Malgré des progrès importants réalisés ces dernières années, la lutte contre les infections virales (SIDA, hépatites etc.) et les cancers demeurent un problème de santé mondiale. Ce bref bilan met en évidence la nécessité de développer de nouvelles molécules pour contourner les limites des traitements disponibles actuellement. Cette thèse, articulée autour de trois grands thèmes, s’inscrit dans ce contexte. Nous avons d’abord mis au point de manière rationnelle de nouveaux ligands d’ARN capables de se lier sélectivement à certaines structures secondaires de type tige-boucle ou tige-renflement de l’ARN TAR du VIH-1. Ces ligands interagissent avec l’ARN grâce à l’action coopérative de deux motifs de reconnaissance : (i) une nucléobase modifiée qui peut reconnaitre spécifiquement une paire de base de l’ARN et (ii) des acides aminés qui agissent avec les bases non appariées de l’ARN. Ces deux motifs sont reliés grâce à une matrice aliphatique (ligands non nucléosidiques) ou une matrice 2-désoxyribose (ligands nucléosidiques). Des études biophysiques et biologiques ont été menés en collaboration avec l’équipe du Dr. L. Briant (CEAPBS, UMR5236-CNRS) pour connaitre leur activité antivirale et leur site d’interaction sur la cible. Nous avons ensuite développé des molécules de type benzènesulfonamide thiazoles pour cibler le mélanome résistant aux inhibiteurs de B-Raf. Des modulations effectuées sur ce squelette nous ont permis d’établir des relations structure/activité, en collaboration avec l’équipe de Dr. S. Rocchi (C3M, INSERM U895). Enfin, nous avons développé une stratégie de modification post-synthétique d’oligonucléotides en position anomérique par réaction clic. / Despite significant progress made in recent years, the fight against viral infections (AIDS, Hepatitis, etc.) and cancer remains a global health problem. This brief summary underlines the need for new compounds in order to overcome the limitations of currently available drugs. To this end, the main objective of this thesis is to address these issues by the investigation of three major research projects. We first developed new RNA ligands that selectively bind to RNA secondary structures such as the stem-loop or the stem-bulge of HIV-1 TAR RNA. These ligands interact with RNA thanks to the presence of two RNA binding domains acting in a cooperative manner: (i) a modified nucleobase that can specifically recognize an RNA base pair and (ii) basic amino acids that interact with strong affinity with surrounding free RNA nucleobases. These two patterns are connected by an aliphatic matrix (non-nucleoside ligands) or a 2-desoxyribose matrix (nucleoside-based ligands). Biophysical and biological studies were conducted in collaboration with the team of Dr. L. Briant (CEAPBS, UMR5236-CNRS) in order to study their antiviral activity and their mode of action. We next developed new bioactive molecules featuring a thiazole benzenesulfonamide scaffold to target melanoma cells resistant to B-Raf inhibitors. The modular synthesis of a large number of analogs allowed us to establish the structure/activity relationships, in collaboration with the team of Dr. S. Rocchi (C3M, INSERM U895). Finally, we developed a straightforward and convenient strategy for post-synthetic modification of oligonucleotides at the anomeric position using click chemistry.

La squalénisation est la base d’une nouvelle et très prometteuse nanotechnologie. Le concept repose sur l’observation que la conjugaison d’un analogue nucléosidique ayant une activité thérapeutique à une molécule de squalène conduit à la formation spontanée dans l’eau de nanoparticules, de diamètre compris entre 100 et 300 nm, montrant une activité très supérieure à celle de l’analogue nucléosidique seul. Au cours de cette thèse nous avons cherché à comprendre les relations entre la nature de la paire drogue-terpénoide, la structure des nanoparticules et leur activité biologique. Pour cela, d’une part différents nucléosides et analogues nucléosidiques ont été couplés de façon covalente au squalène et d’autre part la gemcitabine a été couplée à des dérivés terpénoides de longueurs croissantes. L’organisation supramoléculaire de ces composés a été déterminée par diffusion des rayons X aux petits angles et cryo-microscopie électronique. L’influence des conditions de nanoprécipitation sur la structure des nanoparticules a été étudiée. L’impact de l’organisation supramoléculaire des nanoparticules sur leur internalisation cellulaire et leur cytotoxicité a été mis en évidence pour certaines lignées. / Squalenoylation is a new and very promising nanotechnology. The concept consists in coupling nucleoside derivatives that have therapeutic activity to a molecule of squalene: whatever the nucleoside, nanoparticles with a diameter around 100 - 300 nm are spontaneously obtained upon nanoprecipitation of the nucleolipid in an aqueous medium. These nanoparticles display an increased biological activity compared with the nucleoside. The aim of this PhD thesis was to understand the link between the nature of the drug-terpenoid pair, the supramolecular structure of nanoparticles and the biological activity.Therefore, in a first part, several nucleosides and nucleoside derivatives were covalently coupled to squalene, and in a second part gemcitabine was coupled to terpenoid chains with increasing length. The supramolecular organization of the nanoparticles was determined by Small Angle X-rays Scattering and cryogenic transmission electronic microscopy. The influence of the condition of nanoprecipitation on the supramolecular structure of nanoparticles was studied. The impact of the supramolecular organization on the cell internalization and cytotoxicity was highlighted for some cell lines.

Les chiffres des statistiques du cancer colorectal en France et dans le mondemontrent la nécessité de développement de plateformes technologiques plus rapides,sensibles et spécifiques pour assurer le diagnostic du cancer. Un diagnostic rapide va ainsiaider à améliorer l’état de santé et réduire le temps d’attente des résultats qui peut être ungrand facteur de stress pour les patients. L’analyse des biomarqueurs dans le sang, lesurines et autres fluides corporels est l’une des méthodes appliquées pour la détectionprécoce de la maladie. Dans le cadre de ce projet des nucléosides urinaires ont été identifiéscomme biomarqueurs pour le cancer colorectal. Financée par l’Agence Nationale de laRecherche (ANR), à travers le projet CancerSensor (programme TECSAN), cette thèse s’estdéroulée au sein de l’équipe MDA (Microsystèmes de Détection Acoustique) du laboratoireIMS. Dans le cadre de ce projet, nous avons proposé une solution technologique dedétection et de suivi de biomarqueurs du cancer colorectal. Notre choix de la stratégie dedétection s’est porté sur les polymères à empreintes moléculaires comme élément dereconnaissance des biomarqueurs. Celui-ci sera associé à un transducteur acoustique àondes de Love mis au point lors de travaux précédents au sein de l’équipe MDA. Lebiocapteur ainsi développé va cibler les nucléosides mis en évidence pour le cancercolorectal. / Colorectal cancer statistics in France and all over the world demonstrate theneed for fast, sensitive and specific technological platforms development for cancerdiagnosis. A rapid diagnosis will improve the patients’ health status and reduce the resultswaiting time which could be a great stress factor. Biomarkers analysis in blood, urine andother body fluids is recognized as one of the applied methods for early cancer detection. Inframe of this project, urinary nucleosides have been identified as colorectal cancerbiomarkers. Funded by the National Research Agency (ANR), through the cancer sensorproject (TECSAN program), this thesis was carried out in IMS laboratory. Hence, a colorectalcancer biomarkers detection and monitoring technological solution has been proposed. Inour detection strategy, Molecularly Imprinted Polymers (MIP) has been identified asbiomarker recognition element. The MIP layer has been associated to Love Wave acoustictransducer. This biosensor will sense the identified colorectal cancer nucleosides.

Ce travail de thèse, axé sur la thématique des analogues de nucléosides, s'est déroulé en trois parties. La synthèse énantiosélective de carbanucléosides cyclobutaniques, en vue de leur incorporation dans des enchaînements oligonucléotidiques, a tout d'abord été effectuée. La préparation de nouveaux dérivés nucléosidiques cyclohexéniques a ensuite été réalisée. Enfin, l'approche vers la synthèse de composés galactosyl-pyrrolo-pyridinones a été étudiée. Dans le premier chapitre, nous avons mis en évidence la place importante qu'occupent les nucléosides, les nucléotides et les acides nucléiques (ADN et ARN) dans les processus physiologiques. Par ailleurs, les différentes modifications structurales ayant abouti au développement de nouveaux analogues nucléosidiques ont été décrites. L'intérêt des oligonucléotides en thérapie génique a ensuite été souligné avant d'exposer les méthodes de synthèse et les différentes modifications structurales ayant porté sur ces composés. Dans le deuxième chapitre, la synthèse énantiosélective de nouveaux analogues de nucléosides cyclobutaniques, selon une stratégie initialement développée dans notre équipe, a été accomplie. Ces dérivés, après conversion en nucléotides, ont permis la préparation de nouveaux enchaînements oligonucléotidiques originaux. La synthèse de nouveaux analogues de nucléosides cyclohexéniques a été décrite dans le troisième chapitre. Une stratégie impliquant entre autres, une cycloaddition [4+2] asymétrique et l'élaboration des bases hétérocycliques, nous a permis d'accéder aux analogues cyclohexéniques, dont la structure préfigure l'accès à de nouveaux analogues cyclohexaniques contraints. Le dernier chapitre, dans le prolongement de nos travaux sur les analogues de nucléosides, expose l'approche vers la synthèse de composés galactosyl-pyrrolo-pyridinones. Les composés clés de la synthèse, à savoir les alpha-C-acétylènes glycosyl, ont pu être préparés. Ceux-ci devraient nous permettre par la suite d'accéder à des pyrrolo-pyridinones diversement substitués via une cycloaddition [4+2] à demande inverse, une régression de cycle et une lactamisation intramoléculaire.

Le virus de l'hépatite C est un problème de santé publique majeur, puisque 180 millions de personnes sont chroniquement infectées dans le monde, et sont susceptibles de présenter une cirrhose ou un cancer du foie. Un seul traitement a été approuvé, à base de Ribavirine et d'interféron alpha, mais il permet de traiter moins de 50 % des personnes infectées, et présente de nombreux effets secondaires. Devant ce constat, il parait urgent d'aboutir à une polythérapie plus adaptée. En dépit du succès des nucléosides en chimie antivirale, visant plusieurs enzymes clefs intervenant dans la réplication virale, peu d'entre eux ont été conçus pour viser l'ARN polymérase ARN dépendante nécessaire au VHC. Dans cette optique, de nouveaux dérivés carbocycliques de la Ribavirine, et des dérivés nucléosidiques du type 5-haloéthynyl- ou 5-(1,2-dihalo)vinyluracile, ont été synthétisés en utilisant deux méthodes : la réaction de Sonogashira et la cyclisation 1,3-dipolaire. Ce sont des outils puissants de la chimie organique qui permettent l'accès à de nouvelles structures nucléosidiques et la réalisation de modifications chimiques ultérieures. Les nouveaux composés ainsi préparés ont été testés pour leur activité antivirale.

La squalénisation est la base d'une nouvelle et très prometteuse nanotechnologie. Le concept repose sur l'observation que la conjugaison d'un analogue nucléosidique ayant une activité thérapeutique à une molécule de squalène conduit à la formation spontanée dans l'eau de nanoparticules, de diamètre compris entre 100 et 300 nm, montrant une activité très supérieure à celle de l'analogue nucléosidique seul. Au cours de cette thèse nous avons cherché à comprendre les relations entre la nature de la paire drogue-terpénoide, la structure des nanoparticules et leur activité biologique. Pour cela, d'une part différents nucléosides et analogues nucléosidiques ont été couplés de façon covalente au squalène et d'autre part la gemcitabine a été couplée à des dérivés terpénoides de longueurs croissantes. L'organisation supramoléculaire de ces composés a été déterminée par diffusion des rayons X aux petits angles et cryo-microscopie électronique. L'influence des conditions de nanoprécipitation sur la structure des nanoparticules a été étudiée. L'impact de l'organisation supramoléculaire des nanoparticules sur leur internalisation cellulaire et leur cytotoxicité a été mis en évidence pour certaines lignées.

Récemment, de nombreux efforts ont été consacrés au développement d'oligonucléotides synthétiques pour des applications thérapeutiques et de diagnostique variées. Les oligonucléotides modifiés peuvent inhiber sélectivement l'expression des gènes en se liant spécifiquement à des séquences d'ADN et/ou d'ARN ciblées à travers les stratégies antigène, antisens ou d'ARN interférent. Les aminoxy peptides forment facilement des structures secondaires bien définies comme des alpha-, béta-, gamma-turns ou des hélices, ce qui nous a inspiré pour concevoir de nouveaux oligonucléotides modifiés dans le but d'étudier leurs propriétés physico-chimiques et biologiques. Au cours de ce travail, la synthèse de nucléosides aminoxy acides et de leurs oligomères a été entreprise en séries ribose et désoxyribose. Dans la première partie, les fonctions aminoxyle, acide carboxylique et aldéhyde ont été introduites sur la partie osidique de la thymidine. Différents nucléosides monofonctionnalisés ont été synthétisés à l'aide notamment des réactions de Mitsunobu, d'O-allylation et d'oxydation. Les nucléosides monomères ont ensuite été couplés entre eux conduisant aux nouveaux dinucléosides liés par liaison N-oxy amide, oxime et aminoxy. Dans la seconde partie, la synthèse de différentes uridines aminoxy acides a été étudiée à partir de l'uridine, des 2,2'-anhydro et 2,3'-anhydro uridines. Une uridine aminoxy ester a pu être obtenue en passant par la 3'-oxo uridine via une homologation (réaction de Wittig) et l'introduction de la fonction oxyamine en position 5' par une substitution nucléophile du dérivé iodé. En parallèle, dans la continuité des travaux réalisés au laboratoire sur la synthèse des glycoamino acides, nous avons synthétisé des C-glycosyl aminoxy acides jamais décrits dans la littérature, dans le but de générer de nouveaux mimes de glycopeptides. A partir du C-allyl glucopyranoside perbenzylé, deux C-glucosyl aminoxy acides diastéréoisomères ont été préparés.

Les nucléosides modifiés représentent aujourd'hui une famille incontournable dans la chimiothérapie antivirale. Leur développement progressif au cours de ces 50 dernières années a permis d'endiguer de nombreuses épidémies et d'apporter des traitements efficaces contre de nombreux virus tels que les herpès, les hépatites ou encore le VIH. Toutefois, les infections virales continuent de représenter un problème de santé publique majeur en raison de l'émergence de souches virales résistante aux traitements existants ainsi que l'apparition de nouveaux virus. A ce titre, le développement de nouveaux antiviraux plus actifs, plus sûrs et/ou possédant des modes d'action alternatifs reste plus que jamais d'actualité. Ce manuscrit, divisé en deux grandes parties, présente d'abord la synthèse métallo-catalysée de nouvelles familles de dérivés nucléosidiques (acycliques et osidiques) puis s'étend ensuite à la préparation de dérivés hétérocycliques à visée anti-VIH. Ainsi, dans une première partie, l'utilisation de réactions de métathèses croisées, catalysées au Ru et activées par les ultrasons, ainsi que l'emploi de lipases dans des réactions de protections/déprotections régiosélectives nous ont permis d'élaborer deux nouvelles familles de nucléosides acycliques alkényles. D'autre part, des réactions d'hétérocouplages acétyléniques catalysées au Ni/Cu ont été réalisés dans le cadre de la synthèse d'une bibliothèque de 2'-déoxyuridines portant un motif 1,3-diyne en position C5. Dans une deuxième partie, la réaction multicomposante de Biginelli a été utilisée dans le développement d'une série de dérivés de dihydropyrimidines β-dicétoacides à visée anti-VIH par inhibition de l'intégrase virale.

La Ribavirine est un analogue nucléosidique de la guanosine constitué d'un ribose et d'un noyau triazole. Cet antiviral, synthétisé en 1970, possède une activité contre différents virus comme le virus respiratoire syncytial chez les enfants en détresse respiratoire, les virus des hépatites B et E, ainsi que contre certains cancers et leucémies. Elle est surtout connue pour son utilisation dans le traitement de l'hépatite C, en combinaison avec l'Interféron. Cependant, l'efficacité de cette thérapie est limitée à certains génotypes du virus et les effets secondaires résultants sont nombreux. C'est pourquoi il est nécessaire de trouver d'autres analogues actifs contre l'hépatite C et moins toxiques afin d'offrir un traitement aux 170 millions d'individus atteints de cette maladie chronique et pouvant évoluer vers des cirrhoses et des cancers du foie. Par une méthodologie d'alcynylglycosylation médiée à l'indium suivie d'une cycloaddition 1,3 dipolaire, des C-nucléosides analogues de la Ribavirine ont été synthétisés. L'un deux, SRO-91, a montré une activité antivirale comparable à celle de la Ribavirine vis-à-vis de l'ARN polymérase du virus de l'hépatite C. L'objectif de cette thèse est donc de synthétiser d'autres C-nucléosides analogues sur le modèle de SRO-91. Des modifications ont été effectuées autant sur le ribose que sur le noyau triazole. Concernant les transformations du ribose, nous nous sommes intéressés à la position C2', notamment en introduisant une quaternisation avec différents groupements (CH3, CF3, F ...) ou bien en désoxygénant cette position. Cette thèse décrit les différentes stratégies explorées pour la synthèse de plusieurs de ces C-nucléosides dont les activités antivirales seront étudiées ultérieurement.

Les dérivés phosphorylés de nucléosides naturels ou d'analogues (appelés nucléotides) sont des composés primordiaux largement utilisés comme outils biologiques. Certains d'entre eux présentent également un fort potentiel thérapeutique en particulier comme agents antiviraux ou antitumoraux. La préparation des dérivés polyphosphorylés de nucléosides demeure cependant un challenge du fait de rendements de synthèse parfois faibles et des multiples étapes de purification longues et fastidieuses. Ce manuscrit relève donc de la problématique globale de synthèse de ces composés. Le premier chapitre est consacré à l’étude non exhaustive des méthodes de synthèse décrites dans la littérature pour ces dérivés, en rappelant les avantages et inconvénients de ces approches. Le deuxième chapitre rapporte la voie de synthèse en milieux aqueux de nucléotides, et de quelques analogues, que nous avons développée. Des résultats préliminaires de mécanosynthèse basée sur cette même approche sont également présentés. Enfin, le troisième chapitre porte sur deux voies de synthèse supportée de nucléotides. L’une implique la cytidine et son ancrage sur polyéthylène glycol afin de fournir les dérivés 5’-di- et triphosphate correspondants. L’autre porte sur le développement d’un support tétrapode inédit en vue de son utilisation pour la synthèse de dérivés de l'adénosine. / Phosphorylated derivatives of endogenous nucleosides or analogues (called nucleotides) are crucial compounds widely used as biological tools. Some of them also have a high therapeutic potential, in particular as antiviral or antitumor agents. However, the synthesis of polyphosphorylated derivatives of nucleosides remains a challenge due to low yields as well as long and tedious multiple purification steps. Thus, this manuscript is dealing with the overall problem of synthesis of these compounds. The first chapter is devoted to the non-exhaustive study of the synthetic methods described in the literature for such compounds, recalling the advantages and disadvantages of these approaches. In the second chapter, we report our contribution to an original synthetic pathway in aqueous media of some nucleotides and analogues. Some preliminary results of mecanosynthesis based on the same approach are also presented. Finally, the third chapter refers to supported synthesis of nucleotides with two different approaches. One involves cytidine and its anchoring on polyethylene glycol in order to provide the corresponding 5'-di- and triphosphate derivatives. The other concerns the development of a novel tetrapod support that may be valuable for the synthesis of adenosine derivatives.