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

Des niveaux appréciables de glyphosate, l'herbicide le plus utilisé mondialement, et de ses principaux métabolites, les acides aminométhylphosphonique (AMPA) et méthylphosphonique (MPA) sont retrouvés chez l'humain. Plusieurs études ont associé la présence du glyphosate à des problèmes de santé. Des effets sur les cellules immunitaires et leurs fonctions ont été rapportés. Cependant, les effets de cette molécule et de ses métabolites sur les neutrophiles, les leucocytes les plus abondants dans le sang humain, sont encore peu documentés. Étant donné la présence de ces molécules dans le sang, nous avions pour objectif de déterminer les effets de l'exposition au glyphosate et aux métabolites AMPA et MPA sur la viabilité, le métabolisme énergétique et les principales fonctions antimicrobiennes des neutrophiles. Nous avons exposé des neutrophiles isolés du sang de donneurs sains hommes et femmes à différentes concentrations de glyphosate et de ses métabolites, avant de déterminer les effets de l'exposition sur les cellules. Nous avons observé que l'exposition aux molécules n'affecte pas la glycolyse et la respiration mitochondriale des neutrophiles. Cependant, des altérations au niveau de différentes voies métaboliques pourraient affecter les fonctions des neutrophiles. En effet, bien que les neutrophiles étaient initialement considérés comme presque exclusivement glycolytiques, de nombreuses études ont montré qu'ils utilisent plusieurs voies métaboliques alternatives pour leur maturation et effectuer leurs fonctions. Nous avons observé que le glyphosate augmente la production d'espèces réactives de l'oxygène chez les neutrophiles isolés de donneurs des deux sexes. Le glyphosate et ses métabolites modulent aussi la production et la sécrétion de CXCL8/IL-8 en fonction du sexe des donneurs. Ces résultats suggèrent que le glyphosate et ses métabolites affectent les fonctions antimicrobiennes des neutrophiles humains dépendamment du sexe, ce qui pourrait être associé à des problèmes de santé. Les progrès des connaissances permettront d'améliorer les réglementations afin de protéger le public. / Significant levels of glyphosate, the world's most widely used herbicide, and its primary metabolites, aminomethylphosphonic acid (AMPA) and methylphosphonic acid (MPA), are detected in humans. Several studies have linked the presence of glyphosate in humans to health problems. Effects on immune cells and their functions have also been reported. However, the effects of this molecule and its metabolites on neutrophils, the most abundant leukocytes in the human bloodstream, are still poorly documented. Given the presence of these molecules in the blood, our aim was to determine the effects of exposure to glyphosate and its metabolites AMPA and MPA on the viability, energy metabolism, and essential antimicrobial functions of neutrophils. We, therefore, exposed neutrophils isolated from the blood of healthy male and female donors to different concentrations of glyphosate and its metabolites, before determining the effects of exposure on the cells. We observed that exposure to the molecules did not affect neutrophil glycolysis and mitochondrial respiration. However, alterations in various metabolic pathways could affect neutrophil function. Indeed, although neutrophils were initially considered to be almost exclusively glycolytic, numerous studies have shown that they use several alternative metabolic pathways for their maturation and to perform their functions. We have observed that glyphosate increases the production of reactive oxygen species in neutrophils isolated from donors of both sexes. Glyphosate and its metabolites also modulated CXCL8/IL-8 production and secretion according to donor sex. These results suggest that glyphosate and its metabolites affect the antimicrobial functions of human neutrophils in a sex-dependent manner, which could be associated with health problems. Advances in knowledge will help improve regulations to protect the public.

L'inflammation est un processus important dans lequel le systeme immunitaire reagit a un irritant. Plus precisement, l'inflammation aide a defendre le corps humain contre les agents pathogenes. Cependant, une inflammation chronique et incontrolee peut entrainer des pathologies telles que l'atherosclerose, l'asthme et le cancer. L'enzyme 5-lipoxygenase (5-LO), codee par le gene ALOX5, est principalement exprimee par les leucocytes et joue un role central dans la reaction immunitaire. C'est la premiere enzyme engagee pour la biosynthese de leucotrienes (LT) a partir de l’acide arachidonique. L'activite biologique des LT est diverse, mais principalement le LTB4 induit une chimiotaxie des phagocytes et la liberation d'effecteurs antimicrobiens, alors que les cysteinyl leucotrienes (LTC4, LTD4 et LTE4) induisent la bronchoconstriction et la permeabilite vasculaire. Cette these porte sur 1) les effets biologiques des metabolites du LTB4 sur les fonctions des neutrophiles et sur 2) les mecanismes par lesquels l’expression de la 5-lipoxygenase est regulee dans les monocytes dans le contexte de la defense de l’hote et de l’atherosclerose. Specifiquement, le LTB4 est rapidement degrade en 20-OH- et 20-COOH-LTB4 par les neutrophiles humains. Bien que ces metabolites se lient au recepteur BLT1 avec une haute affinite, ils sont generalement consideres comme inactifs car compare au LTB4, ils activent considerablement moins les leucocytes. Par consequent, le premier objectif de cette these etait d'evaluer les effets biologiques du 20-OH- et du 20-COOH-LTB4 sur les fonctions des neutrophiles humains telles que la migration, la biosynthese des leucotrienes et la production d'effecteurs antimicrobiens. Ensuite, des etudes anterieures ont montre que la differenciation des cellules myeloides avec la 1,25-dihydroxyvitamine D3 et le TGF-β est associee a une forte augmentation de l'expression de la 5-LO. Etant donne que les lipopolysaccharides (LPS) induisaient egalement la maturation cellulaire entrainant une expression accrue du CD14, nous avons emis l'hypothese que le LPS pourrait moduler l'expression de la 5-LO dans des lignees monocytaires. En consequence, notre deuxieme objectif etait d'etudier l'impact du LPS sur l'expression de la 5-LO et la biosynthese des LT. Fait important, cette etude a ete la premiere a rapporter une induction de l’activite transcriptionnelle du promoteur ALOX5 d’une maniere agoniste-dependante. Enfin, une interaction entre l'apport alimentaire en acides gras polyinsatures (PUFA) et des mutations naturelles du promoteur ALOX5 a ete associee a un risque accru de maladies cardiovasculaires. Par contre, des etudes anterieures utilisant des essais rapporteurs avaient opte pour des modeles cellulaires non-humains ou 5-LO-negatifs afin d'etudier la regulation de la transcription de la 5-LO impliquant les polymorphismes du promoteur. Par consequent, en utilisant notre modele d’essais rapporteurs precedemment valide dans des cellules monocytaires humaines, le troisieme objectif de ma these etait de comparer l'activite transcriptionnelle des variants du promoteur ALOX5 distincts en presence ou en l'absence d'une supplementation en PUFA dans les cellules Mono Mac 6. En conclusion, nous avons cherche a mieux comprendre les mecanismes impliques dans la regulation transcriptionnelle de l'expression de la 5-LO et dans la reponse des neutrophiles aux metabolites du LTB4. Nos donnees contribuent a la comprehension du role crucial de la 5-LO et de ses produits sur la defense de l'hote et les maladies. / Inflammation is an important process where the immune system responds to an irritant. Specifically, inflammation helps defend the human body against pathogens. Chronic and uncontrolled inflammation, however, can lead to pathologies such as atherosclerosis, asthma, and cancer. The 5-lipoxygenase enzyme (5-LO), which is encoded by the ALOX5 gene, is mostly expressed by leukocytes and plays a central role in the immune reaction. It is the first committed enzyme for the biosynthesis of leukotrienes from arachidonic acid. The biological activity of leukotrienes is diverse, but mainly LTB4 induces phagocyte chemotaxis and the release of anti-microbial effectors, whereas the cysteinyl leukotrienes (LTC4, LTD4 and LTE4) increase bronchoconstriction and vascular permeability. This thesis focuses 1) on the biological effects of LTB4 metabolites on neutrophil functions and 2) on the mechanisms by which 5-lipoxygenase expression is regulated in monocytes in the context of host defense and disease. Specifically, LTB4 is rapidly degraded into 20-OH- and 20-COOH-LTB4 by human neutrophils. Although these metabolites bind to the BLT1 receptor with high affinity, they are generally considered inactive because they are considerably less capable of activating leukocytes in comparison to LTB4. Therefore, the first objective of this thesis was to evaluate the biological effects of the LTB4 metabolites, 20-OH- and 20- COOH-LTB4, on human neutrophil functions like migration, leukotriene biosynthesis, and production of antimicrobial effectors. Furthermore, previous studies found that the differentiation of myeloid cells with 1,25-dihydroxyvitamin D3 and TGF-β is associated with a strong increase in 5-LO expression. Since the endotoxin lipopolysaccharide (LPS) also induced cell maturation resulting increased CD14 expression, we hypothesized that LPS may modulate 5-LO expression in monocytic cell lines. In consequence, our second objective was to investigate the impact of LPS on 5-LO expression and LT biosynthesis. Importantly, this study was the first to report an agonist-dependent induction of ALOX5 promoter transactivation. Lastly, an association between dietary intake of polyunsaturated fatty acids (PUFA) and naturally occurring mutations in the ALOX5 promoter has been linked to an increased risk of cardiovascular diseases. Unfortunately, prior studies using reporter gene assays opted for both non-humans or 5-LO-negative cell models to study the transcriptional regulation of 5-LO expression in relations to the promoter polymorphisms. Therefore, by using our previously validated gene reporter model in human monocytic cells, the third objective of my thesis was to compare the reporter construct activity of distinct ALOX5 promoter variants in the presence or absence of PUFA supplementation in Mono Mac 6 cells. In conclusion, we sought to better understand the mechanisms involved in the transcriptional regulation of 5-LO expression and in the neutrophil response to LTB4 metabolites. Consequently, our data increases the comprehension of the crucial role of 5-LO and its products on host defense and diseases.

L’orientation principale des travaux de recherches qui sont présentés dans cette thèse est de valoriser les espèces nordiques de la région du Nunavik en démontrant la diversité structurale et la spécificité biochimique des métabolites qu’elles biosynthétisent. Nous croyons que la flore nordique du Québec est une source inestimable de composés bioactifs en raison des stress environnementaux auxquels les espèces sont soumisses. En fait, c’est cette pression évolutive qui mène à la diversification structurale des métabolites spécialisés afin que les espèces soient mieux adaptées à leur environnement. La dynamique des écosystèmes du Grand Nord du Québec est toutefois appelée à changer drastiquement avec les changements climatiques. L’expansion de l’arbuste Betula glandulosa depuis les années 1990 est d’ailleurs un problème préoccupant puisque la densification menace la biodiversité en altérant tant l’environnement biotique qu’abiotique des écosystèmes nordiques. Il est ainsi pertinent de caractériser le métabolome nordique de la flore du Québec via l’investigation phytochimique de ces espèces qui sont en continuelle évolution. La présente thèse rapporte les investigations phytochimiques du lichen Stereocaulon paschale qui sont axées vers l’identification de composés anti-inflammatoires. En plus de démontrer le potentiel d’inhibition de l’acide lobarique et de pseudodepsidones envers plusieurs cibles pro-inflammatoires, une relation structure-activité et un mécanisme d’action ont été proposés en réalisant des simulations d’arrimage moléculaire. L’étude de la composition phytochimique des feuilles de l’arbuste Betula glandulosa et l’évaluation du potentiel d’inhibition des métabolites vis-à-vis l’élastase sont également rapportées. L’étude de cette espèce a été un défi de taille en termes d’extraction et de purification en raison de son profil en métabolites très complexe. L’approche des réseaux moléculaires a ainsi été employée pour accélérer le rythme de la découverte des composés inédits et/ou bioactifs. L’étude détaillée du profil en métabolites et la localisation des composés d’intérêts qui ont été respectivement dérépliqués et ciblés par l’utilisation des réseaux moléculaires, sont ainsi présentées. / The main orientation of this thesis is to enhance species in subarctic ecosystem in Northern Quebec by demonstrating the high chemical diversity and biochemical specificity of the secondary metabolites they biosynthesize. We believe that northern flora of Quebec is of great interest for the discovery of novel or bioactive secondary metabolites due to extreme growing conditions in the Nunavik region. In fact, it is this evolutionary pressure that leads to the adaptation of living organisms in their specific ecosystem and the chemical diversification of natural products in nature. The dynamics of the ecosystems of Northern Quebec are, however, about to change drastically with the warming trend that is observed since the 1990s in Nunavik. The expansion and extreme densification of the dwarf birch (Betula glandulosa) in lichen-dominated ecosystems threatens biodiversity by altering biotic and abiotic environment of northern ecosystems. Hence, it is important to characterize the metabolome of northern flora of Quebec by carrying out phytochemical investigations on species that are continuously evolving. In this thesis, the phytochemical investigations of the lichen Stereocaulon paschale focused on the discovery of anti-inflammatory secondary metabolites. Herein we report the potential of lobaric acid and pseudodepsidones to reduce the expression of several pro-inflammatory targets. In addition, docking simulation experiments provided insight on the structure-activity relationship and the mechanism of action. The phytochemical study of the leaf of the shrub Betula glandulosa and the potential of the metabolites to exhibits significant elastase inhibition are also reported in the thesis. The very high complexity of the crude extracts of this species was very challenging in term of extraction and purification. The identification of novel bioactive NPs from such complex matrices remain a significant challenge in drug discovery programs. A molecular networking approach was thus used to explore the chemical diversity and accelerate the speed of the discovery of novel and bioactive NPs. By using this advanced mass spectrometry approach of dereplication, the thorough metabolite profiling of the crude extract was performed with the objective of targeting compounds of interest.

La présente étude visait à évaluer le potentiel de cultures lactiques bioprotectrices de même que leurs métabolites à activité antimicrobienne (bactériocines) pour le contrôle de Clostridium tyrobutyricum dans du fromage de type Cheddar et la prévention des défauts de texture et de saveur qui lui sont associés.Trois cent quarante et une souches de bactéries lactiques ont été criblées in vitro pour leur capacité à produire des molécules antimicrobiennes actives contre C. tyrobutyricum ATCC 25755. Trois isolats identifiés comme étant des Lactococcus lactis ssp. lactis ont montré une activité inhibitrice significative contre C. tyrobutyricum. L’opéron codant pour la production de nisine A a été identifié chez ces trois isolats alors que la production de nisine a été confirmée par des tests de diffusion sur gélose contre C.tyrobutyricum. Des essais d’interaction et de biocompatibilité entre ces souches productrices de nisine A et des ferments industriels pour fromage Cheddar ont permis de définir un ferment protecteur mixte comprenant un Lactococcus lactis ssp lactis CUC-H, lactococcus lactis ssp cremoris CUC222 et Lactococcus lactis ssp lactis 32 producteur de nisine A. D’autre part, de la nisine A a été produite et purifiée à partir du surnageant de culture de la souche Lactococcus lactis ssp lactis 32 puis encapsulée dans des billes constituées d'alginate et d'amidon non gélatinisé. Le ferment mixte protecteur de même que la nisine purifiée encapsulée ont été testés pour leur efficacité à inhiber C. tyrobutyricum dans un caillé modèle de fromage Cheddar en utilisant deux concentrations de sel (1.3 et 2%), pendant deux semaines à 30°C et pendant un mois à 4°C. Les résultats obtenus avec les échantillons de caillé modèle ont été validés lors d’une production à l’échelle pilote de fromage Cheddar. Les résultats ont montré que C. tyrobutyricum n'a pas été détectée dans les échantillons entreposés à 4°C contenant de la nisine encapsulée à partir de la 3e semaine en présence de 1.3% de sel et de la deuxième semaine en présence de 2% de sel. Lorsque le ferment protecteur est utilisé, une diminution d'environ 0.6 log₁₀ de C. tyrobutyricum a été observée à partir de la deuxième semaine dans le caillé modèle entreposé à 4°C. D’autre part, l'analyse de chromatographie en phase liquide à haute performance (CLHP) des caillés a montré que Lactococcuslactis ssp lactis 32 était capable de produire in situ de la nisine à partir de la deuxième semaine.Les résultats de l’analyse métagénomique montrent que l'abondance relative du genre Clostridium a diminuée dans les caillés fromagers en présence aussi bien de la souche protectrice que de la nisine encapsulée, comparativement aux fromages témoins. Ces résultats confirment que l’ajout de Lactococcus lactis ssp. lactis 32 en tant que souche protectrice productrice de nisine permet de contrôler le développement de C. tyrobutyricum dans les caillés modèles de fromage cheddar. Les résultats obtenus dans le fromage Cheddar produit à l’échelle pilote ont montré une réduction de 1log₁₀ de C. tyrobutyricum dans les groupes traités aussi bien avec la nisine encapsulée qu’avec la souche protectrice. De plus, l’analyse de l’activité protéolytique des fromages a montré une augmentation significative de la fraction d’azote soluble dans l'eau en présence de la souche protectrice ou de la nisine encapsulée. En revanche, les teneurs en azote des fractions TCA et PTA étaient plus élevées dans le groupe contenant de la nisine encapsulée. En conclusion, les deux stratégies utilisées dans le cadre de cette étude basées sur l’utilisation de lanisine purifiée encapsulée ou de la souche L. lactis ssp lactis 32 productrice de nisine semblent être efficaces à différents niveaux pour le contrôle de C. tyrobutyricum dans du fromage Cheddar. La présence de nisine dans la matrice fromagère semble également avoir des effets significatifs sur l’activité protéolytique globale de la matrice fromagère. Ce résultat suggère des effets potentiels sur la vitesse de maturation des fromages ainsi que sur leurs caractéristiques organoleptiques et sensorielles. / The present study aimed to assess the potential of bioprotective lactic acid cultures as well as their metabolites with antimicrobial activity (bacteriocins) for the control of Clostridium tyrobutyricum in Cheddar-type cheese and the prevention of texture and flavour side effects.Three hundred forty-one strains of Lactococci have been screened in vitro for their ability to produce antimicrobial molecules active against C. tyrobutyricum ATCC 25755. Three isolates identified as Lactococcus lactis ssp. lactis showed significant inhibitory activity against C. tyrobutyricum. The gene coding for the production of nisin-A has been identified in these three isolates while the production of nisin has been confirmed by agar diffusion test against C. tyrobutyricum ATCC 25755. Interaction and biocompatibility assays between these nisin-A producing strains and industrial starter for Cheddar cheese allowed to define a mixed protective starter comprising a Lactococcus lactis ssp lactis CUC-H,a Lactococcus lactis ssp cremoris CUC 222 and Lactococcus lactis ssp lactis 32 as a nisin-A producer. Nisin-A was also purified, then encapsulated in vesicles made of alginate and non-gelatinized starch.The effectiveness of the protective mixed starter as well as the encapsulated nisin were tested for their effectiveness in inhibiting C. tyrobutyricum in a Cheddar cheese slurry using two different salt concentrations (1.3 and 2%), for two weeks at 30 °C or for one month at 4 °C. The results obtained with the cheese slurry samples were validated during a pilot scale production of Cheddar cheese.The results showed that C. tyrobutyricum was not detected in the samples containing encapsulated nisin from third week in the presence of 1.3% salt and from second week in the presence of 2% salt at 4 °C. When the protective starter is used, a progressive decrease in the number of C. tyrobutyricum, of approximately 0.6 log₁₀, was observed from the second week in cheese slurry stored at 4 °C. High performance liquid chromatography (HPLC) analysis indicated that the protective culture was capable of producing nisin in situ since the second week.The results of the metagenomic analysis showed that the relative abundance of the genus Clostridium decreased in cheese samples in the presence of both the protective strain and the encapsulated nisin, compared to the control. These results confirm that the addition of Lactococcus lactis ssp. lactis 32 asa nisin-A producing strain helps in controlling C. tyrobutyricum in cheddar cheese slurries. In Cheddar cheese produced at a pilot scale, a reduction of 1.0 log₁₀ in the number of C. tyrobutyricum was obtained in cheeses treated with both the encapsulated nisin and with the protective strain. In addition, analysis of the proteolytic activity of cheeses showed a significant increase in the water-soluble nitrogen (WSN) fraction in the presence of the protective strain or of the encapsulated nisin. On the other hand, the TCA- soluble nitrogen and PTA- soluble nitrogen fractions were higher in the encapsulated nisin group. In conclusion, the two strategies used in this study based on the use of encapsulated nisin or ofNisin-producing Lactococcus lactis appear to be effective at various extend for the control of C.tyrobutyricum in Cheddar cheese. The presence of nisin in the cheese matrix also seems to have significant effects on the overall proteolytic activity of the cheese matrix. This result suggests potential effects on the ripening speed of cheeses as well as on their intrinsic organoleptic and sensory characteristics.

Titre de l'écran-titre (visionné le 11 avril 2023) / Introduction: Les acides biliaires, en plus de posséder diverses fonctions digestives, présentent également des propriétés endocrines. En se liant au récepteur nucléaire farnésoïde X, ils jouent un rôle important dans la régulation du métabolisme des acides biliaires, ainsi qu'au niveau de l'inflammation intestinale et du foie, la triglycéridémie et la glycémie hépatique. Les acides biliaires sont susceptibles aux réactions de glucuronidation et de sulfatation, soit des réactions de phase II qui leur ajoutent un groupement polaire. Quoi que l'on accorde généralement à ces réactions un effet d'inactivation et de détoxification des molécules, quelques études ont illustré des exceptions à ce phénomène. Objectif : Chercher à valider la perte de fonction et la neutralité des métabolites glucuronidés (-G) ou sulfatés (-S) et identifier des possibles exceptions qui maintiennent leur activité en dépit des réactions de phase II. Méthodologie : La fonction agoniste et antagoniste de plusieurs acides biliaires et leurs métabolites -G/-S ont été testés en utilisant la trousse LanthaScreen TR-FRET FXR produite par ThermoFisher. Lorsqu'un effet était noté, des courbes doses réponses furent produites afin de caractériser davantage cet effet. Résultats : Une quasi-totalité des métabolites testés ne présentaient pas d'activité agoniste, ou antagoniste avec FXR. L'acide chénodésoxycholique 24-acyl-β-D-glucuronide (CDCA-24G) antagonise FXR en co-incubation avec l'acide chénodésoxycholique (CDCA), l'acide obéticholique (OCA), cilofexor et GW4064 alors que l'acide obéticholique 24-acyl-β-D-glucuronide (OCA-24G) ne démontait qu'un effet mesurable en présence d'OCA, ne pouvant pas produire d'IC50 calculable en présence des autres agonistes. Conclusions : Ce projet illustre une fonction antagoniste précédemment inconnue in vitro du CDCA-24G et de l'OCA-24G. Puisque des tests utilisant un modèle cellulaire ont été tentés, mais sans succès, il serait important que ces observations soient validées dans un modèle cellulaire fonctionnel, et ce, afin d'assurer qu'il ne s'agit pas d'une interaction observable seulement in-vitro. De plus, une validation à l'aide de tests utilisant un modèle animal serait aussi nécessaire. / Introduction: Bile acids present endocrine properties as well as their documented digestive functions. By binding to farsenoid X receptor (FXR), they play an important part in regulating their metabolism, as well as effecting intestinal and liver inflammation, triglyceridemia and hepatic glycemia. Bile acids, alongside multiple endogenous and exogenous compounds, can be conjugated by two phase II reactions, glucuronidation and sulfation, which add a polar group to non-polar molecules. While it is usually understood that these reactions inactivate and detoxify their targets, some exceptions have previously been identified in previous studies. Objective: Validate loss of function and neutrality of glucuronide (-G) and sulfate (-G) metabolites and identify possible exceptions that remain active following phase II reactions. Methodology: Agonist and antagonist function of various bile acids and their -G/-S metabolites were tested using a ThermoFisher LanthaScreen TR-FRET FXR assay kit. Noted effects were further characterised through production of dose-response curves. Results: Almost all tested metabolites did not display either agonist or antagonist functions on FXR. However, chenodeoxycholic acid 24-acyl-β-glucuronide (CDCA-24G) antagonises FXR in co-incubation with obeticholic acid (OCA), chenodeoxycholic acid (CDCA), cilofexor and GW4064, while obeticholic acid 24-acyl-β-glucuronide (OCA-24G) only displayed a measurable effect against FXR when co-incubated with OCA, being unable to produce measurable IC50s in presence of other agonists. Conclusions: This project highlights previously unknown functions of CDCA-24G and OCA-24G to antagonise FXR. Tests using cellular models were attempted but failed. Nonetheless, these observations should be validated in a functional cellular model, as well as in animal models, to ensure that they are not exclusive to in vitro conditions.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales 2015-2016. / Ces travaux concernent la synthèse totale de produit naturels d’importance biologique qui ont pu être effectués par le développement et l’application de méthodologies pour la construction d’hétérocycles oxygénés et azotés. Premièrement, nos travaux sur la synthèse de métabolites secondaires appartenant à la famille des furanoterpénoïdes linéaires sont décrits. La première synthèse du furospongolide, un inhibiteur d’origine marine de HIF-1, a été accomplie en 8 étapes linéaires à partir de l’acétate de géranyle. Les étapes clés impliquées sont une réaction de couplage croisé sp³-sp³ de Schlosser ainsi qu’une alkynylation de Sonogashira du β-bromobuténolide. La première synthèse du furanosesterterpène antimicrobien 22-déoxyvariabilin ainsi que la détermination de sa configuration absolue sont également décrites. Les étapes clés consistent en l’emploi de réactions de couplages sp³-sp³ séquentielles de Schlosser ainsi que l’application de notre méthode pour l’installation du fragment (Z)-γ-ylidène-buténolide. Nos efforts sur les produits naturels apparentés variabilin et déhydrofurodentin soulignent le besoin de développer de nouvelles stratégies synthétiques. Par la suite, deux synthèses divergentes de plusieurs dérivés de l’anhydride maléique isolés du champignon Antrodia camphorata sont démontrées. La première synthèse de l’antrocinnamomin D ainsi qu’une nouvelle synthèse des antrodins A et B ont été accomplies efficacement en 6-8 étapes. Les étapes clés incluent un couplage croisé sp²-sp³ catalysé au fer de Fürstner-Kochi et l’oxyfonctionnalisation d’un 2-silyloxyfurane. De plus, une synthèse biomimétique simple et efficace des anhydrides maléiques et des maléimides d’Antrodia est présentée. L’étape clé consiste en une condensation de type Perkin effectuée dans des conditions exceptionnellement douces. Par ailleurs, le γ-hydroxy-β-sulfanylbuténolide naturel cépanolide ainsi qu’une série d’analogues ont été synthétisés régiosélectivement par la combinaison d’une oxyfonctionnalisation d’un 2-silyloxyfurane et d’une addition thia-Michael/élimination en tandem. Finalement, une synthèse énantiosélective efficace de l’antrocin, provenant également d’Antrodia camphorata, est décrite. Notre stratégie synthétique impliquait l’utilisation du sclaréolide comme synthon chiral de départ et une fonctionnalisation C-H à distance par une réaction de Barton. De plus, nos progrès récents envers la synthèse des amomaxins A et B sont représentés. Les transformations clés incluent la déconstruction séquentielle du sclaréolide par l’emploi d’une fragmentation de Grob et la fabrication du carbocycle à 9 membres par métathèse de fermeture de cycle. / This work concerns the total synthesis of natural products of biological importance which were achieved by the development and application of methodologies for the construction of oxygen and nitrogen containing heterocycles. First, our work on the synthesis of structurally similar metabolites of the linear furanoterpenoids family is described. The first synthesis of the marine HIF-1 inhibitor furospongolide has been achieved in 8 linear steps from geranyl acetate. The key steps involved were a Schlosser sp³-sp³ cross-coupling reaction and a Sonogashira alkynylation of β-bromobutenolide. The first synthesis of the antimicrobial furanosesterterpene 22-deoxyvariabilin and the determination of its absolute configuration are also described. Its assembly was carried out using sequential sp³-sp³ Schlosser cross-coupling reactions and our methodology for the installation of the (Z)-γ-ylidenebutenolide moiety. Our efforts towards the synthesis of the closely related natural products, namely variabilin and dehydrofurodentin, underline the need for the development of new synthetic strategies. Then, the divergent synthesis of many related maleic anhydride derivatives isolated from the rare fungus Antrodia camphorata are outlined. The first synthesis of antrocinnamomin D and a new synthesis of antrodins A and B have been achieved in 6-8 steps and high overall efficiency. Key steps include a Fürstner-Kochi iron-catalyzed sp²-sp³ cross-coupling and a 2-silyloxyfuran oxyfunctionalization. Moreover, a simple and efficient biomimetic synthesis of Antrodia maleimides and maleic anhydrides is described. The key step is a Perkin-type condensation performed under exceptionally mild conditions. Additionally, the naturally occurring γ-hydroxy-β-sulfanylbutenolide cepanolide and a range of new analogues were synthesized in a concise, regiospecific manner through the combined use of 2-silyloxyfuran oxyfunctionalization and tandem thio-Michael addition/elimination. Finally, an efficient enantioselective synthesis of antrocin, another Antrodia camphorata metabolite, is described. Our synthetic strategy involved the use of sclareolide as a chiral synthon in conjunction with a remote C-H functionnalization using the Barton reaction. Furthermore, our recent progress towards the total synthesis of the amomaxins A and B is represented. Key transformations include the controlled deconstruction of sclareolide employing a Grob fragmentation strategy and a ring-closing metathesis to form the 9-membered carbocycle.

Afin d’étudier la santé d’un écosystème marin et le potentiel toxique d’une contamination telle que celle liée à la présence d’hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), il est nécessaire, outre de connaître les niveaux de contamination du milieu, de pouvoir accéder à la fraction toxique à laquelle les organismes aquatiques ont été exposés et de connaître les effets toxiques des contaminants incriminés. L’exposition et la contamination des organismes aquatiques aux HAP ont généralement été évaluées par le dosage des HAP bioaccumulés dans les tissus. Or, cette approche est critiquable si l'on tient compte des capacités de biotransformation des organismes, notamment des vertébrés, et des propriétés toxiques des produits de transformation formés. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse est d’étudier les phénomènes de bioccumulation et de biotransformation des HAP chez les organismes marins via l’étude des métabolites de HAP. Un effort de validation de biomarqueurs pertinents pour évaluer la génotoxicité des HAP en lien avec la contamination chimique des tissus et la production de métabolites est nécessaire. Des méthodes de dosage des métabolites de HAP dans les matrices biologiques ont tout d’abord été mises au point. Ces outils analytiques sensibles, innovants et performants ont ensuite été appliqués lors d’expositions de poissons à des HAP via différentes voies de contamination en milieu contrôlé. Ils ont permis une meilleure connaissance des phénomènes de biotransformation des HAP. Enfin, des études de terrain ont été réalisées, notamment dans le cadre de l’étude de la contamination de la Baie de Seine, montrant l’applicabilité du dosage des métabolites de HAP dans l’évaluation de l’exposition des organismes aux HAP en milieu naturel. Dans le cadre d’une approche intégrée chimie/biologie, ces travaux ont permis d’apporter une contribution dans le transfert méthodologique des biomarqueurs de génotoxicité des HAP pour des applications en surveillance de l’Atlantique Nord et notamment dans la Manche. / In order to study the health of a marine ecosystem and the toxic potential of a contamination such as that related to the presence of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), it is necessary, in addition to the determination of environmental contamination levels, to have access to the fraction for aquatic organisms have been exposed to and to identify the toxic effects of the contaminants. The exposure and contamination of aquatic organisms to PAHs have generally been evaluated by the quantification of bioaccumulated PAHs in tissues. However, this approach is criticable when taking into account the biotransformation capabilities of organisms such as vertebrates and the toxic properties of biotransformation products. In this way, the aim of this study is to study PAH bioaccumulation and biotransformation phenomena through the PAH metabolites study. An effort for the validation of relevant biomarkers to evaluate the link between the genotoxicity of PAHs, PAHs body burden and PAH metabolites production, is necessary. Analytical techniques to quantify PAH metabolites in biological matrices have first been set up. Then, these sensible, innovating and powerful analytical tools have been applied to the study of fish exposures to PAHs through differents contamination sources in controlled conditions. This allowed to have a better understanding of PAH biotransformation phenomena. Finally, field studies have been led, notably to study the contamination of the Seine bay, demonstrating the applicability of the quantification of PAH metabolites to evaluate the exposure and the contamination of organisms to PAHs in natural environment. Within the framework of an integrated approach chemistry/biology, this work led to a contribution in the methodological transfer of biomarkers of PAH genotoxicity

La barrière entre l'aspect bénéfique du sélénium (Se) et son aspect toxique est étroite. Afin de mieux contrôler les apports de cet élément dans l'alimentation, de nombreux travaux s'intéressent à la compréhension de son métabolisme. Cette thèse présente le développement et l'optimisation de méthodes d'analyse des espèces séléniées dissoutes et volatiles présentes dans l'urine de sujets non supplémentés. Le couplage entre la chromatographie liquide et la spectrométrie de masse atomique précédé d'un prétraitement de l'échantillon par extraction sur phase solide a permis non seulement de confirmer la présence de métabolites séléniés précédemment détectés dans l'urine de sujets supplémentés mais également, de mettre en évidence des composés inconnus. Un de ces composés a été identifié par spectrométrie de masse moléculaire. Les couplages entre la chromatographie gazeuse et les spectrométries de masse atomique et moléculaire, précédés d'une micro-extraction sur phase solide ont été utilisés pour l'analyse des formes volatiles de Se. Ces méthodes ont permis de confirmer la présence de composés séléniés et mixtes Se/S dans les urines de sujets non supplémentés et, de définir des conditions de stockage permettant de préserver la spéciation originelle dans l'échantillon.

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