Ziel der Dissertation war die enantioselektive Totalsynthese des aus Streptomyces alboniger und Streptomyces aurantiacus isolierten Makrodiolids Pamamycin-607 (1a). Neben ungewöhnlichen autoregulatorischen und anionophoren Eigenschaften zeigt der 16-gliedrige Makrocyclus 1a, der sich aus den beiden Hydroxysäuren 48 ("larger fragment") und 49 ("smaller fragment") zusammensetzt, eine ausgeprägte antibiotische Wirkung gegen Gram-positive Bakterien inklusive multipel-antibiotikaresistenter Stämme von Mycobacterium tuberculosis, sowie gegen einige phytopathogene Pilze. Derzeit arbeiten mehrere Gruppen an der Synthese dieser Verbindung, die bislang jedoch noch nicht erreicht werden konnte. Der in dieser Arbeit verfolgte Syntheseweg basiert entscheidend auf einem zuvor in der Arbeitsgruppe entwickelten generellen Zugang zu Actinsäuren und deren Analoga unter Nutzung neuer Methoden zur Darstellung und Elaboration von Sultonen als Schlüsseltransformationen. Ausgehend von Furan und enantiomerenreinem (S)-1,2-Epoxypentan konnte so durch die erstmalige Anwendung dieser sechsstufigen Sequenz ein effizienter Zugang zu dem Hydroxymethylester 62 erarbeitet werden. Die Umwandlung dieses Actinsäurederivates 62 in das Hydroxyalkylfuran 50, das den Ausgangspunkt für eine iterative Anwendung der oben erwähnten Sultonroute bildet, gelang in sechs Schritten durch Nutzung einer diastereoselektiven Hydroborierung unter Vermeidung von 1,3-Allylspannung als Schlüsselschritt. Ausgehend von 50 konnte das larger fragment von Pamamycin-607, das auch als Baustein homologer Pamamycine dient, in weiteren sechs Schritten synthetisiert werden. Dazu wurde nach intensiver Optimierungsarbeit wiederum der oben erwähnte Zugang zu Actinsäurederivaten in modifizierter Form genutzt. Das smaller fragment 49, welches lediglich das C-2-Epimere von 62 darstellt, ließ sich ebenfalls durch Anwendung der Sultonroute generieren. Der für Actinsäuren ungewöhnlichen Konfiguration an C-2 musste dabei durch eine leichte Abänderung der Sequenz Rechnung getragen werden. Ausgehend von literaturbekanntem 2-Brom-4-methylfuran gelangt man so in sechs Schritten zum Methylester des smaller fragment 7. Eine mit der Yamaguchi-Cyclisierung der aus 62 generierten Säure einhergehende Epimerisierung an C-2 ermöglichte nach Öffnung des resultierenden Monolactons unter Lewis-Säurekatalyse eine Verkürzung der Synthese des smaller fragment von Pamamycin-607 auf drei Schritte. Weitere Untersuchungen ergaben, dass 62 nach basischer Äquilibrierung mit DBU und flashchromatographischer Trennung der resultierenden 1:1-Epimerenmischung sogar direkt in den Methylester des smaller fragment 7 überführt werden kann. Während die Yamaguchi-Veresterung des hydroxylgeschützten smaller fragment mit carboxylgeschütztem larger fragment sehr effizient zum Kupplungsprodukt führte, ergab die Cyclisierung nach Entfernung der Schutzgruppen lediglich eine Mischung aus 2-epi-Pamamycin-607 und 2,2'-bisepi-Pamamycin-607. Durch Abbau von natürlichem Pamamycin konnte jedoch ein sechsstufiger Zugang zur Cyclisierungsvorstufe erarbeitet werden, wodurch weitere Untersuchungen zur abschließenden Cyclisierung erleichtert werden. Des weiteren gelang es, im Rahmen der Untersuchungen zur Chemie der Actinsäuren ausgehend von 62 einen generellen Zugang zu den korrespondierenden Aminoactinsäuren zu erarbeiten, die als Ausgangspunkt für die Synthese von Azamakrocyclen dienen können.

<div>Enantioselective syntheses of hexacyclic aspidoalbidine alkaloids (+)-fendleridine and (+)-acetylaspidoalbidine are described. These syntheses feature an asymmetric decarboxylative allylation and photocyclization of a highly substituted enaminone. Also, the synthesis highlights the formation of a C19-hemiaminal ether via a reduction/condensation/intramolecular cyclization cascade with the C21-alcohol. The present synthesis provides convenient access to the aspidoalbidine hexacyclic alkaloid family in an efficient manner.</div><div>A copper-catalyzed cross-coupling is described. Use of Cu(I) salts in the presence of allyl bromides and organostannyl furans were found to undergo catalytic turnover under ambient conditions and afford the coupled products in good to great yields. Model substrate screening led to conditions used in the concise formal synthesis of FR901464 analogues. Optimization of the described coupling step led to suppression of undesired isomers and byproducts affording the desired diene coupled product in high yield, stereo-, and regioselectivity on a multigram scale. Novel protection of the resulting diene moiety as an unconventional protecting group, and a facile four-step single column chromatographic stereoselective sequence are also reported.</div>

El consumo per cápita de ají fresco en el Perú es de 4.75 Kg al año, según datos de la Asociación de Exportadores (ADEX) en el 2017, esto representa un incremento en comparación a años anteriores, el cual está relacionado con el boom de la gastronomía peruana que incentiva el uso de ajíes en pastas o salsas en los últimos años. Además, esta tendencia de crecimiento también se refuerza gracias a las actividades realizadas por MINAGRI, esta entidad pública promueve la producción y consumo interno del ají por medio de mecanismos que dan a conocer la diversidad, usos, beneficios del ají peruano y lo que representa en nuestra cultura gastronómica. Por otro lado, un estudio realizado por la consultora Arellano acerca de las tendencias de consumo saludable indica que los peruanos destacan la buena alimentación como parte de una vida saludable y que además, el 45% de los limeños se fija en el contenido nutricional de los productos. Otro dato asociado a esta tendencia es que el 54% de los hogares se considera saludable, de acuerdo a la consultora KWP, que además señala que los consumidores saludables son más conscientes y cuidadosos en elegir productos de consumo. Por ello, siguiendo las tendencias del mercado surge Salsa Jajay, una salsa picante compuesta por ají nativo peruano con pulpa de fruta, un producto natural. La propuesta de valor de Jayay es brindar una salsa de ají deliciosa y de picante perfecto para acompañar los platos especiales con el fin de otorgar mayor sabor a las comidas / una salsa elaborada con insumos exóticos como el ají charapita, oriundo de la selva peruana, y el maracuyá. Asimismo, el consumo del mismo contribuye a la buena alimentación, puesto que los insumos utilizados poseen propiedades nutricionales beneficiosas para la salud, sumado al hecho de ser un producto libre de preservantes y conservantes artificiales. En adición a ello, Salsa Jayay se presenta como un producto ecofriendly, debido a que su envase es de vidrio, material reciclable y reutilizable. El público objetivo de Salsa Jayay son personas que gusten de un picante de origen autóctono, preparado de manera natural, que estén dispuestos a probar un nuevo y único sabor y que también suelan realizar compras online. Respecto a los canales de ventas del producto, estos serán: redes sociales (este medio incluye servicio de delivery), ferias de alimentos naturales y tiendas especializadas.

El consumo per cápita de ají fresco en el Perú es de 4.75 Kg al año, según datos de la Asociación de Exportadores (ADEX) en el 2017, esto representa un incremento en comparación a años anteriores, el cual está relacionado con el boom de la gastronomía peruana que incentiva el uso de ajíes en pastas o salsas en los últimos años. Además, esta tendencia de crecimiento también se refuerza gracias a las actividades realizadas por MINAGRI, esta entidad pública promueve la producción y consumo interno del ají por medio de mecanismos que dan a conocer la diversidad, usos, beneficios del ají peruano y lo que representa en nuestra cultura gastronómica. Por otro lado, un estudio realizado por la consultora Arellano acerca de las tendencias de consumo saludable indica que los peruanos destacan la buena alimentación como parte de una vida saludable y que además, el 45% de los limeños se fija en el contenido nutricional de los productos. Otro dato asociado a esta tendencia es que el 54% de los hogares se considera saludable, de acuerdo a la consultora KWP, que además señala que los consumidores saludables son más conscientes y cuidadosos en elegir productos de consumo. Por ello, siguiendo las tendencias del mercado surge Salsa Jajay, una salsa picante compuesta por ají nativo peruano con pulpa de fruta, un producto natural. La propuesta de valor de Jayay es brindar una salsa de ají deliciosa y de picante perfecto para acompañar los platos especiales con el fin de otorgar mayor sabor a las comidas; una salsa elaborada con insumos exóticos como el ají charapita, oriundo de la selva peruana, y el maracuyá. Asimismo, el consumo del mismo contribuye a la buena alimentación, puesto que los insumos utilizados poseen propiedades nutricionales beneficiosas para la salud, sumado al hecho de ser un producto libre de preservantes y conservantes artificiales. En adición a ello, Salsa Jayay se presenta como un producto ecofriendly, debido a que su envase es de vidrio, material reciclable y reutilizable. El público objetivo de Salsa Jayay son personas que gusten de un picante de origen autóctono, preparado de manera natural, que estén dispuestos a probar un nuevo y único sabor y que también suelan realizar compras online. Respecto a los canales de ventas del producto, estos serán: redes sociales (este medio incluye servicio de delivery), ferias de alimentos naturales y tiendas especializadas. / Per capita consumption of fresh chili in Peru is 4.75 Kg per year, according to data from the Association of Exporters (ADEX) in 2017, this represents an increase compared to previous years, which is related to the boom in Peruvian gastronomy that encourages the use of chili peppers in pasta or sauces in recent years. In addition, this growth trend is also reinforced thanks to the activities carried out by MINAGRI, this public entity promotes the production and internal consumption of chili through mechanisms that publicize the diversity, uses, benefits of Peruvian chili and what it represents in gastronomic culture. On the other hand, a study carried out by the consultant Arellano on the trends of healthy consumption indicates that Peruvians emphasize good nutrition as part of a healthy life and that, in addition, 45% of people in Lima focus on the nutritional content of products. Another fact associated with this trend is that 54% of households consider themselves healthy, according to the KWP consultancy, which also indicates that healthy consumers are more aware and careful in choosing consumer products. For this reason, following market trends, Salsa Jajay appears, a spicy sauce made from native Peruvian chili with fruit pulp, a natural product. Jayay's value proposition is to offer a delicious and spicy chili sauce perfect to accompany special dishes in order to give more flavor to meals; a sauce made with exotic inputs such as the chili pepper, native to the Peruvian jungle, and passion fruit. Likewise, its consumption contributes to good nutrition, since the inputs used have beneficial nutritional properties for health, added to the fact that it is a product free of preservatives and artificial preservatives. In addition to this, Salsa Jayay is presented as an eco friendly product, because its packaging is glass, recyclable and reusable material. The target audience for Salsa Jayay are people who like a spicy of indigenous origin, prepared in a natural way, who are willing to try a new and unique flavor and who also usually shop online. Regarding the sales channels of the product, these will be: social networks (this means includes delivery service), natural food fairs and specialized stores. / Trabajo de investigación

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<p>Systemic fungal infections brought about by <em>Cryptococcus</em> species are associated with some of the highest mortality rates of any infectious disease. Alarmingly these pathogens have overtaken tuberculosis as the second greatest killer among Sub-Saharan AIDS patients and are an emerging disease among immunocompetent populations on the Pacific Coast of North America. This clinical threat has been exacerbated by our inability to discover novel compounds that specifically target fungal cellular architecture at the genus level. To confront this challenge, we have made a concerted effort to biologically prospect the vast chemical potential of Actinomycete bacteria isolated from diverse and underexplored niches around the world. A novel phenotypic screen was developed whereby bacterial small molecule producers were co-cultured on agar plates in an intimate setting with evolutionary distant fungal pathogens <em>Candida albicans</em> and <em>Cryptococcus neoformans</em>. Diffusible small molecules released by the organisms created a signaling environment that stimulated profound phenotypic changes both in the Actinomycetes and the pathogens. We were able to discern a unique relationship whereby the growth of <em>C. neoformans</em> was specifically inhibited by Nigerian soil Actinomycete isolate curated as WAC 2288. Further bioactivity guided purification and chemical analysis lead to the identification of ibomycin, a previously undescribed 34 membered macrolactone decorated with seven sugar moieties. A draft genome of WAC 2288 revealed a 140kb gene cluster containing 12 type I PKS modules and downstream capacity to generate rare sugars are responsible for ibomycin biosynthesis. Purification of ibomycin analogs has revealed that the terminal vancosamine on the molecule is dispensable for bioactivity, establishing a chemical antecedent for target identification through affinity chromatography. Throughout these studies the unprecedented anticryptococcal activity of ibomycin is consistently recapitulated. Future work on the molecule may validate ibomycin as an effective antifungal therapy.</p> / Master of Science (MSc)

Methyl group transfer from S-adenosyl-l-methionine (AdoMet) to various substrates including DNA, proteins, and natural products (NPs), is accomplished by methyltransferases (MTs). Analogs of AdoMet, bearing an alternative S-alkyl group can be exploited, in the context of an array of wild-type MT-catalyzed reactions, to differentially alkylate DNA, proteins, and NPs. This technology provides a means to elucidate MT targets by the MT-mediated installation of chemoselective handles from AdoMet analogs to biologically relevant molecules and affords researchers a fresh route to diversify NP scaffolds by permitting the differential alkylation of chemical sites vulnerable to NP MTs that are unreactive to traditional, synthetic organic chemistry alkylation protocols. The full potential of this technology is stifled by several impediments largely deriving from the AdoMet-based reagents, including the instability, membrane impermeability, poor synthetic yield and resulting diastereomeric mixtures. To circumvent these main liabilities, novel chemoenzymatic strategies that employ methionine adenosyltransferases (MATs) and methionine (Met) analogs to synthesize AdoMet analogs in vitro were advanced. Unstable AdoMet analogs are simultaneously utilized in a one-pot reaction by MTs for the alkylrandomization of NP scaffolds. As cell membranes are permeable to Met analogs, this also sets the stage for cell-based and, potentially, in vivo applications. In order to further address the instability of AdoMet and analogs thereof, MAT-catalyzed reactions utilizing Met and ATP isosteres generated highly stable AdoMet isosteres that were capable of downstream utilization by MTs. Finally, the development, use, and results of a high-throughput screen identified mutant-MAT/Met-analog pairs suitable for postliminary bioorthogonal applications.

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Les gymnodimines, les spirolides, les pinnatoxines et les ptériatoxines constituent une famille de toxines d’origine marine de structures complexes, produites en faibles quantités par des microorganismes marins appelés dinoflagellés. Ces toxines sont connues pour bloquer les récepteurs nicotiniques de l’acétylcholine (nAChRs) sans que leur mode d’action ne soit connu avec précision. D’après les différents tests biologiques réalisés à ce jour, il semblerait que le motif spiroimine, commun à toutes ces molécules, soit essentiel pour l’activité antagoniste. Un accès rapide à ce motif spiroimine ainsi qu’à de plus grandes quantités du produit naturel permettraient une meilleure compréhension du mode d’action de cette famille de toxines. Le travail réalisé au cours de cette thèse s’est d’une part focalisé sur la synthèse de ce coeur spiroimine de la (–)-gymnodimine A et d’autres part tourné vers le développement d’une nouvelle méthodologie d’additon énantiosélective de silyloxyfuranes sur des accepteurs de Michael cycliques. Dans un premier temps, la mise en place de la chaîne latérale de la (–)-gymnodimine A en position C7 en α du carbone quaternaire a été explorée par plusieurs approches diastéréocontrolées. C’est finalement l’utilisation de la réaction de Michael entre un organocuprate et une énone possédant le centre quaternaire en position C22 en présence de TMSCl qui a permis d’introduire un nucléophile avec la diastéréosélectivité désirée. Un précurseur du cœur spiroimne hautement fonctionalisé a alors été préparé avec une diastéréoselctivté de 83/17. Dans un second temps, un travail méthodologique nous a également permis de développer pour la première fois une version énantiosélective de la réaction de Mukaiyama-Michael vinylogue entre un silyloxyfurane et un accepteur de Michael cyclique. C’est l’utilisation d’un complexe de cuivre-(II) avec l’iso-propyl bis(oxazoline) qui s’est révélée être le système le plus performant pour accéder aux buténolides. En l’occurrence, nous avons testé la méthode avec un évantail de β-cétoesters α,β-insaturés cycliques aboutissant aux adduits de Michael avec une diastéréosélectivité totale et de bonnes énantiosélectivités pouvant aller jusqu’à 96%. Nous avons également proposé un état de transition de type Diels-Alder avec une approche exo du silyloxyfurane afin de rationnaliser les énantiosélectivités observées. / Gymnodimines, spirolides, pinnatoxines and pteriatoxines constitute a family of marine toxins with complex structures. They are produced in small amounts by marine microorganisms called dinoflagellates. These toxins are known to block the nicotinic acetylcholine receptors (nAChR), but the exact mode of action remains largely unknown. Biological tests have showed that the spiroimine moiety, the common feature of these molecules, is crucial for antagonist activity. A rapid access to this spiroimine core and to larger amount of this natural product could lead to a better understanding of the mode of action of this toxin family. This Ph.D. work has been focused on the synthesis of the spiroimine core of (–)-gymnodimine A, and on to the development of new methodology in order to add enanstioselectively silyloxyfurans to cyclic Michael acceptors. In the first part, the insertion of the side chain of (–)-gymnodimine A in poistion C7 next to the quaternary carbon has been explored by several diastereoselctive approaches. We found out that the use of the Michael addition of an organocopper reagent in the presence of TMSCl on an enone bearing the quaternary center at C22 positon was the only way to reach the expected diastereomer. Thus we obtained a key intermediaite with an interesting 83/17 diastereoselctivity for the synthesis of the spiroimine core of (–)-gymnodimine A. In a second time, a methological work allowed us to develop the first enantioselective vinyloguous Mukaiyama-Michael reaction between a silyloxyfuran and a cyclic Michael acceptor. The expected butenolide could be obtained with excellent diastereoselcetivity and good enantioselectivtities up to 96% by using iso-propyl bis(oxazoline) copper-(II) complex. This method proved to be relevant with various cyclic α,β-unsaturated β-ketoesters. Moreover, we proposed a Diels-Alder type transition state with an exo approach of the silyloxyfuran in order to rationalise the asymmetric induction.

Les produits naturels (PNs) englobent une énorme diversité chimique qui a conduit à la découverte de médicaments révolutionnaires contre le cancer, contre les maladies infectieuses et contre d'autres maladies. La majorité des médicaments actuellement approuvés sont des dérivés de PNs, où nombre d’entre eux engagent des cibles considérées comme non thérapeutiques. Malgré ces avantages, les PNs posent des problèmes au niveau de l’isolement, de la déréplication, du réapprovisionnement et de la traçabilité chimique. Compte tenu du besoin urgent de découvrir de nouvelles molécules bioactives contre de nouvelles cibles pour tous les types de maladies, des stratégies innovantes sont nécessaires pour revigorer la découverte de médicaments à partir des PNs. Nous avons développé une plateforme utilisant Saccharomyces cerevisiae pour la production hétérologue de molécules similaire aux PNs, appelée « produits naturels synthétiques » (PNSs). Nous avons synthétisé une vaste bibliothèque de gènes impliqués dans la biosynthèse de PNs (GBSs) provenant de plantes, de champignons et de bactéries, pour lesquels leur contenu en GC et leurs codons ont été optimisés pour l’expression dans S. cerevisiae. Ces gènes sont assemblés en chromosomes artificiels de levure pour générer de vastes bibliothèques combinatoires de BSG pour la production de molécules similaires aux PNs. Les bibliothèques de PNSs peuvent être directement criblées contre des microorganismes ou des cibles spécifiques dans des essais à haut débit. J'ai effectué le criblage de bibliothèques de PNSs contre une variété de cibles bactériennes et humaines. L'un de ces criblages a conduit à la découverte de PNSs ayant une activité antimicrobienne contre un groupe de pathogènes cliniquement pertinents. Récemment, certaines équipes scientifiques, dont la nôtre, ont découvert que l'hyperactivation de la protéase mitochondriale humaine CLPP par les composés anticancéreux ONC201 et ONC212, qui sont présentement en phase préclinique, provoque la mort cellulaire par protéolyse mitochondriale incontrôlée. Cependant, j'ai trouvé que ONC201/212 activent également la version bactérienne de ClpP et ils pourraient donc perturber le microbiome. J'ai donc développé des essais génétiques de substitution dans la levure pour les protéases ClpP afin de cribler pour des activateurs plus spécifiques. Ensuite, j'ai adapté mon approche dans la levure pour le criblage d’inhibiteurs de la protéase principale (Mpro) et de l'endoribonucléase (NendoU) de SRAS-CoV-2, afin de répondre au besoin pour des thérapies antivirales efficaces afin de traiter les personnes atteintes de la forme grave de la COVID-19. Enfin, une autre variante de mon approche dans la levure a également été développée pour le criblage de stabilisateurs de l'interaction entre FKBP12 et calcineurine dans le but d'identifier de nouveaux immunosuppresseurs qui présentent moins d'effets secondaires. Le criblage de ces différents essais m’a permis d’identifier des candidats potentiels pour chaque cible. Bien que les tests faits dans la levure soient utilisés dans le contexte de criblages traditionnels, l’utilisation de la plateforme PNS permet d’explorer un espace chimique inaccessible auparavant afin de favoriser la découverte de médicaments, le tout de manières économique, modulable et durable. / Natural products (NPs) encompass enormous chemical diversity, leading to revolutionary medicines in cancer, infectious disease, and other indications. The majority of currently approved drugs are derived from NPs, with many of them engage targets otherwise viewed as undruggable. Despite these advantages, NPs pose problems in isolation, dereplication, resupply and chemical tractability. Given the pressing need to discover bioactive chemical matter against new targets in all disease areas, innovative strategies are required to reinvigorate NP-based drug discovery. We have developed a Saccharomyces cerevisiae platform for heterologous production of NP-like chemical matter, termed Synthetic Natural Products (SynNPs). We synthesized an extensive library of codon- and GC-content optimized NP biosynthetic genes (BSGs) from plants, fungi and bacteria. These genes are then assembled into programmable yeast artificial chromosomes (YAC) to generate vast combinatorial BSG libraries that produce NP-like molecules. SynNP libraries can be directly screened in high-throughput in either cell- or target-based assays. I constructed and screened SynNP libraries in yeast-based surrogate genetic assays against a variety of bacterial and human targets. One of these screens led to the discovery of SynNPs with antimicrobial activity against a panel of clinically relevant pathogens. Recently, we and others discovered that hyperactivation of the human mitochondrial caseinolytic protease proteolytic subunit (CLPP) by the preclinical anti-cancer compounds ONC201 and ONC212 causes cell death by rampant mitochondrial proteolysis. However, I found that ONC201/212 also activates bacterial ClpP and could therefore disrupt the microbiome. I thus developed yeast-based surrogate genetic assays for ClpP proteases to screen for more specific activators. Then, I adapted my yeast-based approach to screen for inhibitors of SARS-CoV-2 main protease (Mpro) and endoribonuclease (NendoU) to address the need for efficacious antiviral therapies to mitigate the COVID-19 pandemic. Finally, I developed another variant of my yeast-based approach to screen for stabilizers of the interaction between FKBP12 and calcineurin to identify novel candidate immunosuppressants. Screens with these various assay formats allowed me to identify candidate hits for each target. In summary, the SynNP platform allows the exploration of new-to-nature NP-like chemical space for drug discovery in a cost-effective, scalable and sustainable manner, and yeast-based surrogate genetic assays can be used to screen both existing chemical libraries and SynNP libraries.