Streptococcus pneumoniae est un pathogène majeur chez l'homme, responsable d'otites, de pneumonies, de septicémies et de méningites. Récemment des structures de type pilus ont été identifiées à la surface de S. pneumoniae et jouent un rôle important dans les étapes initiales de colonisation des tissus hôtes. Six gènes sont impliqués dans la formation de cette structure. Trois d'entre eux codent pour les protéines structurales ou pilines (RrgA, RrgB et RrgC) et trois autres gènes codent pour les enzymes, appelées sortases, qui catalysent l'association covalente des pilines (SrtC-1, SrtC-2 et SrtC-3). Des modèles de formation du pilus ont été proposés suite à des études de délétion génétique, mais aucune donnée biochimique permettant d'expliquer précisément la formation du pilus au niveau biomoléculaire n'est encore disponible. L'étude individuelle des protéines impliquées dans la formation du pilus a permis la mise en évidence de ponts intramoléculaires Lys-Asn stabilisateurs présents dans chacune des pilines. De plus, la résolution cristallographique de RrgA et RrgB permet de mieux comprendre les propriétés adhésives de cette structure mais également son mécanisme d'assemblage. Comme le rôle de chacune des sortases reste imprécis, nous avons développé un système de co-expression permettant de tester toutes les combinaisons de pilines et de sortases. Celui-ci nous a permis d'identifier les spécificités de chacune des sortases, de générer des complexes covalents piline/piline mais également piline/sortase et ainsi d'obtenir des éléments clés dans la compréhension de la biogenèse de cette structure.

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

Ce mémoire s'articule autour de deux aspects complémentaires des processus qui accompagnent le transfert d'électron. Le cœur de ce projet concerne la valorisation de l'électrochimie moléculaire comme technique d'activation dans deux directions : activation de processus mécaniques ou de mouvements moléculaires dans des architectures commutables pour lesquelles un transfert d'électron fournit l'impulsion tout en permettant le contrôle et la lecture de l'état d'un système dynamique, et activation de processus chimiques pour lesquels l'électrochimie est exploitée en ingénierie moléculaire pour élaborer des molécules complexes et proposer une alternative efficace aux méthodes classiques de la synthèse organique. Le fil conducteur « activation électrochimique » est déroulé autour deux grandes classes de composés : les -dimères de dérivés du viologène et les macrocycles conjugués à base de pyrrole. Dans la première partie de ce mémoire, nous présenterons nos résultats en matière de systèmes moléculaires commutables dont les mouvements intramoléculaires et les propriétés sont activés et contrôlés par simple transfert d'électron tandis que la deuxième partie est centrée sur l'ingénierie électrochimique de porphyrines étendues.

La myopathie centronucléaire (CNM) est un groupe de maladies génétiques caractérisées au niveau histologique par des noyaux au centre des myofibres au lieu de la périphérie. Des mutations dans trois gènes (MTM1, DNM2 et BIN1) sont associées à cette pathologie. Récemment, l’implication d’un nouveau gène a été révélée dans une myopathie congénitale, le gène PYROXD1. Cependant, la base moléculaire responsable du déséquilibre à l'intérieur de la cellule reste incertaine et la relation entre le niveau histologique et les symptômes chez les patients n'est pas comprise. De plus, aucun traitement n'est disponible pour ces maladies. Au cours de ma thèse, j'ai centré mon travail sur l'utilisation du modèle de levure S. cerevisiae pour comprendre trois protéines associées au CNM : la myotubularine Mtm1, l'oxydoréductase Pyroxd1 et la dynamine Dnm2. Ces données révèlent qu’il est possible d’utiliser une simple cellule eucaryote afin d'élucider certains aspects moléculaires de ces protéines impliquées dans des maladies humaines. / Centronuclear myopathy (CNM) is a group of genetic disorders characterized at the histological level by nuclei at the center of the myofibers instead of the periphery. Mutations in three genes (MTM1, DNM2 and BIN1) are associated with this pathology. Recently the implication of a new gene has been revealed in a congenital myopathy, the PYROXD1 gene.However, the molecular basis responsible for the imbalance inside the cell remains unclear and the relation between the histological level and the symptoms in patients is not understood. Moreover, there is no treatment available for these diseases.During my thesis I have focused my work on using yeast S. cerevisiae model to understand three proteins associated to CNM: the myotubularin Mtm1, the oxidoreductase Pyroxd1 and the dynamin Dnm2. These data reveal that it is possible to use a single eukaryote cell to elucidate some molecular aspects of these proteins implicated in human disorders.

La première partie de ce travail a été consacrée à la synthèse d'analogues de la 22-hydroxyacuminatine, un alcaloïde isolé du camptotheca acuminata. L'approche développée est basée sur une réaction d'électrocyclisation ainsi que sur une condensation de Friedländer avec des o-aminocétones et o-aminobenzaldéhydes substitués. Les analogues synthétisés selon cette voie ont ensuite fait l'objet de tests biologiques. Dans la deuxième partie, nous avons développé une nouvelle voie d'accès à la camptothécine, sous sa forme racémique. Cet alcaloïde pentacyclique, également isolé du camptothéca acuminata, s'est avéré être un puissant anticancéreux agissant comme inhibiteur de la topoisomérase I. Les étapes-clé de notre approche font intervenir une cycloaddition [3+2] intramoléculaire, une oxydation benzylique et une condensation de Friedländer.

Ces travaux de thèse ont pour but l’étude théorique et la caractérisation d’interactions non-covalentes par des méthodes QCT (Quantum Chemical Topology), qui sont des outils interprétatifs de chimie quantique. Plusieurs interactions furent étudiées du point de vue de la densité électronique (calculs DFT), notamment des interactions intramoléculaires entre atomes halogènes ainsi que des liaisons halogène inter- et intramoléculaires. L’analyse topologique QTAIM complétée par la décomposition énergétique IQA (Interacting Quantum Atoms) nous a permis de dévoiler la nature physique des interactions étudiées, i.e. la part d’interaction électrostatique et la part d’échange (covalence). Il a été montré que l’échange tient un rôle majeur dans la stabilisation de telles interactions et permet de rationnaliser les différentes topologies observées en terme de compétition entre canaux d’échange primaires et secondaires. Aussi, la formation et la rupture d’une liaison hydrogène au cours de transferts de protons a été étudiée grâce à la décomposition de grandeurs globales (de DFTConceptuelle) en contributions monoatomiques ; le schéma de décomposition proposé se base sur la partition QTAIM et la décomposition énergétique IQA. Cette approche permet de suivre l’évolution, le long d’un chemin réactionnel, de la contribution de chaque atome à la réactivité du système. Une nouvelle façon de caractériser les barrières d’énergie potentielle et les états de transition a ainsi été proposée. / This work aims to theoretically investigate and characterize non-covalent interactions by means of Quantum Chemical Topology (QCT) methods, which are quantum chemistry interpretative tools. Several interactions were studied from the point of view of the electron density (DFT calculations), including intramolecular interactions between halogen atoms as well as inter- and intramolecular halogen bonds. The QTAIM topological analysis complemented by the Interacting Quantum Atoms (IQA) energy decomposition revealed the physical nature of those interactions, i. e. the part of electrostatics and the part of exchange (covalency). It has been shown that exchange plays a significant role in stabilizing such interactions and enables rationalizing the different topologies observed in terms of competition between primary and secondary exchange channels. Also, the formation and breaking of a hydrogen bond during proton transfer reactions has been analyzed by utilizing an atomic decomposition of global quantities (from Conceptual DFT), the new decompositionscheme being based on the QTAIM partition and the IQA energy decomposition. This approach allows following the contribution of every atom to the reactivity of the whole system along a reaction path, introducing a new way of characterizing energy barriers and transition.

Nombre de principes actifs rencontrent des problèmes liés à leur faible hydrosolubilité : mauvaise biodisponibilité, métabolisation désactivante, effets secondaires. Pour contourner ce problème, des polyélectrolytes amphiphiles aléatoires ont déjà été étudiés. S'ils ont amélioré la solubilité apparente de composés hydrophobes, ils étaient parallèlement toxiques ou non dégradables, donc non éliminables par l'organisme. Dans ce mémoire, nous présentons la synthèse de différentes malolactones substituées. La copolymérisation anionique par ouverture de cycle de ces lactones a permis d'obtenir une famille de polyanions amphiphiles aléatoires avec un taux d'hydrophobisation variable et contrôlé, et des chaînes latérales, aliphatiques ou aromatique, de différentes longueurs. Ces polymères augmentent la solubilité aqueuse apparente de composés hydrophobes. Lorsque le composé est cationique, une synergie entre interactions hydrophobes et électrostatiques a été mise en évidence. La solubilité apparente de molécules anti-infectieuses a ainsi pu être améliorée de plusieurs ordres de grandeur. Dans les conditions d'une administration intraveineuse (NaCl 9 g.L-1 et pH = 7,5), ces polymères forment préférentiellement des micelles intramoléculaires qui ne sont pas sensibles aux effets de dilution. Un tel système de transport de principes actifs ne produirait donc aucune libération prématurée. Ces polymères étant de plus dégradables, ils pourraient libérer le principe actif et seraient éliminables par l'organisme. Les polymères présentés dans ce manuscrit remplissent les principaux critères physico-chimiques pour former un système de transport de molécules actives. / Lots of drugs meet some problems because of their poor water-solubility : poor bioavailability, desactivating metabolization, side effects. To overcome these problems, some amphiphilic polyelectrolytes have already been studied. They increased the apparent water-solubility of hydrophobic compounds, but were toxic or not degradable, thus could not be eliminated from the body. In this work, we describe the synthesis of various substituted malolactones. Anionic ring opening copolymerization of these lactones yielded random amphiphilic polyanions with varying and controlled hydrophobization ratio and aliphatic and aromatic side chains with different lengths. These polymers increase the apparent water-solubility of hydrophobic compounds. A synergy between hydrophobic and electrostatic interactions has been demonstrated when the compound is cationic. The apparent solubility of anti-infectious drugs could thus be increased by several orders of magnitude. Under intravenous injection conditions (NaCl 9 g.L-1 and pH = 7,5), these polymers form preferentially intramolecular micelles, which are not sensitive to dilution effects. As a consequence, such a drug transport system would yield no premature release. Being also degradable, these polymers could release the drug and be eliminated from the body. They meet all main physico-chemical criteria to become a drug transport system.