L'apoptose, appelée aussi mort cellulaire programmée, est un processus physiologique qui permet d'éliminer les cellules endommagées ou superflues lors du développement cellulaire. Le phénomène d'échappement à l'apoptose est une caractéristique fondamentale d'une cellule cancéreuse. Une des voies d'induction principale de l'apoptose est contrôlée par la famille des protéines Bcl-2 qui comprend des protéines pro-apoptotiques (comme Bak ou Bid) et des protéines anti-apoptotiques (comme Bcl-xL, Bcl-2 et Mcl-1). Dans de nombreux cancers, certaines protéines anti-apoptotiques de cette famille sont surexprimées ce qui induit une inhibition de l'apoptose et une résistance aux traitements classiques. Cette famille de protéines est une cible stratégique et prometteuse pour développer une nouvelle classe d'agents anticancéreux. Notre équipe a entrepris un criblage d'extraits bruts de plantes d'origine géographique variée sur l'interaction Bcl-xL/Bak. Cette étude préliminaire a conduit à la caractérisation de la meiogynine A, un sesquiterpène dimère isolé des écorces de Meiogyne cylindrocarpa, une plante de Malaisie. Ce composé est un inhibiteur naturel de l'interaction entre Bcl-xL et le peptide Bak et entre Mcl-1 et le peptide Bid. La synthèse totale de la meiogynine A a été développée dans l'équipe et repose sur une cycloaddition de Diels-Alder entre un triène et un diénophile. Deux analogues de 1ère génération, où le cyclohexane a été remplacé par un cycle aromatique, ont été synthétisés et ont montré une bonne activité in vitro et in cellulo. Cependant, la cycloaddition de Diels-Alder est très longue. Dans un premier temps, afin d'améliorer la réactivité des triènes cibles et d'effectuer des relations structure activité au niveau de la partie "Sud" de la meiogynine A, la synthèse de triènes chlorés originaux diversement fonctionnalisés au niveau de la partie aromatique a été réalisée. Deux diénophiles différents ont également été synthétisés en vue de modifier la partie "Est" de la meiogynine A. Plusieurs analogues ont ainsi été obtenus et ont été évalués biologiquement sur les protéines anti-apoptotiques Bcl-xL et Mcl-1 sur des tests in vitro. Dans un deuxième temps, des études préliminaires de l'interaction protéine/ligand ont été commencées en synthétisant deux sondes photoactivables. / Apoptosis, or programmed death, is used by multicellular organisms to regulate tissue homeostasis through the elimination of useless or potentially harmful cells. One of the main apoptotic pathways is controlled by the Bcl-2 family of proteins. These proteins are divided into pro-apoptotic members (as Bak or Bid) and anti-apoptotic members (as Bcl-xL, Mcl-1 or Bcl-2). In some cancers, they are often overexpressed in many kinds of cancer or are involved in the resistance to chemotherapy. Targeting these proteins is a highly promising strategy for anticancer therapy that has emerged over the last decades. Our team underwent a bioassay-guided screening of various plants extracts. A few years ago, meiogynin A, a dimeric sesquiterpenoid was isolated from a Malaysian tree bark using a bioassay-guided screening. This compound is a natural bcl-xL and Mcl-1 inhibitor. Total synthesis of meiogynine A was developped by our team and the final step is a Diels-Alder cycloaddition reaction between a triene and a dienophile. Then, the synthesis of two anlogues was performed, where the cyclohexane is replaced by an aromatic, and they shown a good biological activity in vitro and in celullo. Nevertheless, the Diels-Alder reaction is very slow. In order to improve triene reactivity and to perform structure activity relationship in the south part of meiogynine A, the synthesis of various original chlorinated triene functionnalized in the aromatic was realised. Two differents dienophiles was synthesized in order to modify the east part of the molecule. Several analogues were obtained et were evaluated on Bcl-xL and Mcl-1 proteins.Also, preliminary studies on protein/ligand interaction was started by the synthesis of two photoactivable probes.

La mitochondrie joue un rôle capital dans la mort cellulaire programmée ou apoptose par l’intermédiaire des protéines de la famille Bcl-2. Le dérèglement de l'apoptose dans de nombreux cancers fait de cette voie et des protéines de la famille Bcl-2 des cibles prometteuses pour la thérapie anti-cancéreuse. Le développement de petites molécules ciblant les protéines de la famille Bcl-2 s’est toutefois révélé être un grand défi, et peu d’entre elles ont atteint des études de phase clinique. Cependant, depuis une quinzaine d’années, grâce à des approches variées et souvent innovantes, des composés très actifs ont été développés. Plusieurs composés sont actuellement en essais clinique et une molécule, le venetoclax, a obtenu la première autorisation de mise sur le marché en avril 2016. Ce succès thérapeutique démontre que les protéines de la famille de Bcl-2 sont des cibles potentielles pour la thérapie anticancéreuse.Les substances naturelles sont une source importante de nouvelles molécules à structures originales, et de nombreux médicaments utilisés actuellement en chimiothérapie sont d’origine naturelle. La meiogynine A est un triterpène dimère qui a été isolé et synthétisé dans notre équipe. Ce composé possède une activité inhibitrice duale des protéines anti-apoptotiques Bcl-xL et Mcl-1. Des analogues de première et deuxième génération ont été élaborés par la suite, parmi lesquels, certains présentent une activité duale sub-micromolaire. Contrairement aux analogues de première génération, ces composés ne sont cependant pas cytotoxiques, probablement en raison de la présence d’une fonction ester sur la chaine latérale qui peut s’hydrolyser en un métabolite inactif.Mon projet de thèse vise à élaborer des analogues de troisième génération de la meiogynine A possédant une activité inhibitrice multiple sub-micromolaire des protéines anti-apoptotiques Bcl-xL, Mcl-1, Bcl-2 et cytotoxiques sur des lignées cellulaires surexprimant ces mêmes protéines. Pour cela, un essai biologique de mesure d’inhibition de l’interaction Bcl-2/Bim a été mis en place et robotisé afin d’évaluer l’activité biologique des composés synthétisés. De plus, la voie de synthèse bioinspirée d’un précurseur commun des nouveaux analogues a été mise au point à l’échelle de plusieurs grammes. Ce précurseur a permis d’élaborer différents analogues de troisième génération de la meiogynine A en réalisant des pharmacomodulations sur la chaîne latérale afin de remplacer la fonction ester des analogues de deuxième génération par un groupement stable et résistant in cellulo. Différentes séries ont été envisagées (alcènes, amines, amides, carbamates et triazoles). L’activité biologique des composés synthétisés a été évaluée sur les trois cibles in vitro. Finalement, des analyses de cytotoxicité pour les analogues les plus actifs ont été réalisées par nos collaborateurs à l’Institut Gustave Roussy. / Apoptosis is used by multicellular organisms to regulate tissue homeostasis through the elimination of useless or potentially harmful cells. The key players of apoptosis are caspases, a family of proteases whose activation is induced by two major signalling pathways. One of these pathways (the intrinsic pathway) is regulated by the Bcl-2 family of proteins. In recent years, numerous studies have shown that overexpression of the antiapoptotic Bcl-2, Bcl-xL or Mcl-1 proteins is involved in the development of many kinds of cancers or confers resistance to apoptosis induced by standard anticancer therapies. Consequently, targeting this family of proteins is a highly promising strategy for tumour treatment.The feasibility of disrupting protein-protein interactions between anti- and pro-apoptotic members of the Bcl-2 family, using small-molecule inhibitors has been successfully established, and venetoclax was the first to obtain the FDA authorisation in April 2016 as an inhibitor of anti-apoptotic proteins of Bcl-2.Natural products are still playing a significant role in drug discovery and development process. Thus, from the 1940’s to date, 75% of the 175 small molecules used in cancer therapy, are either natural products or derivatives of natural compounds. Screening of plant extracts, marine organisms or microorganisms can provide highly original and functionalized bioactive molecules that are unlikely obtained by screening synthetic libraries. In fact, structural complexity is often a criterion of specificity for biological target.Meiogynin A is an original molecule isolated from a Malaysian Annonaceae and synthesized in our team in 2009. It exhibited a promising inhibitory activity of Bcl-2, Bcl-xL and Mcl-1, three anti-apoptotic proteins of Bcl-2 family whose overexpression is correlated with many cancers. 1st- and 2nd-generation analogs were further elaborated. Despite their remarkable affinity towards target proteins, 2nd-generation analogs lacked cytotoxicity, probably due to the presence of an ester linker that could undergo competitive hydrolysis in cellulo, leading to an inactive metabolite.We aim to develop 3rd-generation analogues of meiogynine A exhibiting high affinity towards multiple anti-apoptotic members of Bcl-2 family as well as cytotoxicity on cancer cells that overexpress these proteins. For this, a new fluorescence polarization inhibition test for Bcl-2/Bim interaction has been implemented, and meiogynine A and its analogues have been tested against the new interaction. In addition to Bcl-xL/Bak and Mcl-1/Bid interaction inhibition, these molecules showed an ability to inhibit Bcl-2/Bim interaction. Thus, they are considered multiple inhibitors.3rd-generation analogues of meiogynine A were obtained by pharmacomodulation of a common precursor that was synthesized on a gram-scale through a bioinspired Diels-Alder reaction. Several functional groups that have better stability in vivo than the ester group were anticipated, such as the amines, amides, carbamates and triazoles. Biological activity of the synthesized analogues was evaluated, and those presenting the best inhibitory profile were evaluated in cellulo by our collaborators in the Institut Gustave Roussy.

La régulation de l'apoptose fait partie des nouvelles cibles thérapeutiques dans la lutte contre le cancer. L'apoptose est l'autodestruction programmée des cellules qui, suite à un besoin physiologique, permet de réguler le développement des cellules. Dans de nombreux cancers, ce mécanisme est inhibé par une surexpression des protéines anti-apoptotiques de la famille Bcl-2 comme Bcl-xL et Mcl-1. Ce phénomène entraîne le développement des cellules tumorales et des résistances aux chimiothérapies. Dans cette optique, notre équipe à l'Institut de Chimie des Substances Naturelles a développé un criblage de plantes tropicales sur ces cibles. Des écorces d'une annonacée de Malaisie, Meiogyne Cylindrocarpa, a été isolé un sesquiterpène dimère, la meiogynine A, présentant une bonne affinité vis-à-vis de Bcl-xL (Ki = 10.7 M). Sa synthèse totale a été réalisée au laboratoire afin de déterminer sa configuration absolue et d'étudier les premières relations structure activité. Un de ses diastéréoisomères a également présenté une bonne affinité vis-à-vis de la protéine Bcl-xL.Afin d'étudier et d'approfondir les premières relations structure activité, la modulation de la meiogynine A a été réalisée. La synthèse des diénophiles acides a été optimisée afin de conduire majoritairement aux diénophiles précurseurs des composés actifs. Différents triènes ont également été synthétisés au laboratoire en vue de modifier la partie Sud de la meiogynine A. Plusieurs analogues ont ainsi pu être obtenus et ont été évalués biologiquement sur des tests in vitro et ex vivo. Des études de modélisation moléculaire et de RMN structurale ont également été réalisées.

La régulation de l’apoptose fait partie des nouvelles cibles thérapeutiques dans la lutte contre le cancer. L’apoptose est l’autodestruction programmée des cellules qui, suite à un besoin physiologique, permet de réguler le développement des cellules. Dans de nombreux cancers, ce mécanisme est inhibé par une surexpression des protéines anti-apoptotiques de la famille Bcl-2 comme Bcl-xL et Mcl-1. Ce phénomène entraîne le développement des cellules tumorales et des résistances aux chimiothérapies. Dans cette optique, notre équipe à l’Institut de Chimie des Substances Naturelles a développé un criblage de plantes tropicales sur ces cibles. Des écorces d’une annonacée de Malaisie, Meiogyne Cylindrocarpa, a été isolé un sesquiterpène dimère, la meiogynine A, présentant une bonne affinité vis-à-vis de Bcl-xL (Ki = 10.7 M). Sa synthèse totale a été réalisée au laboratoire afin de déterminer sa configuration absolue et d’étudier les premières relations structure activité. Un de ses diastéréoisomères a également présenté une bonne affinité vis-à-vis de la protéine Bcl-xL.Afin d’étudier et d’approfondir les premières relations structure activité, la modulation de la meiogynine A a été réalisée. La synthèse des diénophiles acides a été optimisée afin de conduire majoritairement aux diénophiles précurseurs des composés actifs. Différents triènes ont également été synthétisés au laboratoire en vue de modifier la partie Sud de la meiogynine A. Plusieurs analogues ont ainsi pu être obtenus et ont été évalués biologiquement sur des tests in vitro et ex vivo. Des études de modélisation moléculaire et de RMN structurale ont également été réalisées. / The control of the apoptosis is one of the new modern key to fight against the cancer. The apoptosis is the self destruction of cells, part of the homeostasis, which regulates the cell developement. In several cancers, the over-expression of anti-apoptotic proteins, as Bcl-xL and Mcl-1 parts of the Bcl-2 proteins family, inhibate this naturel process. This phenomenum induce the tumoral cells developement and the chemotherapy’s resistance. In order to find new compounds which can regulate the apoptosis, our group in the Institut de Chimie des Substances Naturelles has screened different tropical plants on these targets. A Malaysian plant, Meiogynine Cylindrocarpa, was selected and the phyotchemist work on this plant gave us a new sesquiterpen , the meiogynin A (Ki = 10.7 M on Bcl-xL). Its total synthesis was realised in our laboratory in order to determine its absolute configuration and find the first structure activity relation. One of the synthetised diastereoisomers has presented a better affinity toward the protein. In order to precise these first structure activity relations, the modulation of the meiogynin A was initiated. The synthesis of the acid dienophiles was optimised, the main compounds are the precursors of the active decalins. New triene was also obtained in order to modulate the South Part of the meiogynin A. Thanks to a Diels-Alder reaction, these precursors were combined in order to form new analogues of the meiogynin A. All these compounds were biologically tested (in vitro et ex vivo). Experiments of molecular docking and 2D NMR were also realised.