture de différents types cellulaires mésenchymateux est augmentée en présence de kératinocytes issus de cicatrices hypertrophiques (KH) par rapport à celle obtenue' lorsque des kératinocytes issus de cicatrices normales (KN) sont utilisés. Elles ont également pu attribuer cette variation d'épaisseur dermique à un effet paracrinien de l'épiderme. Nous avons poursuivi cette étude et identifié une protéine inhibitrice des métalloprotéinases : TIMP-1, sécrétée plus fortement par les KH par rapport aux KN. Cette dernière une fois ajoutée aux milieux de culture d'équivalents de peau reconstruite avec des KN in vitro induit une fibrose comparable a celle obtenue dans les équivalents de peau reconstruite avec des KH. Cette observation apporte une nouvelle donnée dans la connaissance des mécanismes moléculaires et cellulaires conduisant à la cicatrisation hypertrophique.

Thèse en cotutelle, Doctorat en biologie cellulaire et moléculaire, Université Laval, Québec, Canada et Université de Nantes, Nantes, France / Les cellules humaines sont soumises à des stress induisant des cassures double-brin de l’ADN (CDB). Ces CDB sont réparées notamment par la recombinaison homologue, impliquant les protéines RAD51 et RAD52. Une stratégie thérapeutique émergente est de développer des molécules inhibant RAD51 ou RAD52 afin d’accentuer l’instabilité génétique et la mort de la cellule cancéreuse. En effet, dans certains cancers, l’activité de RAD51 est dérégulée promouvant la prolifération tumorale. Il existe plusieurs molécules inhibitrices de RAD51 et nous nous sommes intéressés au DIDS dont le mode d’action n’a pas encore été déterminé. Concernant RAD52, une létalité synthétique a été montrée lorsque celle-ci est inactivée dans des cellules déficientes en BRCA1, BRCA2 ou PALB2, trois gènes mutés dans de nombreux cancers. Récemment, trois types de molécules inhibitrices de RAD52 ont été mis en évidence. Nous avons tout d’abord étudié l’impact du DIDS ainsi que des molécules dérivées afin de comprendre le mécanisme mis en jeu. Nous avons montré que le DIDS, ainsi que ses dérivés inhibent la liaison de RAD51 à l’ADN. Ces molécules empêchent la formation du nucléofilament entrainant une diminution du nombre de foyers RAD51. Nous avons développé une méthode de criblage par fluorescence pour évaluer l’effet d’une banque de 696 molécules sur la capacité de RAD52 à hybrider deux ADNsb. Deux molécules capables d’inhiber la fonction d’hybridation de RAD52 ont été mises au jour. In vivo, elles entrainent une diminution de la survie de cellules déficientes en PALB2. La recherche et le développement de nouveaux inhibiteurs de RAD51 et RAD52 constituent des stratégies thérapeutiques d’avenir. / Human cells are subjected to stress inducing DNA double-strand breaks (DSB). DSB are repaired in particular by homologous recombination, involving RAD51 and RAD52 proteins. An emerging therapeutic strategy is to develop RAD51 or RAD52 inhibitors that promote genetic instability and induce cancer cell death. In some cancers, the activity of RAD51 is deregulated promoting tumor proliferation. There are several RAD51 inhibitors and we focused on DIDS, whose mechanism of action has not been yet determined. Concerning RAD52, a synthetic lethality has been shown when its gene is inactivated in BRCA1, BRCA2 or PALB2 deficient cells, those genes being mutated in various cancers. Recently, three types of molecules inhibiting RAD52 were highlighted. We studied the impact of DIDS and its derivatives to understand the mechanism involved in the inhibition. We showed that DIDS and its derivatives inhibit RAD51 DNA binding function. These molecules prevent the formation of nucleofilament leading to a decrease in RAD51 foci formation. We have developed a fluorescent method of screening to evaluate the effect of a library of 696 molecules on the RAD52 ability to hybridize two ssDNA. Two molecules were able to inhibit the RAD52 hybridization function. In vivo, they induce a decrease in PALB2 deficient cell survival. Research and development of new RAD51 and RAD52 inhibitors represent promising therapeutic strategies.

L'obésité et ses pathologies associées telles que la résistance à l'insuline, le diabète de type 2 et la stéatose hépatique non-alcoolique deviennent des enjeux de santé publique. Le foie est un organe majeur dans le contrôle de l'homéostasie du glucose corporel. À l'heure actuelle, les modèles de lignées cellulaires d'hépatome sont les principaux modèles d'étude in vitro disponibles pour approfondir la physiologie hépatique. Malheureusement, l'expression et les fonctions des protéines dans ces cellules diffèrent de la réalité in vivo. Les hépatocytes primaires représentent une plateforme attractive dans l'étude des maladies métaboliques car ils conservent la plupart des fonctions hépatiques in vivo. Une limitation fondamentale de la culture des hépatocytes primaires de souris correspond au déclin métabolique après leur isolement. En quelques jours, les cellules primaires se dédifférencient en une lignée cellulaire inférieure entraînant une perte des fonctions spécifiques et une modification de l'expression des gènes. Avec ce projet, nous avons étudié les hépatocytes primaires de souris en culture en présence de petites molécules modulant des voies spécifiques liées à la transition épithéliale à mésenchymateuse, un processus conduisant à la dédifférenciation dans les hépatocytes primaires isolés de souris. Nous avons constaté que des petits inhibiteurs chimiques du remodelage du cytosquelette préservaient partiellement l'expression de certains marqueurs hépatiques et épithéliaux tels que l'albumine, la Zonula-1 et l'occludine. De plus, nos résultats ont révélé que les hépatocytes primaires de souris en culture perdaient la réponse à l'insuline mais maintenaient la réponse au glucagon sur la gluconéogenèse bien que les valeurs soient beaucoup plus faibles après 7 jours de culture par rapport au jour 1. L'ensemble de nos résultats suggèrent que la réduction mécanique de la tension via l'inhibition du remodelage du cytosquelette pourrait être une voie à suivre pour générer un modèle in vitro fonctionnel d'hépatocytes primaires de souris à long-terme dans l'étude des maladies métaboliques. / Obesity and its related pathologies insulin resistance, type 2 Diabetes and non-alcoholic fatty liver disease are becoming one of the major health hazards of modern world. The liver is a major organ in the control of body glucose homeostasis. Nowadays, hepatoma cell lines are in vitro study models available to further study liver physiology. Unfortunately, protein expression and functions in these cells differ from the in vivo reality. Primary hepatocytes are an attractive platform in the study of metabolic diseases because they retain most in vivo hepatic functions. A fundamental limitation of the culture of primary mouse hepatocytes is the metabolic decline taking place after isolation in these cells. Within few days isolated primary cells dedifferentiate into an inferior cell lineage losing specific functions and changing gene expression. Here, we studied primary mouse hepatocytes in culture in the presence of small molecules that modulate specific pathways related to epithelial to mesenchymal transition, a process leading to dedifferentiation in isolated primary mouse hepatocytes. We found that small chemical inhibitors of cytoskeletal changes partially preserved the expression of some hepatic and epithelial markers such as albumin, Zonula-1 and occludin. Furthermore, our results revealed that primary mouse hepatocytes in culture lost the response to insulin but maintained the response to glucagon on gluconeogenesis although the values decreased after 7 days in culture compared to day 1. Taken together, our results suggest that reducing mechanical tension by inhibiting cytoskeletal remodeling could be a way to follow to generate a functional in vitro model of long-term primary mouse hepatocytes to study metabolic diseases.

La résistance à l'insuline est un désordre métabolique précoce dans le développement de l'obésité et du diabète de type 2. Plusieurs évidences suggèrent que la surproduction de monoxyde d'azote (NO) via l'induction de la synthase du monoxyde d'azote inductible (iNOS) dans les principaux organes cibles de l'insuline conduit à un état de résistance à l'insuline. De plus, des études récentes ont montré que l'invalidation génétique de iNOS chez des souris obèses prévient l'apparition de la résistance à l'insuline au niveau systémique et périphérique. Plusieurs agents thérapeutiques sont présentement disponibles en clinique pour traiter la résistance à l'insuline reliée à l'obésité et au diabète de type 2, mais aucun d'entre eux ne cible spécifiquement la voie de iNOS et du NO. Dans notre première étude, nous avons trouvé que l'inhibition pharmacologique et sélective de iNOS avec le 1400W améliore l'action de l'insuline après seulement 4 jours de traitement chez des souris db/db génétiquement obèses et diabétiques. L'effet bénéfique du 1400W était associé avec la diminution de l'hyperglycémie à jeun et du stress nitrosatif déterminé par la diminution du niveau de 3-nitrotyrosine dans le muscle. Cependant, l'effet sensibilisateur du 1400W sur l'action de l'insuline était transitoire puisque aucun effet n'a pu être observé après 10 jours de traitement. Lors de notre deuxième étude, nous avons montré que l'invalidation génétique de iNOS chez des souris obèses augmente les effets métaboliques de la rosiglitazone, un agoniste des PPARy utilisé en clinique dans le traitement de la résistance à l'insuline reliée à l'obésité et au diabète de type 2. Nous avons entre autres observé une efficacité supérieure de la rosiglitazone à améliorer la tolérance au glucose et à améliorer le défaut d'activation de la voie Akt par l'insuline dans le foie chez les souris iNOS-/- obèses. Ces effets étaient associés avec une augmentation du niveau plasmatique des gros complexes de l'adiponectine (HMW) ainsi que l'activation de la voie de l'AMPK dans les principaux tissus cibles de l'insuline. Finalement, dans notre troisième étude, nous avons démontré que le resvératrol, un composé naturel contenu dans le raisin, diminue l'induction de iNOS et du NO induite par les cytokines dans les cellules musculaires et les adipocytes en culture. Chez la souris, l'expression de iNOS induite par l'endotoxine LPS a été inhibée par le resvératrol dans le muscle et le tissu adipeux, ce qui était associé avec une diminution de l'accumulation des dérivés du NO dans ces tissus. Cependant, aucun effet du resvératrol sur l'expression de iNOS et la production de NO n'a pu être observé dans le foie des souris LPS. Ensemble, les résultats de nos études suggèrent que l'inhibition pharmacologique de iNOS représente une nouvelle stratégie prometteuse à développer dans la gestion du traitement de la résistance à l'insuline reliée à l'obésité et au diabète de type 2.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017-2018 / Les stéroïdes et leurs dérivés constituent une classe biologique unique intervenant dans un grand nombre de processus physiologiques. Ces composés suscitent un fort intérêt thérapeutique, notamment parce qu'ils jouent un rôle crucial dans le développement des cancers hormono-dépendants tels que les cancers du sein et de la prostate. L'approche thérapeutique la plus utilisée consiste ainsi à développer des dérivés stéroïdiens qui vont agir en tant qu'inhibiteurs de certaines enzymes de la stéroïdogénèse, et ce, afin de bloquer la production des androgènes ou des estrogènes selon l'effet souhaité. Néanmoins, l'activité des dérivés stéroïdiens est versatile et ces composés peuvent aussi présenter d'autres intérêts thérapeutiques en agissant sur des cibles biologiques très distinctes. La première partie de ce mémoire est consacrée au développement d’une chimiothèque d’aminostéroïdes similaires au RM-581 (noyau C18-stéroïdien), un analogue du RM-133 (noyau C19-stéroïdien) qui a montré une activité cytotoxique sur une large variété de lignées cellulaires issues de différents cancers. La synthèse sur support solide a été utilisée pour le développement de ces analogues du RM-581. Quarante aminostéroïdes avec différentes chaînes latérales amino-substituées en position C2 du noyau estrane ont ainsi été obtenus. Une activité cytotoxique significative a été observée pour les mêmes composés indépendamment des lignées cancéreuses testées. Un composé a par ailleurs montré une activité anticancéreuse deux fois supérieure à celle du RM-581 et pourrait être un candidat prometteur pour le traitement de plusieurs cancers, dont le cancer du pancréas. La deuxième partie de ce mémoire porte sur le développement d'inhibiteurs de la CYP1B1, une enzyme ayant un rôle mutagène important dans le cadre de certains cancers. À partir d’inhibiteurs connus de cette enzyme, d’études de "docking" et basé sur un criblage de l'inhibition de la CYP1B1 par un large éventail de dérivés stéroïdiens; trois séries d'inhibiteurs C18-stéroïdiens ont été conceptualisées et synthétisés. Les résultats obtenus avec ces composés ont montré que l'introduction d'un groupe aromatique en position C2 d'un noyau 17β-estradiol favoriserait des interactions π-stacking avec la CYP1B1. L'activité inhibitrice de ces composés a été comparée avec l'α-naphthoflavone (ANF), un inhibiteur non stéroïdien connu de la CYP1B1. Certains de ces dérivés stéroïdiens ont montré une activité inhibitrice supérieure à celle de l'ANF et font actuellement l'objet de tests biologiques afin d'appuyer leur utilisation thérapeutique pour le traitement de certains cancers. / Steroids and their derivatives form a single biological class involved in a large number of physiological processes. These compounds have a great therapeutic interest, particularly because they play a crucial role in the development of hormone-dependent cancers such as prostate and breast cancers. The most widely used therapeutic approach consists to develop steroid derivatives that will act as inhibitors of certain steroidogenic enzymes to avoid the production of androgens and estrogens according to the desired effect. However, the activity of steroid derivatives is versatile and these compounds can have other therapeutic interests by acting on very distinct biological targets. The first part of this thesis is focused on the development of a library of aminosteroid similar to RM-581 (C18-steroidal nucleus), and analogue to RM-133 (C19-steroidal nucleus) that showed significant cytotoxic activities on a wide variety of cell lines from different cancers. Solid-phase synthesis was used for the development of these RM-581 analogues. Forty aminosteroids with different amino-substituted side chains at position C2 of an estrane nucleus (mestranol) were thus obtained. Significant cytotoxic activities were observed for the same compounds regardless of the cancer cell lines tested. Moreover, one of these aminosteroid derivatives was found to be twice more active than RM-581 and could be a promising candidate for the treatment of several cancers, including pancreatic cancer. The second part of this thesis is devoted to the development of steroidal inhibitors of CYP1B1, an enzyme playing an important mutagenic role in certain cancers. Based on known CYP1B1 inhibitors, docking studies and on a screening of the CYP1B1 inhibition by a broad range of steroid derivatives, three series of C18-steroidal inhibitors were designed and synthesized. The results obtained with these novel steroidal inhibitors showed that the introduction of an aromatic core at position C2 of the 17β-estradiol nucleus appears to be the best strategy for promoting pi-stacking interactions with CYP1B1. The inhibitory activity of these compounds was compared with α-naphthoflavone (ANF), a known nonsteroidal potent CYP1B1 inhibitor. Some of these steroidal inhibitors have shown a greater CYP1B1 inhibitory activity than ANF and are currently undergoing biological tests to support their therapeutic use for the treatment of certain cancers.

La résistance bactérienne aux antibiotiques est une menace en constante expansion. Les bactéries ne cessent de développer de nouvelles résistances à un rythme parfois plus rapide que notre capacité à développer de nouveaux médicaments pour les combattre. Il est donc important si l'on veut garder la cadence dans ce marathon contre les bactéries de continuer la recherche de nouvelles méthodes pour contrer la résistance aux antibiotiques. La présente étude se divise en deux projets portant chacun sur une approche distincte dans le but de développer de nouveaux antibiotiques. La première partie porte sur l'étude des peptides antimicrobiens comme nouvelle classe d'antibiotiques. Leur mode d'action distinct des antibiotiques sur le marché est prometteur pour un développement de résistance amoindrie. Par contre, leur complexité entraîne une conception de médicament plus ardue. Afin d'aider la compréhension des facteurs influençant l'interaction des peptides avec leur principale cible, les membranes cellulaires, un peptide modèle synthétique simple et neutre ainsi que des analogues chargés positivement furent développés dans notre groupe. Ces peptides, notamment surnommés 14-mère, R4R11 et R5R10, ont d'abord été étudiés par des multiples méthodes spectroscopiques, biophysiques et bio-informatique. Ces études démontrent qu'il est possible de moduler la structure secondaire des peptides par la position des acides aminés cationiques dans la séquence. De plus, la conformation des peptides influence leurs interactions avec les membranes modèles et les cellules où ceux en feuillets β sont plus sélectifs envers les modèles et cellules procaryotes alors que ceux sous forme d'hélice α interagissent indistinctement avec les deux types membranes modèles ou cellules. Il a aussi été observé une différence d'orientation entre les peptides hélicoïdaux neutres et cationiques en présence de différentes membranes lipidiques. Les peptides étudiés ont une plus grande affinité envers les bicouches plus minces et les peptides cationiques ont une plus grande interaction avec les membranes anioniques. Ensuite, le projet s'est poursuivi par l'étude de l'effet de l'ajout d'un groupement ayant une propension à se lier aux membranes procaryotes. Pour ce faire, un ligand bis-dipicolylamine (bis-DPA) a été ajouté à l'extrémité N-terminale des peptides 14-mère, R4R11 et R5R10 afin de former un complexe de Zn(II) in situ avec le ligand bis-DPA (Zn₂•bisDPA). En général, la présence du complexe augmente la sélectivité des peptides par l'entremise d'une interaction plus grande envers les cellules procaryotes et membranes modèles anioniques. La seconde partie vise plutôt la recherche de nouveaux inhibiteurs de β-lactamases visant sur une approche de combinaison de médicaments afin de diminuer la résistance aux antibiotiques β-lactames. Malgré leurs similitudes avec les composés β-lactames et leurs propriétés d'inhibiteurs de protéases, les molécules de la famille des sulfahydantoïnes n'ont pas été investiguées comme inhibiteurs de β-lactamases. Divers analogues ayant comme cœur l'hétérocycle sulfahydantoïne ont été synthétisés à partir d'acides aminés et ont été évalués pour leur pouvoir inhibiteur sur les β-lactamases courantes TEM-1 et TEM-15. De ces analogues, certain ont démontré une inhibition notable des deux β-lactamases avec des valeurs de IC₅₀ entre 130 et 510 μM et des valeurs inférées de Kᵢ entre 32 et 55 μM. Ces résultats indiquent que ce type de composés ont un potentiel intéressant comme futur inhibiteur de β-lactamases. / Antibiotic resistance is one of the top worldwide healthcare problems. Bacteria are continuously finding new ways to survive the treatment we develop. To stay ahead in this race, we must accelerate the development of new drugs that counteract bacterial resistance. The present study is divided in two projects each using a separate approach aiming to find new antimicrobial molecules. The first part of this thesis focusses on the study of antimicrobial peptides as a potential new class of antibiotics. Their mode of action is different than commercially available antibiotics and is less prone to induce resistance development. However, the design of new peptides for clinical uses is challenging because of the complexity of these compounds. To have a better understanding of the molecular determinants affecting their interaction with cellular membranes, we have developed a simple synthetic model peptide with a neutral global charge named 14-mer. Multiple analogs were synthesized bearing cationic amino acids at different positions in the sequence. Notably, analogs R4R11 and R5R10, bearing arginine residues at positions 4 and 11, and 5 and 10 respectively, were studied alongside the 14-mer model by various spectroscopic, biophysical and bioinformatics methods. These experiments show that the secondary structure and supramolecular self-assembly can be modulated by the position of the cationic residue in the peptide sequence. The peptide secondary structure affects their interactions with model membranes and living cells. The β-strand peptides tend to interact more selectively toward prokaryotic model membranes and cell whereas α-helical peptides interact indistinctly with both prokaryotic and eukaryotic model membranes and cells. In addition, a difference in peptide orientation has been observed between uncharged and cationic α-helical peptides when they interact with phospholipid membranes. These peptides have generally a higher affinity with thinner bilayers, and cationic peptides possess better interaction with cationic membranes. The investigation was continued by studying the effect of the incorporation of a molecular tag that is known to have a high affinity toward prokaryotic membranes. This was achieved by adding a bis-dipicolylamine (bis-DPA) ligand at the N-terminus of peptides 14-mer, R4R11 and R5R10 to form a Zn(II) complex in situ. The Zn(II) complex tends to increase the selectivity of the studied peptides toward prokaryotic model membranes and cells. The second part of this thesis instead focusses on finding new β-lactamase inhibitors in order to reduce the antibiotic resistance of one of the most versatile antibiotic families, the β-lactams. As potential candidates, the sulfahydantoin family has never been investigated for this application even if they possess similar structure to β-lactam antibiotics and has been shown to inhibit similar enzymes like proteases. To evaluate their potential, we synthesized multiple analogs containing the sulfahydantoin heterocycle starting from amino acids. These analogs were tested as inhibitors of two of the most prevalent β-lactamases, TEM-1 and TEM-15. Out of these compounds, two analogs have shown substantial inhibition with IC₅₀ values between 130 and 510 μM and inferred Kᵢ values between 32 and 55 μM. These results suggest that sulfahydantoin compounds have a good potential for the development of new and improved β-lactamase inhibitors.