La Tomographie par émission de positons (TEP) constitue l’une des techniques d’imagerie médicale les plus novatrices pour la visualisation in vivo des processus biologiques. Elle intervient comme technique de choix pour le diagnostic dans de nombreux domaines notamment, en oncologie, cardiologie ou encore en neurologie. La conception et l’élaboration de nouveaux radiotraceurs sont en perpétuel développement. L’utilisationd’oligonucléotides (ODN) modifiés (aptamères) possédant une grande affinité et spécificité pour une cible (gène,protéine, principe actif), comme radiotraceur pour l’imagerie in vivo apparait comme une alternative intéressante. A ce jour, quelques rares exemples d’oligonucléotides marqués, par un radioisotope, ont été décrits dans la littérature.Dans ce contexte, il a été développé deux méthodologies d’introduction du radioisotope (11C ou 18F) en dernièreétape de synthèse par chimie ‘‘click’’ pour le marquage de nucléosides et d’oligonucléotides envisagés commeradiotraceurs pour la TEP. / Positron Emission Tomography (PET) is a powerful molecular-imaging technique for physiological and biologicalinvestigations in various areas, such as oncology, cardiology, and neurosciences, as well as for drug development.Due to the increasing need of this technique for in vivo applications, there is always a demand for the developmentof new tracers and radiolabeling strategies. Furthermore, because of their excellent targeting capacities and easysynthesis along with a high level of diversity, oligonucleotides are already extensively used in vitro as ligands fornucleic acids (antisense oligonucleotides), proteins, and small related molecules (aptamer oligonucleotides). Theuse of aptamers for in vivo imaging appears especially promising, because of the wide range of possibilitiesavailable to introduce variations in their structure through defined chemical modifications. However, only fewexamples of oligonucleotide labeling for PET have been reported. In this context, we have developed twomethodological ways to introduce the radioisotope (11C, 18F), by ‘‘click’’ chemistry, at the last radiosynthesis stepin order to label nucleoside and oligonucleotide as potential radiotracers for PET.

De nouvelles sondes oligonucléotidiques fluorescentes spécifiques des structures d'acides nucléiques en double brin ont été obtenues. Ces oligonucléotides formant des triples hélices, sont liés par leurs extrémités 5'-ou/et 3' à une série de marqueurs fluorescents de la famille des cyanines monométhines possédant des propriétés intercalantes, par des bras polyméthylène de longueur variable. Dans tous les cas, l'hybridation des sondes avec les cibles en double brin s'accompagne d'une forte augmentation de l'intensité du signal fluorescent émis qui dépend de la structure de la cyanine et des paramètres de sa liaison aux oligonucléotides (longueur du bras de liaison et sa position de fixation sur les oligonucléotides et sur les marqueurs). En présence d'une cible simple brin, les modifications du signal ne sont pas significatives. La présence du marqueur stabilise les triples hélices. Les sondes comportant le thiazole orange, attaché par le noyau benzothiazole via un bras de liaison à huit méthylènes, présente le meilleur compromis en termes de stabilisation, d'intensité de fluorescence et d'augmentation d'intensité de fluorescence lors de l'hybridation.<br />Dans le but d'obtenir de nouvelles sondes utilisables en milieu cellulaire et in vivo, de nouveaux marqueurs fluorescents de type squaraine ont été synthétisés et couplés pour la première fois, à notre connaissance, à des oligonucléotides. Les conjugués correspondant émettent un signal fluorescent détectable au-delà de 650 nm et possèdent des rendements quantiques de fluorescence élevés. La photostabilité des marqueurs et des conjugués, en milieu acide faible et à 37 °C a été fortement augmentée après incorporation d'atomes de fluor sur le squaraine.

Ce travail a porté sur l'étude d'une nouvelle méthode de détection électronique de biopolymères chargés<br />à l'interface solide/liquide en utilisant des réseaux de transistors à effet de champ. Les structures<br />utilisées sont des réseaux d'EOSFET. Ce type de structures semiconductrices opère avec une électrode<br />de référence et possède une surface active dont l'interface est du type électrolyte/oxyde/semi-conducteur.<br />Des micro- ou macro-gouttelettes de solutions contenant des biopolymères chargés sont déposées en des<br />endroits prédéfinis sur les réseaux de transistors. Ces dépôts locaux induisent des variations des caractéristiques<br />courant-tension des transistors ayant été exposés à l'apport de charge. L'étude des variations des<br />caractéristiques DC des transistors après l'adsorption de deux biopolymères de charges globales opposées<br />(la polylysine et l'ADN), ont montré des effets contraires qui correspondent bien à un apport de charges<br />positives pour la polylysine et négatives pour l'ADN. Des expériences de variations en concentration de<br />biopolymères ont permis de mettre en évidence une zone dynamique de détection correspondant à une<br />augmentation du signal électronique en fonction de la concentration en biopolymères déposés jusqu'à une<br />saturation attribuée à la quantité maximale de biopolymères pouvant être adsorbée à l'interface. Des<br />signaux parasites observés sur des tampons servant aux dilutions limitent la détection de basses concentration<br />en biopolymères. Des sensibilités de 10^7 monomères lysines/FET et de 4x10^8 bases d'ADN/FET<br />ont ainsi pu être estimées. Une modélisation de l'écrantage des charges d'interface par l'électrolyte de mesure permet de rendre compte des diminutions des signaux électroniques observés lorsque l'on augmente<br />progressivement la molarité en sel de l'électrolyte de mesure. La détection électronique de l'ADN a été<br />démontrée de manière reproductible pour de courts fragments d'ADN simple brin (oligonucléotides) ainsi<br />que pour des molécules d'ADN double brin issues de synthèses par PCR. En utilisant des ADN marqués<br />par des fluorophores, les signaux électroniques sont comparés avec des mesures de fluorescence locale. La<br />détection d'une mutation ponctuelle a pu être mise en évidence en combinant l'approche électronique<br />avec un protocole d'amplification d'ADN : "allèle spécifique PCR".

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Le couplage de Stille modifié développé par l’équipe du Pr Fouquet a été appliqué à la méthylation de nucléosides, dinucléotides et oligonucléotides dans le but de mettre au point une méthodologie de marquage d’aptamères au carbone 11 pour le diagnostic précoce de cancer par TEP. Ce couplage pallado-catalysé est basé sur l’utilisation de monoorganoétain activé par une source de fluorure permettant d’accélérer la réaction. Dans un premier temps, les essais méthodologiques ont permis de mettre au point le transfert de groupement méthyle sur différents nucléosides et un dinucléotide modifiés dans des conditions compatibles avec la durée de demi-vie du carbone 11 (20,4 min) et la nature particulière des oligonucléotides. Puis, cette méthodologie a été appliquée à des oligonucléotides modèles obtenus après incorporation des nucléosides les plus prometteurs. / The modified Stille cross-coupling developed by Pr. Fouquet’s group was applied to the methylation of nucleosides, dinucleotides and oligonucleotides in order to develop a methodology for labelling aptamers with carbon 11 for the early diagnosis of cancer by PET. This pallado-catalyzed cross-coupling is based on the use of monoorganotin activated by a source of fluoride accelerating the reaction. Initial methodology tests helped to finalize the transfer of methyl group on various nucleosides and a dinucleotide, with reaction conditions compatible with the short half-life of carbon 11 (20.4 min) and the special nature of oligonucleotides. Then, this methodology was applied to oligonucleotide models obtained after incorporation of the most promising nucleosides.

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. / Much recent efforts have been devoted to the development of synthetic oligonucleotides for various therapeutic and diagnostic applications because of their capability to cause selective inhibition of gene expression by bonding to the target DNA/RNA sequences through antigen, antisense and RNA interference. The easy formation of well-defined structures like alpha-, béta-, gamma-turns or helical structures of N-oxy peptides promoted us to design new modified oligonucleotides so as to study their physico-chemical and biological properties. During this work, synthesis of different nucleosides aminoxy acids as well as their oligomers has been investigated. In the first part, aminoxy, carboxylic acid and aldehyde functions were introduced into the sugar ring of thymidine and different monofunctionalized nucleosides were obtained thanks to Mitsunobu, O-allylation and oxidation reactions. Different nucleoside monomers were then linked together, leading to novel dinucleosides with N-oxy amide, oxime or aminoxy linkage. In the second part, preparation of different uridines aminoxy acids was studied by using uridine, 2,2’-anhydro and 2,3’-anhydro uridines as starting materials. An uridine aminoxy ester was obtained from 3’-oxo uridine, through homologation with Wittig reaction and introduction of the oxyamine function by nucleophilic substitution of the 5’-iodo derivative. In parallel, as a continuing program in the laboratory on the glycoamino acids synthesis, we have synthesized novel C-glycosyl aminoxy acids in order to generate new mimes of glycopeptides. From perbenzylated C-allyl glucopyranoside, two diastereomeric C-glucosyl aminoxy acids have been successfully prepared.

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