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.

Les parasites protozoaires du genre Leishmania sont responsables de différentes pathologies et représentent une cause importante de morbidité et de mortalité au niveau mondial. En absence de vaccins, le contrôle de la leishmaniose repose sur l’administration d’agents chimiothérapeutiques. Les médicaments disponibles sont peu nombreux et la plupart d’entre eux sont associés à des facteurs limitants, comme une toxicité relative à leur administration ou un coût trop élevé pour être utilisés de routine au niveau des zones endémiques les plus pauvres. Les composés à base d’antimoine pentavalent sont utilisés en thérapie depuis plusieurs décennies et demeurent encore aujourd’hui un traitement de première ligne contre les différentes formes de leishmanioses. Cependant, l’augmentation du nombre d’infections réfractaires au traitement, associée à la présence de foyers épidémiques de résistance, amenuisent le potentiel thérapeutique de ces molécules. Les mécanismes impliqués dans la résistance sont partiellement élucidés et ont révélé l’importance de la famille des protéines ATP-binding cassette (ABC) dans la résistance. De plus, l’étude de mutants résistants sélectionnés en laboratoire indique la présence de mécanismes de résistance supplémentaires, pour lesquels les gènes impliqués n’ont pas encore été identifiés. Les objectifs de cette thèse étaient i) de définir la famille des protéines ABC chez Leishmania et d’en effectuer l’analyse phylogénique, pour ensuite ii) étudier l’implication de la sous-famille ABCC dans la résistance à l’antimoine chez ce parasite, et finalement iii) de profiter de la disponibilité de la séquence du génome de Leishmania pour évaluer le profil d’expression génique associé au phénotype de résistance à l’antimoine à l’échelle génomique. L’analyse phylogénique a d’abord permis de démontrer la diversité de la famille des protéines ABC chez Leishmania, qui semble avoir évoluée par des événements de duplication génique suite à la divergence évolutive du parasite. Ensuite, des études de localisation protéique, associées à des expériences de surexpression génique, ont permis de déterminer la localisation intracellulaire de l’ensemble des protéines appartenant à la sous-famille ABCC chez Leishmania et de démontrer l’implication de deux d’entre elles dans la résistance à l’antimoine chez ce parasite. Enfin, une étude transcriptomique a confirmé l’importance du gène MRPA dans la résistance à l’antimoine et a permis d’identifier les mécanismes de recombinaison homologue impliqués dans son amplification chez une souche de L. infantum hautement résistante. Finalement, l’analyse transcriptomique a également révélé la présence de chromosomes aneuploïdes chez différents mutants résistants à l’antimoine, alors que la sélection d’une souche révertante partielle a permis d’observer une bonne corrélation entre les niveaux de résistance et le nombre de copies des chromosomes aneuploïdes. / The parasite Leishmania is responsible for considerable morbidity and mortality around the world. No effective vaccine is yet available against this parasite and treatment thus relies on chemotherapy. Few drugs are available and most of them are associated with limitations such as toxicity and high cost. Pentavalent antimonials have been used for decades in the treatment of leishmaniasis and remain the mainstay against all forms of Leishmania infections in most endemic regions. However, the efficacy of these compounds is compromised by the selection of resistant parasites that are now described on a frequent basis in several endemic regions. The mechanisms involved in antimony resistance are partly understood and have pinpointed the role of ATP-binding cassette (ABC) proteins. Moreover, drug resistance studies with different in vitro-selected mutants have suggested the presence of unidentified mechanisms involved in antimony resistance. The objectives of this thesis were i) to define the complete ABC protein family in Leishmania and to analaze their evolution by phylogenetic analyses, ii) to assess the role of the entire ABCC subfamily in antimony resistance, and iii) to take advantage of the availability of the Leishmania genome sequence to study the gene expression profile associated with an antimony resistance phenotype at the genomic level. Phylogenetic analyses revealed the magnitude of the ABC gene family in Leishmania, which seemed to have undergone gene duplication events following the divergence of the Leishmania lineage. Moreover, subcellular localization experiments indicated that the entire ABCC protein subfamily is located to intracellular compartments in Leishmania, and gene overexpression experiments revealed the involvement of two of these proteins in antimony resistance. Finally, a whole-genome transcriptomic study confirmed the involvement of MRPA in antimony resistance and revealed the recombination events associated with its amplification in the highly resistant L. infantum Sb2000.1 mutant. More importantly, the transcriptomic study revealed the presence of aneuploid chromosomes in at least two different antimony-resistant mutants and selection of a partial revertant strain allowed the observation of a good correlation between the antimony resistance levels and the copy number of the aneuploid chromosomes.

Titre de l'écran-titre (visionné le 15 décembre 2023)

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / La leishmaniose est la maladie parasitaire la plus mortelle après le paludisme et il n'existe pas de vaccin chez l'homme. Des traitements sont actuellement disponibles, mais ils sont coûteux, présentent des effets secondaires non négligeables, sont peu spécifiques et des résistances émergent. Les principales molécules utilisées sont les dérivés d'antimoine pentavalent, l'amphotéricine B, la miltefosine et la paromomycine. Découvrir de nouvelles molécules, préciser le mécanisme d'action des molécules anti-leishmania connues et plus généralement étudier la résistance est donc essentiel dans la lutte contre la leishmaniose. Ceci permettra d'améliorer l'utilisation des drogues, de minimiser l'apparition de résistances et de préciser les mécanismes employés par les parasites. Dans la cadre de cette thèse, mes objectifs étaient de déterminer le potentiel thérapeutique de molécules en développement ainsi que d'élucider les mécanismes de résistance et les cibles de médicaments connus ou en développement chez Leishmania. Dans le Chapitre 1 j'ai étudié le potentiel thérapeutique de trente-huit nouveaux composés thiophène. Une sélection de mutants couplée au séquençage haut débit (Sel-seq) criblée avec le candidat GC1-19, ayant une activité plus spécifique contre L. infantum JPCM5, a permis de mettre en évidence une conversion génique au niveau du locus ABCG2, impliquée dans la résistance. L'étude de cette molécule par clonage fonctionnel couplé au séquençage haut débit (Cos-seq) a démontré que la surexpression d'une tryparédoxine peroxydase est responsable d'une faible résistance au composé GC1-19. Les dérivés thiophènes sont donc des constructions d'intérêt pour le développement de médicaments contre la leishmaniose et les criblages Sel-seq et Cos-seq sont efficaces pour déterminer quels sont les gènes impliqués dans la résistance. Afin de mieux comprendre le métabolisme des folates, j'ai réalisé une mutagenèse chimique couplée au séquençage haut débit (Mut-seq) de L. major Friedlin avec une sélection au méthotrexate (MTX) (Chapitre 2). Vingt clones ayant une diminution de la susceptibilité au MTX de 2 à 400 fois ont été séquencés. Des mutations récurrentes ont été observés dans des gènes connus pour être impliqués dans le métabolisme des folates, dont les gènes FT1, DHFR-TS et PTR1, ou dans des gènes qui n'avaient jamais été associés au métabolisme des folates comme la L-galactolactone oxidase et une méthyltransférase. Pour la première fois, j'ai mis en évidence des mutations ponctuelles et des évènements de conversion géniques dans FT1, ainsi que des mutations ponctuelles dans DHFR-TS qui confèrent de la résistance au MTX. J'ai également démontré un effet dominant positif de deux mutations dans PTR1 ainsi que d'une mutation dans DHFR-TS. La sur-expression des versions sauvages de la L-galactolactone oxidase et d'une méthyltransférase dans les mutants appropriés les resensibilise au MTX. Le Mut-seq a également montré son efficacité lorsqu'il est couplé à une sélection avec du SbIII (Chapitre 4). Il a permis de mettre enévidence la kinase CDPK1, impliquée à la fois dans la résistance à la PMM et au SbIII. Son inactivation partielle confère de la résistance au SbIII et il reste à déterminer si les mutations ponctuelles retrouvées sont responsables de la résistance observée. Ces études montrent l'importance de l'utilisation de nouveaux criblages fonctionnels, ici le Mut-seq, pour découvrir de nouveaux gènes ayant un lien avec la résistance ainsi que de nouveaux mécanismes employés par le parasite au niveau de gènes déjà associés à la résistance. Le transporteur AdoMet et les transporteurs de folate FT1 et FT5, des transporteurs membranaires de la famille des FBTs localisés sur le chromosome 10, ont été caractérisé fonctionnellement. Dans le Chapitre 3, la totalité de ce locus ainsi qu'un FBT sur le chromosome 19 ont été étudié par délétion génique et expériences de localisation cellulaire. La délétion du locus du chromosome 10, contenant 7 gènes FBT, confère de la résistance à la sinefungine et au MTX. Six de ces protéines sont situées au niveau de la membrane plasmique, tout comme le FBT présent sur le chromosome 19. La délétion de ce dernier n'impacte pas la susceptibilité au MTX. Ensemble, ces travaux de recherche montrent l'efficacité et la complémentarité des criblages génomiques Sel-seq, Mut-seq et Cos-seq pour découvrir de nouveaux mécanismes de résistance et des cibles cellulaires. Ces criblages ont montré leur utilité aussi bien en réalisant la sélection avec un médicament utilisé contre la leishmaniose en thérapie, les antimoniés, mais aussi avec un médicament utilisé contre d'autres maladies, le MTX, ou encore lors de sélections avec des composés en développement comme les dérivés thiophènes. / Discovering new molecules, clarifying the mechanism of action of known anti-leishmanial molecules and more generally studying resistance are therefore essential in the fight against leishmaniasis. This will make it possible to improve the use of drugs, reduce the appearance of resistance and clarify the mechanisms deployed by the parasites. As part of this thesis, my objectives were to determine the therapeutic potential of molecules in development as well as to elucidate the resistance mechanisms and targets of drugs known or in development against Leishmania.In Chapter 1, I studied the therapeutic potential of thirty-eight new thiophene compounds. A Sel-seq screen with the candidate GC1-19, being more active against L. infantum JPCM5, made it possible to highlight a gene conversion event at the ABCG2 locus, involved in resistance. The study of this molecule by Cos-seq screening demonstrated that the overexpression of a tryparedoxin peroxidase is responsible for low resistance to the compound GC1-19. Thiophene derivatives are therefore scaffolds of interest for the development of drugs against leishmaniasis and Sel-seq and Cos-seq screens are effective in determining which genes are involved in resistance.In order to better understand folate metabolism, I performed a Mut-seq screen coupled with methotrexate (MTX) selection in L. major Friedlin (Chapter 2). Twenty clones with a 2- to 400-fold decrease in MTX susceptibility were sequenced. Recurrent mutations have been observed in genes known to be involved in folate metabolism, including the FT1, DHFR-TS and PTR1 genes, or in genes previously not associated with folate metabolism such as Lgalactolactone oxidase and a methyltransferase. For the first time, I demonstrated point mutations and gene conversion events in FT1, as well as point mutations in DHFR-TS that confer resistance to MTX. I also demonstrated a dominant positive effect of two mutations in PTR1 as well as one mutation in DHFR-TS. Overexpression of wild-type versions of Lgalactolactone oxidase and a methyltransferase in the appropriate mutants resensitize them to MTX. Mut-seq has also shown its effectiveness when coupled with selection with SbIII (Chapter 4). It made it possible to highlight the CDPK1 kinase, involved in both resistance to paromomycin and SbIII. Its partial inactivation confers resistance to SbIII and it remains to be determined whether the point mutations found are responsible for the observed phenotype. These studies show the importance of using new functional screens, here Mutseq, to discover new genes linked to resistance as well as new mechanisms used by the parasite at the level of genes already associated with resistance.The AdoMet transporter and the folate transporters FT1 and FT5, as well as other membrane transporters of the FBT family located on chromosome 10, were functionally characterized. In Chapter 3, this entire locus as well as an FBT on chromosome 19 were studied by gene deletion and cellular localization experiments. Deletion of the chromosome 10 locus, containing 7 FBT genes, confers resistance to sinefungin and MTX. Six of these proteins are located at the plasma membrane, similarly to the FBT gene product encoded on chromosome 19. Deletion of the latter does not impact susceptibility to MTX.Together, this research shows the effectiveness and complementarity of Sel-seq, Mut-seq and Cos-seq genomic screens to discover new resistance mechanisms and cellular targets. These screenings have shown their usefulness both by carrying out selection with a drug used against leishmaniasis in therapy, antimonials, but also with a drug used against other diseases, MTX, or even during selections with compounds in development such as thiophene derivatives.

Le projet de maîtrise consistait à développer une base de données (BD) sur la résistance bactérienne aux antibiotiques et de l’utiliser dans les analyses bio-informatiques de deux projets de génomiques. La BD MERGEM (« Mobile Elements and Resistance Genes Enhanced for Metagenomics ») mettait l’emphase sur la bonne nomenclature des gènes et la fiabilité de l’annotation de leurs séquences, qui s’avère un réel problème dans les BD publiques en biologie. La BD MERGEM mit aussi de l’avant l’utilisation de technologies du Web sémantique et de développementWeb pour enrichir et publier son contenu. De plus, un pipeline bio-informatique d’annotations fonctionnelles fut réalisé dans le but de correctement identifier les éléments de MERGEM et leur contexte génomique dans deux projets de séquençages importants : 264 métagénomes du microbiote intestinale et 390 génomes de Pseudomonas aeruginosa. Les résultats démontrent l’utilité de développer des BD spécialisées en génomique. / The current Master’s project consist of the development of a database (DB) on bacterial antibiotic resistance and its use in bioinformatic analyses for two major genomic projects. The DB is called MERGEM (Mobile Elements and Resistance Genes Enhanced for Metagenomics) and puts a particular emphasis on a good genes nomenclature and the reliability of the annotation of their sequences, which is a real problem in biological public databases. The MERGEM database also adopts technologies of the SemanticWeb and utilizesWeb development to enrich and publish its content. Furthermore, a bioinformatic annotation pipeline was developed in order to correctly identify MERGEMs’ genes and their contexts in two important sequencing projects : one with 264 metagenomes from the human gut microbiome and another one consisting of 390 Pseudomonas aeruginosa genomes. The results of this project proves the usefulness of specialized databases in genomic studies.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Le polyéthylène glycol (PEG) est un polymère reconnu comme généralement sécuritaire (GRAS) et son utilisation est très répandue dans plusieurs domaines, dont celui de la pharmaceutique. Ce polymère peut être conjugué à des protéines ou des vecteurs pharmaceutiques transportant des médicaments afin de prolonger le temps de circulation dans l'organisme. Bien que le PEG ait été considéré comme non immunogène, des études récentes montrent qu'environ 20 à 70 % de la population possèdent des anticorps capables de reconnaitre le polymère. Par un effet neutralisant, ces anticorps anti-PEG pourraient réduire l'efficacité et le temps de circulation de certains médicaments PEGylées. Ces travaux s'intéressent à comprendre les mécanismes derrière la réponse immunitaire anti-PEG des vecteurs pharmaceutiques et plus particulièrement des nanoparticules de polymère composé de PLGA-PEG. Notre hypothèse est que ces nanoparticules de polymère causent la production d'anticorps anti-PEG initier à l'aide de la cascade du complément. Lors de ces travaux, des anticorps anti-PEG étaient mesurés après sept jours, peu importe la voie d'administration des nanoparticules. L'isotype des anticorps dirigés contre le PEG mesuré est majoritairement des IgM. Les anticorps anti-PEG en circulation réduisent le temps de circulation de différentes architectures PEGylées, dont les nanoparticules et les liposomes. La présence des anticorps IgM anti-PEG altère les protéines retrouvées à la surface des nanoparticules. Des souris splénectomisées ont été utilisées dans plusieurs expériences afin d'investiguer le rôle de la rate dans la production des anticorps anti-PEG après l'administration de nanoparticules. Chez les souris qui ne possédaient pas de rate, la production des anticorps anti-PEG était abrogée lorsque les nanoparticules étaient administrées par voie intraveineuse. Par voie d'injection sous-cutanée, une petite quantité d'anticorps anti-PEG était mesurée après sept jours dans le plasma des souris splénectomisées. Ensuite, deux modèles de souris avec une cascade du complément abrogé (CVF) ou absence (C3[exposant -/-]) ont été utilisés pour investiguer le rôle de la cascade du complément sur la production des anticorps anti-PEG. La cascade du complément semble impliquée dans la production des anticorps anti-PEG lorsque les nanoparticules sont administrées par voie intraveineuse. Lors d'une injection sous-cutanée des nanoparticules, la concentration IgM anti-PEG mesurée après 7 jours est similaire entre le groupe témoin et le groupe ne possédant pas de cascade du complément active. Finalement, des études en cytométrie en Flux avec des nanoparticules fluorescente administrée à des souris avec et sans complément nous ont permis d'identifier l'importance des protéines du complément sur l'interaction entre les cellules immunitaires et les nanoparticules. Les protéines du complément à la surface des nanoparticules semblent favoriser leur interaction avec les lymphocytes B splénique. Les protéines du complément ne semblent pas changer l'interaction des nanoparticules avec les cellules B des ganglions lymphatiques après une administration sous-cutanée. Ces résultats suggèrent que le différent mécanisme est impliqué lors de la production des anticorps anti-PEG, selon la route d'administration des nanoparticules. Des études supplémentaires sont requises pour comprendre les effets de ces anticorps anti-PEG en clinique. / Polyethylene glycol (PEG) is a polymer recognized as generally safe (GRAS) and its use is widespread in several fields. This polymer can be conjugated to proteins or pharmaceutical carriers carrying drugs to prolong circulation time in the body. Although PEG has been considered as non-immunogenic, recent studies show that approximately 20-70% of the population have antibodies that can recognize the polymer. Through a neutralizing effect, these anti-PEG antibodies could reduce the effectiveness and circulation time of certain PEGylated drugs. This work focuses on understanding the mechanisms behind the anti-PEG immune response of pharmaceutical vectors and more particularly of polymer nanoparticles composed of PLGA-PEG. Our hypothesis is that these polymer nanoparticles cause the production of anti-PEG antibodies to initiate with the help of the complement cascade. During this work, anti-PEG antibodies were measured after 7 days, regardless of the route of administration of the nanoparticles. The isotype of the antibodies directed against the PEG was IgM. Anti-PEG antibodies in circulation reduce the circulation time of different PEGylated architectures including nanoparticles and liposomes. The presence of anti-PEG IgM antibodies alters the proteins found on the surface of the nanoparticles. In addition, anti-PEG antibodies promote the activation of the complement cascade which helps eliminate subsequent doses of nanoparticles. Splenectomized mice have been used in several experiments to investigate the role of the spleen in the production of anti-PEG antibodies after the administration of nanoparticles. In mice without a spleen, the production of anti-PEG antibodies was abrogated when the nanoparticles were administered intravenously. By subcutaneous injection, a small quantity of anti-PEG antibodies were measured after seven days in the plasma of splenectomized mice. Two mouse models with an abrogated complement cascade (CVF) or absence (C3[superscript -/-]) were used to investigate the role of the complement cascade on the production of anti-PEG antibodies. The complement cascade seems to be involved in the production of anti-PEG antibodies when the nanoparticles are administered intravenously. During a subcutaneous injection of the nanoparticles, the anti-PEG IgM concentration measured after 7 days is similar between the control group and the group without an active complement cascade. Finally, Flow cytometry studies with fluorescent nanoparticles administered to mice with and without complement allowed us to identify the importance of complement proteins on the interaction between immune cells and nanoparticles. Complement proteins on the surface of the nanoparticles appear to promote their interaction with splenic B lymphocytes. The complement deposited on the nanoparticles does not appear to direct their interaction with the B cells of the lymph nodes after subcutaneous administration. These results suggest that different mechanisms are involved in the production of anti-PEG antibodies, depending on the route of administration of the nanoparticles. Further studies are required to understand the effects of these anti-PEG antibodies in the clinic.

Le glaucome est la seconde cause de perte de vision dans le monde. L’augmentation de la pression intraoculaire constitue un important facteur de risque associé au glaucome. Actuellement, des médicaments permettant de réduire la pression intra-oculaire sont administrés chez les patients présentant une pression intraoculaire élevée. De plus, seule une petite fraction des médicaments (<0,06%) peuvent atteindre leurs sites d’action dans la chambre antérieure de l’oeil. En effet, le film précornéen ainsi que le drainage lacrymal rapide empêchent la pénétration du médicament dans l’oeil. Pour résoudre ce problème majeur en ophtalmologie, nous proposons d’utiliser des nanoparticules d’or. Notre hypothèse est que les nanoparticules d’or sont mucoadhésives et relarguerons plus lentement leur contenu médicamenteux dans la cornée, augmentant ainsi le temps de résidence des molécules administrées. Cela permettrait d’augmenter l’efficacité du traitement. Objectifs : Dans un premier temps, plusieurs nanoparticules d’or stables et biocompatibles ont été synthétisées. Ensuite, leurs propriétés mucoadhésives et d’encapsulation ont été étudiées. Finalement, les nanoparticules produites ont été testées dans un modèle de souris in vivo en comparaison avec le travoprost. Matériels et méthodes : Plusieurs différents types de nanoparticules ont été synthétisées en utilisant une méthode de Brust modifiée dans laquelle un mélange de solvants contenant de l’acétonitrile permet au polymère de bien stabiliser la nanoparticule en formation. Les nanoparticules sont stabilisées par des polyéthylènes glycol (PEG) de différents poids moléculaires : 800, 2000 et 6000 Da. Les nanoparticules sont caractérisées par spectroscopie UV visible, diffusion dynamique de la lumière, microscopie électronique en transmission et analyse élémentaire. Un médicament couramment utilisé dans le traitement du glaucome, le travoprost (TV), a été encapsulé dans les nanoparticules d’or (GNP) en chauffant le mélange pour évaporer le solvant contenant le travoprost et forcer le médicament à s’insérer dans les cavités à la fois hydrophiles et hydrophobes formées par la couronne de PEG. L’encapsulation a ensuite été évaluée par spectroscopie UV-visible et chromatographie en phase liquide à haute performance. La mucoadhésion a été évaluée par spectrométrie de fluorescence. Enfin, un modèle de glaucome utilisant des injections de microbilles chez la souris a été utilisé pour comparer le temps d’action du travoprost utilisé en clinique et notre solution de GNP médicalisée. Résultats : Le diamètre du coeur métallique des GNP est de 2,2 nm à 5,2 nm et le diamètre hydrodynamique a été mesuré entre 8,5 et 18,9 nm, selon la méthode de synthèse et le PEG qui a été utilisé. Il a aussi été observé qu’une petite quantité de GNP (77 pmol) peut encapsuler 0,004% travoprost (concentration utilisée sur le marché). De plus, 77 pmol de GNP réduisent de 17% à 27% la fluorescence des mucines en fonction du PEG utilisé, suggérant la possibilité de l’adhésion aux muqueuses comme la cornée. En fonction du protocole développé, le travoprost du marché semble avoir une durée d’action supérieure à celle des solutions médicamenteuses de GNP préparées. Conclusion : Nos résultats montrent que les GNP peuvent efficacement encapsuler le TV et interagir avec les mucines. Plus d’analyses sont nécessaires pour comprendre les résultats inattendus obtenus in vivo. Les propriétés de mucoadhésion des GNP pourraient éventuellement mener à l’amélioration de l’efficacité des traitements pharmacologiques dans une gamme étendue de maladies ophtalmiques. / Glaucoma is the second cause of blindness worldwide. Elevated intraocular pressure (IOP) is the highest risk factor associated with glaucoma. Currently, hypotensive drugs can be administered topically to decrease the elevated IOP in patients. However, only a small fraction of the drugs (<0.06%) can reach their site of action in the anterior chamber of the eye. The corneal barrier and rapid drainage prevent drug penetration in the eyeball. To solve this major issue in ophthalmology, we propose to use gold nanoparticles (GNP). Our hypothesis suggests that GNP can be mucoadhesive and thus increase the residence time of glaucoma medication on the cornea, leading to the improvement of the drug efficacy. Objective: Firstly, several biocompatible and stable GNP will be synthesized. Secondly, their mucoadhesion and encapsulation properties will be studied. Lastly, the prepared medicated GNP will be analyzed in vivo with a mouse model, in comparison with marketed travoprost formulation. Methodology: Several GNP were synthesized using a modified one-step Brust method. The modification involves the use of acetonitrile to stabilize GNP during polymer capping. GNP were capped with thiolated polyethylene glycol (PEG) of different lengths: 800, 2000 and 6000 Da. GNP were then characterized by UV-visible spectroscopy, dynamic light scattering, transmission electron microscopy and elemental analysis. A commonly used glaucoma medication, travoprost (TV), was encapsulated in the GNP by heating the mixture to remove TV solvent and entrapping the drug in the PEG hydrophobic pockets. The encapsulation was thus evaluated by UV and high-performance liquid chromatography. Mucoadhesion was evaluated by spectrofluorimetry. A microbead injection glaucoma model was used to compare the duration of action of the marketed travoprost and the medicated GNP solution. Results: The core diameter of GNPs were found to be 2.2 nm to 5.2 nm whereas the hydrodynamic size was found to be between 8.5 and 18.9 nm depending on the PEG used. It was also found that as little as 77 pmol of GNP can encapsulate 0.004% travoprost (marketed concentration). Moreover, 77 pmol of GNPs quenched by 17% to 27% mucins fluorescence depending on the PEG used, thus suggesting their possible binding to mucosae such as the cornea. According to the developed protocol, marketed travoprost appears to have a longer duration of action than the prepared medicated GNP. Conclusion: Our results show that GNP can efficiently encapsulate TV and interact with mucins. More analysis is needed to understand the unexpected in vivo results. The mucoadhesive properties of GNP could lead to the improvement of the efficacy of pharmacological treatments in a large spectrum of ophthalmic diseases.

Nous avons étudié la régulation par les stéroïdes de la prolifération des cellules de la lignée de cancer du sein humain ZR-75-1. Les stéroïdes C l9~A5 surrénaliens exercent une action estrogénique chez ces cellules dont le A s-androstène-3p,17f}-diol (A5-diol) semble être l'unique agent responsable . Les stéroïdes C lg-A5 surrénaliens, et en particulier le A 5-diol, sont estérifiés à des acides gras à chaîne longue qui conduisent à la séquestration intracellulaire de ces stéroïdes, et représentent la forme majeure sous laquelle on les retrouve chez les cellules ZR-75-1. Les androgènes inhibent fortement la prolifération de cette lignée via leur interaction avec le récepteur des androgènes et antagonisent l'effet mitogénique des estrogènes. Une partie de ce dernier effet peut être attribué à la suppression observée de l'expression du récepteur des estrogènes par l'activité spécifique des androgènes. L'interaction des progestatifs avec les récepteurs de la progestérone conduit à une inhibition de l'effet mitogénique des estrogènes et à une augmentation des récepteurs de l'insuline chez les cellules ZR-75-1, et l'insuline renverse complètement ces effets à des concentrations physiologiques. Les progestatifs synthétiques exercent tous une action androgénique plus ou moins marquée sur les cellules ZR-75-1 accompagnée d'un potentiel antiandrogénique inversement proportionnel. L'activité progestative propre de ces composés est inversement proportionnelle à leur activité androgénique, possiblement à cause de la suppression du récepteur de la progestérone par la composante androgénique. Ces ‘stéroïdes exercent aussi des effets antiprolifératifs spécifiquement dûs à leur interaction avec le récepteur des glucocorticoïdes. La noréthindrone et le norgestrel, deux progestatifs synthétiques utilisés pour la contraception orale, ont en plus un potentiel estrogénique probablement dû à une activation métabolique. Chez les cellules ZR-75-1, 1'antiestrogène stéroïdien ICI164384 exerce des effets purement antagonistes alors que deux antiestrogènes non stéroïdiens différents ont une activité agoniste partielle. L'interaction de l'ICI164384 avec le récepteur des estrogènes est rapidement réversible, contrairement à celle observée avec les antiestrogènes non stéroïdiens.

L'introduction délibérée dans l'air de microorganismes pathogènes représente une menace. Parmi les armes bactériologiques les plus craintes, on retrouve les spores de Bacillus anthracis. La possibilité de faire face à des souches de B. anthracis, porteuses de résistances aux antibiotiques, est bien réelle. Le but du projet est de développer une méthode rapide de détection des résistances aux antibiotiques pour les spores de Bacillus sp. Cette méthode doit pouvoir être utilisée avec un système de détection permettant une analyse cellule par cellule. Les techniques de FISH (Fluorescent In Situ Hybridization) et de PCR in situ sont appropriées dans cette situation. Présentement, le seul protocole de perméabilisation des spores de Bacillus sp. pour la détection in situ nécessite trois jours. Les objectifs spécifiques de cette thèse étaient de (i) développer un protocole de perméabilisation rapide des spores permettant de faire du FISH et (ii) développer des méthodes in situ afin de détecter des séquences de gènes de résistance aux antibiotiques d'origines plasmidique et chromosomique. Deux approches ont été utilisées pour perméabiliser les spores soit la germination rapide et la perméabilisation directe. Ensuite, les techniques d'amplification enzymatique du signal FISH et de PCR in situ ont été mises au point pour les spores. Des souches simulantes nonpathogènes de B. anthracis, soit B. aetropheus et B. cereus ATCC 14579 ont été utilisées comme modèle pour les expériences. La germination rapide des spores permet une détection par FISH en moins de deux heures comparativement à la perméabilisation directe des spores qui permet une détection en moins d'une heure. Les techniques d'amplification enzymatique du signal FISH et le PCR in situ ont permis la détection du gène de résistance au chloramphénicole présent sur le plasmide à haute copie pC 194. Le PCR in situ a permis la détection du gène de résistance à l'érythromycine porté par le plasmide à faible copie pMTL ainsi que d'une mutation, d'origine chromosomique, responsable de la résistance à la rifampicine. Cette thèse démontre qu'il est possible de détecter, directement dans la spore de Bacillus sp., des gènes de résistance aux antibiotiques, même s'ils sont présents en faible nombre de copies.

La structure des ADN polymérases (pol) du cytomégalovirus humain (CMV) et du virus herpès simplex 1 (VHS-1), appartenant tous deux à la famille des Herpesviridae, est associée à la forme d'une main droite comportant entre autres les domaines de la paume, du pouce et des doigts. L'ADN pol adopte différentes conformations (ouverte et fermée) impliquant un mouvement du domaine des doigts dans le but de faciliter l'interaction entre le nucléotide et l'ADN en cours d'élongation. Il a été montré que l'antiviral foscarnet (FOS) qui cible l'ADN pol du CMV et du VHS-1 se lierait à l'enzyme quand elle est dans sa conformation fermée et que des mutations dans le domaine des doigts conférant la résistance à cet antiviral favoriseraient une conformation plus ouverte de l'enzyme pour laquelle le FOS a une affinité plus faible. Nous avons voulu analyser si cette hypothèse s'appliquait également à des mutations qui sont localisées dans des régions du domaine NH₂-terminal et de la paume qui interagissent avec le domaine des doigts lors des changements de conformation de l'enzyme au cours de la réaction de polymérisation. Notre hypothèse est que des mutations localisées dans l'hélice K (domaine NH₂-terminal) et la région II (domaine de la paume) qui participent aux changements de conformation de l'enzyme pourraient favoriser une conformation plus ouverte des ADN pol virales, et par conséquent, réduire la sensibilité des virus au FOS. Nous avons donc sélectionné des substitutions théoriques en utilisant une stratégie basée sur l'alignement des séquences en acides aminés des ADN pol du CMV et du VHS-1 (sensibles au FOS) avec celles des bactériophages RB69 et T4 (résistantes au FOS). Nous avons tenté de générer les virus recombinants CMV et VHS-1 possédant les différentes substitutions théoriques sélectionnées. Cependant, l'introduction de certaines substitutions [Q578P, R581T, L587F (hélice K), P712Y, F718L (région II) pour le CMV et Q617P, R620T, L626F (hélice K), F718L (région II) pour le VHS-1] étaient délétères pour les ADN pol, ce qui empêchait les virus recombinants de se répliquer en culture cellulaire. Parmi les substitutions sélectionnées dans l'hélice K, la substitution I619K confère une résistance du VHS-1 au FOS. Au sein de l'hélice K, nous avons également caractérisé la substitution théorique Q579I qui conférait une hypersensibilité du CMV au FOS. Nous avons caractérisé cette substitution en la comparant à la mutation K805Q localisée dans l'hélice P (domaine des doigts) déjà connue pour induire une hypersensibilité du CMV au FOS. Dans la région II, les substitutions V715S et A719T confèrent une résistance des deux virus au FOS. La substitution Q697P du CMV confère une résistance du CMV au FOS mais pas pour le VHS-1. Les profils de sensibilité des virus recombinants au FOS ont également été confirmés par des tests enzymatiques dans lesquels nous avons déterminé l'inhibition de l'activité des ADN pol recombinantes mutées par cet antiviral. Nous avons également constaté une diminution des capacités réplicatives des CMV et VHS-1 recombinants possédant ces substitutions par rapport à celle des virus sauvages correspondants. Des analyses tri-dimensionnelles ont été réalisées et ont suggéré que les substitutions conférant une résistance au FOS seraient associées à une déstabilisation de la conformation fermée des ADN pol et favoriseraient une conformation plus ouverte pour laquelle l'antiviral a une plus faible affinité. D'autre part, les modélisations tri-dimensionnelles des protéines possédant les substitutions conférant une hypersensibilité au FOS ont montré que les ADN pol favorisaient une conformation plus fermée pour laquelle le FOS a une plus grande affinité. La caractérisation de la substitution théorique V715S du CMV et du VHS-1 (FOSᴿ/GCVᴿ et FOSᴿ/ACVᴿ, respectivement) a été comparée aux substitutions V715G du VHS-1 (FOSᴿ/ACVᴿ), V715M du CMV et du VHS-1 (FOSᴿ/GCV[exposant S] et FOS[exposant S]/ACVᴿ, respectivement), déjà décrites dans la littérature. Brièvement, nous avons montré que l'introduction de ces différentes substitutions induisaient des changements au niveau de l'environnement hydrophobe de la valine à la position 715 influençant ainsi les phénotypes de sensibilité aux antiviraux observés. L'ensemble de ces résultats nous ont permis d'appuyer notre hypothèse selon laquelle les mutations localisées dans l'hélice K et la région II peuvent influencer la sensibilité des virus au FOS en modifiant la structure de la protéine et en interférant avec les changements de conformation de l'enzyme. / The structure of the human cytomegalovirus (HCMV) and herpes simplex virus 1 (HSV-1) DNA polymerase (pol), belonging to the Herpesviridae family, is associated to a right hand with palm, thumb and fingers domains. The viral DNA pol adopts different conformations (open and closed) that implies a move of the fingers domain to facilitate the interaction between the nucleotide and the elongating DNA. It has been shown that the antiviral foscarnet (FOS) which targets the HCMV and HSV-1 DNA pol binds to the enzyme in its closed conformation and mutations confering resistance to this antiviral and localised in the fingers domain would favor a more open conformation of the enzyme for which FOS has a lower affinity. The aim of this thesis was to analyse whether this hypothesis could be extended to mutations localised in the NH₂-terminal and the palm domains which interact with the fingers domain during the conformational changes of the enzyme during the polymerization process. Our hypothesis is that mutations localized in the helix K (NH₂-terminal domain) and region II (palm domain) that participate in the conformational changes of the enzyme could favor a more open conformation of the viral DNA pol, and thus, decrease the susceptibility of viruses to FOS. We selected theoretical substitutions using a strategy based on amino acid sequences alignement of the DNA pol of HCMV and HSV-1 (susceptible to FOS) with those of RB69 and T4 bacteriophages (naturally resistants to this antiviral). We tried to generate recombinant HCMV and HSV-1 containing the different theoretical substitutions that we selected. However, the introduction of some theoretical substitutions [Q578P, R581T, L587F (helix K), P712Y, F718L (region II) for HCMV and Q617P, R620T, L626F (helix K), F718L (region II) for HSV-1] was so detrimental for the DNA pol that recombinant viruses were not able to grow in cell culture. Among the substitutions selected in the helix K, the substitution I619K confers resistance of HSV-1 to FOS. In the helix K, we also characterized the theoretical Q579I substitution that confers hypersusceptibility of HCMV to FOS. We compared this substitution with the K805Q substitution located in the helix P (fingers domain), already known to induce hypersusceptibility of HCMV to FOS. In region II, substitutions V715S and A719T confer resistance of both viruses to FOS whereas the Q697P substitution was associated with resistance of HCMV to FOS but not for HSV-1. The susceptibility profiles of recombinant viruses to FOS were confirmed by enzymatic assays that allowed us to determine the inhibition of the recombinant mutated DNA pol activity by this antiviral compound. We observed a decrease of the replicative capacities of recombinant HCMV and HSV-1 harboring these mutations compared to their wild-type counterparts. Tri-dimensional modeling was also performed to better understand the impact of these substitutions on the DNA pol of HCMV and HSV-1. On the one hand, substitutions confering resistance to FOS were associated to a destabilization of the closed conformation of the DNA pol and would favor a more open conformation for which the antiviral has a lower affinity. On the other hand, substitutions associated to a hypersusceptibility profile would favor a more closed conformation of the DNA pol for which FOS has a higher affinity. The characterization of the theoretical substitution V715S of HCMV and HSV-1 (FOSᴿ/GCVᴿ and FOSᴿ/ACVᴿ, respectively) was compared to the substitutions V715G of HSV-1 (FOSᴿ/ACVᴿ), V715M of HCMV and HSV-1 (FOSᴿ/GCV[superscript S] and FOS[superscript S]/ACVᴿ, respectively), already described in the literature and that were, thus, associated with different antiviral susceptibility phenotypes compared to those of V715S. Briefly, we showed that the introduction of these different substitutions could induce varying changes of the hydrophobic environment of the valine at position 715 influencing the antiviral susceptibility profile. Altogether, these results support our hypothesis that substitutions in helix K and region II could influence the susceptibility of HCMV and HSV-1 to FOS by modifiying the protein structure and impacting the correct conformational changes of the enzyme.