Les maladies tropicales négligées (MNT) et les différents types de cancer sont des problèmes de santé graves. En plus de longs retards dans le développement régional, économique et humain liés à eux, on note le manque d'outils thérapeutiques pour répondre à ces problèmes. Le développement de nouveaux médicaments pour de telles pathologies est nécessaire et, comme c'est le cas dans la recherche actuelle, l'obtention de molécules multi-cibles est une stratégie prometteuse. Dans ce contexte, en plus du but d'identifier de nouveaux médicaments puissants pour les MNT et la lutte contre le cancer, ont été exécutées la conception structurelle, la synthèse et la purification de dérivés hétérocycliques hybrides de phtalimide et de 1,3-thiazole. Les composés 2a-n, 3a-i, 4a-b, 5a-d, 6a1-6d7 ont été obtenus par des réactions faciles à réaliser, avec quelques étapes de synthèse, et leurs structures ont été confirmées par des techniques spectroscopiques et spectrométriques. Les propriétés biologiques ont été évaluées par détermination de la cytotoxicité sur des cellules de mammifères, et par la capacité à inhiber les parasites T. cruzi, L. infantum et S. mansoni et la croissance des lignées cellulaires de tumeurs solides et hématologiques. Des analyses par microscopie électronique ont également été effectuées pour mieux comprendre l'action des nouveaux médicaments candidats. Les composés ont montré une faible cytotoxicité. Le prototype anti-T. cruzi 2j (4,7 μM) s'est révélé plus actif que le Benznidazole sur les trypomastigotes. Pour l'activité leishmanicide, les meilleurs inhibiteurs des promastigotes de L. infantum sont 2m (9,8 μM) et 2j (13,9 μM). Pour le profil anti-S. mansoni, 2i est actif contre les vers adultes et les schistosomules, et présente une possible utilisation prophylactique. Dans cadre des traitements anticancéreux, les phtalimido-bis-1,3-thiazoles se montrent prometteurs, en particulier 6a3 (5,67 μM) et 6a6 (5,85 μM) qui ont une activité similaire à la doxorubicine sur la lignée de Mélanome Malígeno (SK-MEL-28). Sur la base des diverses données obtenues, nous pouvons conclure que les noyaux phtalimide et 1,3-thiazole sont des structures privilégiées et que l'hybridation est une stratégie favorable prouvée pour obtenir de nouveaux médicaments antiparasitaires et anticancéreux. Un profil multi-cible peut leur être attribué. / Neglected tropical diseases (NTD) and the various types of cancer are serious and old world health problems. In addition to the great delays in the regional, economic and human development associated with them, the scarcity of therapeutic tools to solve these aggravations, which epidemiologically present increasing data, is well known. The development of new drugs for such pathologies is necessary and, as is the trend in current research, obtaining multi-target molecules is a promising strategy. In this context, the structural planning, synthesis and purification of hybrid heterocyclic derivatives of phthalimide and 1,3-thiazole were carried out in order to identify new potent drugs for NTD and the fight against cancer. The compounds 2a-n, 3a-i, 4a-b, 5a-d, 6a1-6d7 were obtained by means of easy to perform reactions with few synthesis steps and confirmed their structures by spectroscopic and spectrometric techniques. The biological properties evaluated were the determination of cytotoxicity in different mammalian cells and the ability to inhibit T. cruzi, L. infantum and S. mansoni parasites and the growth of solid and hematological tumor lines. Electron microscopy analyzes were also developed to better understand the action of new drug candidates. The compounds showed low cytotoxicity. As an anti-T. cruzi prototype 2j (4.7 μM) was found to have higher potency than Benznidazole for trypomastigotes. For the leishmanicidal activity, 2m (9.8 μM) and 2j (13.9 μM) were the best inhibitors of L. infantum promastigotes. For the anti-S. mansoni profile, 2i was active against adult worms and schistosomules, presenting a possible prophylactic use. From the antineoplastic evaluation, the phthalimido-bis-1,3-thiazoles derivatives were very promising, highlighting 6a3 (5.67 μM) and 6a6 (5.85 μM), which showed a similar potency to Doxorubicin for the Malignant Melanoma (SK-MEL-28). Based on the various data obtained, it can be concluded that the phthalimide and 1,3-thiazole nuclei are privileged structures and their hybridization proved to be a favorable strategy to obtain new candidates for antiparasitic and anticancer drugs multi-target profile.

Les maladies tropicales négligées sont un groupe de maladies infectieuses rencontrées surtout dans les zones rurales ou dans les zones urbaines et pauvres des pays à revenu faible et intermédiaire, et qui constituent elles-mêmes des facteurs aggravants de pauvreté. Comparés à des maladies comme le sida, la malaria et la tuberculose, l'étude et l'effort de lutte contre ces maladies infectieuses sont beaucoup moins développés en termes de fonds investis, de programmes de recherche et de politiques de santé publique. Cette thèse vise à apporter une contribution à l'étude des maladies tropicales négligées, par le biais de travaux théoriques situés à l'interface entre la modélisation et l'écologie, l'évolution et le contrôle de ces maladies. Les résultats obtenus et discutés portent plus particulièrement sur la transmission des maladies vectorielles, et sur l'évolution des macro-parasites. Cette thèse permet ainsi d'illustrer l'intérêt des approches de modélisation en recherche fondamentale pour mieux comprendre et lutter contre ce groupe de maladies infectieuses, des maladies qui chaque année affectent encore des centaines de millions de personnes à travers le monde.

Les parasites de la classe des Kinetoplastidae, comprenant notamment les trypanosomes et les leishmanies, sont responsables pour plusieurs maladies d’importance socio-économique et de santé publique. La maladie du sommeil, la maladie de Chagas et la leishmaniose, classées comme maladies tropicales négligées (NTD) par l’Organisation mondiale de la santé (OMS) et la Surra, reportée par l’Organisation pour l’alimentation et l’agriculture, des Nations Unies (FAO). La Trypanosomiase Animale Africain sub-saharienne entraîne la mort de 3 millions bovins par an accompagné d'une perte annuelle de l'économie de 4,5 milliards de dollars américains. La leishmaniose cutanée, une maladie zoonose, présente 1,5 millions de nouveaux cas chaque année.Trypanosoma brucei (T. brucei) est un ancien eucaryote, utilisé comme organisme modèle dans le laboratoire pour l’étude des cils et des flagelles. Le remodelage du cytosquelette des trypanosomes est essentiel pour la morphologie cellulaire, le positionnement et la division des organites. L’étude des protéines essentielles du cytosquelette permet de mieux comprendre les processus cellulaires. Ces protéines pourraient également constituer des cibles potentielles pour des traitements thérapeutiques. Les trypanosomes échappent au système immunitaire de l’hôte en modifiant périodiquement les antigènes de présent à leur surface. En effet ces antigènes de surface sont endocytés, ainsi que les anticorps de l’hôte qui y sont attachés, au niveau d’une structure appelée la poche flagellaire (FP). TbBILBO1 est une protéine structurelle du collier de la poche flagellaire (FPC), essentielle à la biogenèse du FPC et à la survie du parasite. En raison du rôle majeur de la protéine TbBILBO1 dans le parasite, des partenaires de TbBILBO1 ont été recherchés.Dans ce travail, j’ai pu caractériser une nouvelle protéine essentielle du cytoskelette, la protéine FPC6, partenaire de TbBILBO1, qui se situe au niveau du complexe FPC/Complexe du Hook de T. brucei. L’ARN interférence de FPC6 conduit à une mort rapide des formes sanguines des trypanosomes, accompagnée d’un blocage de l’endocytose. Ensuite, j’ai produit un nanobody (Nb48), dirigé contre TbBILBO1, dans le système d’expression bactérien. Je l’ai également exprimé dans les lignées de trypanosomes. Le Nb48 reconnait TbBILBO1 sur les trypanosomes fixés par immunofluorescence et dans les extraits totaux de protéines dénaturées. L’analyse par résonance plasmonique de surface (SPR) a confirmé une haute affinité du Nb48 pour TbBILBO1. L’expression de Nb48 dans le parasite T. brucei en tant qu’intrabody demontrant que ce nanobody pouvait être exprimé de manière fonctionnelle, capable de reconnaitre spécifiquement sa cible protéique, TbBILBO1, intra-cellulaire et de bloquer sa fonction conduit à un effet trypanocide rapide. Ces études ouvrant ainsi la voie pour de nouvelles utilisations potentielles thérapeutiques dans le traitement des trypanosomiases. / Kinetoplastid parasites, including trypanosomes and leishmania, are responsible for several diseases of socio-economic and public health importance worldwide. These include the Neglected Tropical Diseases: Sleeping Sickness, Chagas disease and Leishmaniasis, as classified by the World Health Organisation (WHO) and the global wasting disease of animals, Surra, as reported by the Food and Agricultural Organisation of the United Nations (FAO). Animal African Trypanosomiais (AAT) causes the death of 3 million cattle per year in sub-Saharan Africa, with an annual loss of 4.5 billion US dollars to the African economy. Cutaneaous leishmaniasis is a zoonotic disease, with 1.5 million new cases reported globally each year.Trypanosoma brucei is an ancient, early diverging eukaryote, used as a model organism in the laboratory for studying eukaryotic cilia and flagella. Remodelling of the trypanosome cytoskeleton is essential for cell morphology, organelle positioning and division. Study of essential proteins of the cytoskeleton provides insight into intracellular processes and could provide potential targets for therapeutic interventions. Trypanosomes evade the host immune system by periodically changing their external surface coat, which is endocytosed, along with any attached host antibodies, via a structure called the flagellar pocket. TbBILBO1 is a structural protein of the Flagellar Pocket Collar (FPC) that is essential for FPC biogenesis and parasite survival. Due to the importance of TbBILBO1 for the parasite, protein partners were investigated.In my thesis, I describe, firstly, the characterisation of a novel and essential cytoskeletal protein, FPC6, of the FPC/Hook complex of T. brucei; FPC6 is a partner of TbBILBO1. RNAi Knock-down of FPC6 protein leads to rapid cell death in the blood-stream form of the parasite accompanied with a block in endocytosis. Secondly, I describe the purification and intracellular expression of a nanobody (Nb48), raised against TbBILBO1. The purified Nb is able to identify TbBILBO1 in fixed trypanosomes and denatured protein. Surface Plasmon Resonance analysis confirmed a high affinity of Nb48 to TbBILBO1. Expression of Nb48 as an intrabody in T. brucei, reveals that it binds precisely to its target, TbBILBO1 and leads to rapid cell death. Further exploration of the potential uses of this trypanocidal nanobody is warranted.

Les kinétoplastidés sont des protozoaires flagellés responsables de maladies tropicales négligées mortelles telles que la leishmaniose viscérale (L. donovani et L. infantum) ou la trypanosomiase humaine africaine (T. brucei), pour lesquelles les traitements disponibles sont très limités. Depuis quelques années, on observe un regain d'intérêt pour le développement de nitrohétérocycles aromatiques anti-infectieux tels que le delamanide et le féxinidazole. De récentes études indiquent que l'activité anti-kinétoplastidés de ces dérivés repose sur leur bioactivation sélective par des nitroréductases parasitaires, conduisant à la formation de métabolites réduits électrophiles, fortement cytotoxiques. Suite à des études préliminaires réalisées dans notre équipe en série 8-nitroquinoléin-2(1H)-one, ces travaux de thèse portent sur la synthèse et l'étude in vitro de l'activité antiparasitaire de 80 dérivés notamment fonctionnalisés en positions 3 et 6 du pharmacophore par divers motifs, notamment via la mise au point de réactions d'halogénation sélective et de couplages pallado-catalysés. Ainsi, 5 nouvelles molécules hits (4 anti-kinétoplastidés et 1 sélective de T. brucei) ont été identifiées (0,01 µM ≤ CI50 ≤ 7 µM et 13 < IS < 1500), trois d'entre-elles étant des substrats sélectifs des nitroréductases parasitaires de type I. Afin de préciser les relations structure-activité, une étude des potentiels de réduction a également été menée. Des études physico-chimiques (solubilité, test de perméabilité PAMPA) et pharmacocinétiques in vitro (stabilité microsomale et fixation à l'albumine humaine) sont venues compléter ce travail. Enfin, des évaluations de la mutagénicité et de la génotoxicité de ces hits sur des cellules procaryotes et humaines ont été conduites, dans le but de statuer sur leur potentiel pharmaceutique antiparasitaire humain et vétérinaire. / Kinetoplastids are flagellated protozoan parasites responsible for lethal neglected tropical diseases, such as visceral leishmaniasis (L. donovani and L. infantum) or sleeping sickness (T. brucei brucei), for which very few drugs are available. Nowadays, nitroheterocyclic compounds present a renewed interest as anti-infective agents, as illustrated by the development of fexinidazole and delamanid. Some recent studies demonstrated that the antikinetoplastid activity of these derivatives involves their selective bioactivation by parasitic nitroreductases, leading to the formation of electrophilic reduced metabolites, highly cytotoxic. Based on preliminary studies conducted in our team in 8-nitroquinolin-2(1H)-one series, this PhD work is about the synthesis and in vitro antiparasitic study of 80 derivatives mainly functionalized at positions 3 and 6 of the pharmacophore by various substituents, especially via the optimization of selective halogenation and pallado-catalyzed cross coupling reactions. Thereby, 5 new hit compounds (4 antikinetoplastid and 1 selective of T. brucei) were identified (0.01 µM ≤ IC50 ≤ 7 µM and 13 < SI < 1500), three of them being selective substrates of type I parasitic nitroreductases. In order to refine the structure-activity relationship studies, an analysis of reduction potentials was also conducted. In vitro physicochemical (solubility, PAMPA permeability assay) and pharmacokinetic (microsomal stability and human albumin binding) experiments completed this work. Finally, the mutagenicity and genotoxicity evaluations of these new hit compounds toward prokaryotic and human cells were realized, in order to assess their human and veterinary antiparasitic pharmaceutical potential.

La résistance des moustiques aux insecticides pyréthrinoïdes (PYRs) menace les programmes de lutte anti-vectorielle à l'échelle mondiale. Chez le moustique Aedes aegypti, vecteur de la dengue et du Chikungunya, les principaux mécanismes causant cette résistance ont été identifiés. La résistance métabolique joue alors un rôle important et consiste en une biodégradation accrue de l'insecticide par des enzymes de détoxication. Néanmoins, les bases moléculaires de ce mécanisme restent méconnues. La plupart des gènes impliqués dans la résistance métabolique aux PYRs ont été identifiés par des approches transcriptomiques, mais les modifications génomiques à l'origine de leur sur-expression dans les populations résistantes ainsi que les modifications structurales des enzymes en lien avec la résistance restent méconnues. Cette thèse vise alors à utiliser les nouvelles approches de séquençage à haut débit (NGS) pour caractériser les mécanismes moléculaires de la résistance aux PYRs chez le moustique Ae. Aegypti. La première partie de la thèse présente une étude pilote RNA-seq menée sur des populations de laboratoire sélectionnées avec des insecticides. Cette étude a pour objectif d'évaluer les avantages des NGS pour l'étude des mécanismes de résistance chez les moustiques. Le rôle des enzymes de détoxication dans la résistance a ainsi été clairement confirmé. Plusieurs gènes codant pour ces enzymes apparaissent sur-exprimés dans les populations résistantes et un important regroupement de P450 montre une forte empreinte de sélection en lien avec la résistance aux PYRs. La seconde partie de la thèse présente une étude sur des populations naturelles échantillonnées sur divers continents. Cette étude combine les technologies d'enrichissement génomique et de DNA-seq afin d'étudier les variations génomiques liées à la résistance au PYR Deltaméthrine. La comparaison de la couverture de séquençage entre populations résistantes et sensibles a permis d'identifier des variations de nombre de copies (CNVs) de certains gènes de détoxication associées à la résistance à la Deltaméthrine. Des mutations non-synonymes fortement liées au phénotype de résistance ont également été mises en évidence. La comparaison de ces marqueurs de la résistance entre les différentes populations a révélé que les gènes/mutations associés à la résistance à la Deltaméthrine sont peu conservés entre continents, probablement à cause des différences de fond génétique des populations, de leur histoire démographique et des pressions de sélections. La troisième partie de la thèse décrit une étude par RNA-seq portant sur les mêmes populations naturelles, visant à croiser des données de transcriptomique (expression des gènes et polymorphisme des transcrits) avec les données génomiques générées par l'étude précédente. Plusieurs enzymes de détoxications ont été retrouvées sur-exprimées chez les populations résistantes en lien avec les CNVs précédemment identifiées. Des centaines de variations de polymorphisme ont été identifiées par DNA-seq dans les zones cis-promotrices des différents gènes étudiés. Parmi ces variations, plusieurs apparaissent associées à la sur-régulation d'enzymes de détoxication. Enfin, la comparaison des données de polymorphismes obtenues par DNA-seq et RNA-seq a permis d'étudier les phénomènes d'expression d'allèles spécifiques en lien avec la résistance. Cette étude confirme l'intérêt de croiser des données de transcriptomique et de génomique pour caractériser les bases moléculaires de la résistance aux insecticides. D'un point de vue général, cette thèse permet de mieux appréhender les mécanismes de résistance du moustique Ae. aegypti aux PYRs mais aussi d'identifier de nouveaux marqueurs de la résistance potentiellement utilisables pour développer de nouveaux outils moléculaires diagnostiques de la résistance sur le terrain. Ce travail met également en avant les apports des NGS pour l'étude fine des bases moléculaires de l'adaptation d'organismes modèles. / Mosquito control programs worldwide are increasingly threatened by resistance to pyrethroid insecticides (PYRs). In the dengue and chikungunya vector Aedes aegypti, the key resistance mechanisms include modifications in the protein targeted by insecticides (target-site mutations) and metabolic resistance, consisting in an increased insecticide biodegradation by so called detoxification enzymes. However, as opposed to target-site mutations, the molecular basis of metabolic resistance remains poorly understood. Most metabolic resistance genes have been detected by transcriptomic approaches based on their over-expressed in resistant populations, but genomic changes leading to these expression changes as well as structural changes in enzymes potentially involved in resistance remain unknown. In this context, this thesis aims at using next-generation sequencing approaches for characterizing PYR resistance mechanisms in the mosquito Ae. aegypti.The first chapter of this thesis describes a pilot study on laboratory insecticide-selected populations of Ae. aegypti. This study aims at investigating the benefits of next-generation sequencing for studying resistance mechanisms in mosquitoes. This study confirmed that detoxification enzymes play a key role in resistance, with several of them being over-expressed in resistant populations and a large cluster of cytochrome P450 genes showing a selection imprint associated with resistance to PYRs.The second chapter of this thesis describes a study conducted on natural mosquito populations from various continents. Combining genomic target enrichment (targeting about 800 genes potentially involved in resistance) and DNA-seq allowed unravelling genomic changes associated with resistance to the PYR deltamethrin. Comparing normalized sequencing coverage between resistant and susceptible populations identified significant copy number variations (CNVs) in several detoxification genes strongly associated to deltamethrin resistance. Non-synonymous mutations affecting detoxification enzymes associated to the resistance phenotype were also detected. Comparing resistance markers between populations from various continents revealed that genes/mutations associated with deltamethrin resistance are poorly conserved across continents, probably due to differences in the genetic background of populations but also differences in terms of demographic history and selection pressures.The third chapter describes an RNA-seq study performed on the same natural mosquito populations in order to cross-link transcriptomic data (gene expression and transcript polymorphism) with genomic data obtained from the previous study. Multiple detoxification enzymes were found over-transcribed in resistant populations linked with previously identified CNVs. Hundreds polymorphism variations were identified by targeted DNA-seq in cis-promoter regions of detoxification genes. Among them, several were associated with the upper-regulation of detoxification enzymes in resistant populations. Finally, cross-comparing polymorphism data obtain from DNA-seq and RNA-seq allowed investigating allele specific expression (ASE) events related to PYR resistance. Overall, this study confirmed the benefits of combining transcriptomic and genomic NGS approaches for studying the molecular basis of insecticide resistance.As a whole, this thesis not only contributed to better understand PYR resistance mechanisms in the dengue vector Ae. aegypti but also identified novel genomic markers of resistance opening the way for developing new molecular diagnostic to early detect and monitor resistance mechanisms in the field. This work also highlights the benefits of using NGS technologies for unravelling the molecular bases of adaptation in model organisms.

Comprendre les rétroactions entre les maladies infectieuses, la structure des écosystèmes et le développement économique est nécessaire pour alléger le fardeau des maladies tropicales négligées. Ce groupe d'infections parasitaires, virales, et bactériennes est étroitement associé à des conditions géographiques, environnementales, sanitaires et économiques particulières aux régions tropicales. A travers l'étude de l'ulcère de Buruli, une maladie émergente et négligée associé à une morbidité et handicap très importants dans des régions tropicales, ce travail de thèse s'intéresse aux interactions complexes entre ces différents composants des systèmes épidémiologiques. Combinant un travail de terrain important pour la collecte des données environnementales avec une approche de recherche multidisciplinaire, cette thèse vise à améliorer notre compréhension des différents aspects de l'écologie et de l'épidémiologie de cette maladie infectieuse. Notamment, la dynamique de son agent pathogène, M. ulcerans, est caractérisée pour un large éventail d'écosystèmes et communautés aquatiques au Cameroun, permettant d'identifier les facteurs environnementaux permettant sa propagation. En outre, nous évaluons la transmission de l'agent pathogène de l'environnement à l'homme et l'impact de la maladie sur le développement économique des populations endémiques. Ainsi, ce travail montre comment les dynamiques écologiques, épidémiologiques, environnementales et économiques interagissent de concert, mettant en évidence de façon criante le besoin d'une telle approche interdisciplinaire dans l'étude des maladies tropicales négligées. / Understanding the feedbacks between infectious diseases, ecosystem structure and economic development is necessary to alleviate the burden of Neglected Tropical Diseases. This group of parasitic, viral, and bacterial infections is closely associated with particular geographical and environmental conditions mainly present in the tropics, thriving under conditions of poverty, inefficient sanitation and malnutrition. This PhD thesis works through the case study of Buruli ulcer, an emerging and neglected infectious disease associated with a great morbidity and disability burden in tropical regions. Relying on an extensive environmental field survey and a multidisciplinary research approach, this PhD attempts to gain a better understanding of different aspects of the ecology and epidemiology of Buruli ulcer. Notably, the dynamics of its pathogen, M. ulcerans are characterized for a wide range of freshwater ecosystems and aquatic communities in Cameroon, and the environmental drivers of M. ulcerans presence are investigated. Furthermore, we assess the transmission of the pathogen from the environment to humans and the impact of the disease on the economic development of endemic populations. Thus, this work shows how the interplay between ecological, epidemiological and economic dynamics interact together and calls for an urgent need to apply such inter-disciplinary approach to decrease the burden of neglected tropical diseases.