De nombreuses protéines associées aux maladies neurodégénératives humaines sont intrinsèquement désordonnées. Ce sont des protéines qui sont dépourvues de structure tertiaire ou secondaire stable dans des conditions physiologiques. Plus précisément, les protéines intrinsèquement désordonnées (IDPs) subissent diverses changements conformationnels entre la pelote aléatoire, des conformations hélicoïdales et des structures en feuillet-β, ces deux dernières étant généralement impliquées dans la reconnaissance protéine-protéine. Parmi une vingtaine de peptides amyloïdogènes connus liés aux maladies dégénératives humaines, notre étude porte sur deux protéines désordonnées: le peptide Amyloïde-β (Aβ) associé à la maladie d'Alzheimer et l'Islet Amyloid Polypeptide (IAPP) impliqué dans le diabète de type II. Aβ possède deux alloformes courants de 40 et 42 résidus, tandis que IAPP est une hormone peptidique de 37 résidus. Les agrégats de Aβ sont toxiques pour les cellules du cerveau, tandis que la fibrillisation de IAPP affecte les cellules-β du pancréas. Le mécanisme d'agrégation de ces deux peptides reste encore mal connu, mais il a été proposé qu’en solution, ces peptides visitent différentes conformations, l'une d'entre elles étant riche en feuillets-β. Cela conduirait à l’oligomérisation de ces peptides, par le biais d’interactions feuillet-β / feuillet-β et, éventuellement, à la formation de fibrilles. Le but de notre étude est de mieux caractériser la dynamique conformationnelle de ces deux peptides, dans leur forme monomérique et oligomérique. Comprendre les premières étapes de leur agrégation est crucial pour le développement de nouvelles molécules thérapeutiques efficaces contre ces protéines amyloïdes. / Many proteins associated with human neurodegenerative diseases are intrinsically disordered. They are proteins which lack stable tertiary or secondary structure under physiological conditions. More specifically, intrinsically disordered proteins (IDPs) undergo various structural conversions between random coil, helical conformations and β-strand structures, these two latter being generally involved in protein-protein recognition. Among about twenty known amyloidogenic peptides related to human degenerative diseases, we focus our study on two disordered proteins: the Amyloid-β peptide (Aβ) associated to the Alzheimer’s disease and the Islet Amyloid Polypeptide (IAPP) involved in type II diabetes. Aβ has two common alloforms of 40 and 42 residues in length, meanwhile IAPP is a 37-residues peptide hormone. Aggregates of Aβ are toxic to the brain cells, meanwhile IAPP fibrillization affects the pancreatic β-cells. The aggregation mechanism of these two peptides is not known in detail, but it was proposed that in solution, these peptides visit various conformations, one of them being rich in β-strands. This would lead to peptide oligomerization, through β-strand / β-strand interactions and eventually to the fibril formation. The aim of our study is to provide insights into the conformational dynamics of these two peptides in monomeric and oligomeric forms. Understanding the early steps of their aggregation is crucial for the development of new effective therapeutic molecules against these amyloid proteins.De nombreuses protéines associées aux maladies neurodégénératives humaines sont intrinsèquement désordonnées. Ce sont des protéines qui sont dépourvues de structure tertiaire ou secondaire stable dans des conditions physiologiques. Plus précisément, les protéines intrinsèquement désordonnées (IDPs) subissent diverses changements conformationnels entre la pelote aléatoire, des conformations hélicoïdales et des structures en feuillet-β, ces deux dernières étant généralement impliquées dans la reconnaissance protéine-protéine. Parmi une vingtaine de peptides amyloïdogènes connus liés aux maladies dégénératives humaines, notre étude porte sur deux protéines désordonnées: le peptide Amyloïde-β (Aβ) associé à la maladie d'Alzheimer et l'Islet Amyloid Polypeptide (IAPP) impliqué dans le diabète de type II. Aβ possède deux alloformes courants de 40 et 42 résidus, tandis que IAPP est une hormone peptidique de 37 résidus. Les agrégats de Aβ sont toxiques pour les cellules du cerveau, tandis que la fibrillisation de IAPP affecte les cellules-β du pancréas. Le mécanisme d'agrégation de ces deux peptides reste encore mal connu, mais il a été proposé qu’en solution, ces peptides visitent différentes conformations, l'une d'entre elles étant riche en feuillets-β. Cela conduirait à l’oligomérisation de ces peptides, par le biais d’interactions feuillet-β / feuillet-β et, éventuellement, à la formation de fibrilles. Le but de notre étude est de mieux caractériser la dynamique conformationnelle de ces deux peptides, dans leur forme monomérique et oligomérique. Comprendre les premières étapes de leur agrégation est crucial pour le développement de nouvelles molécules thérapeutiques efficaces contre ces protéines amyloïdes.

La maladie d'Alzheimer représente un défi mondial pour la société. Il n'y a pas à ce jour de traitement efficace pour traiter ou ralentir les symptômes de la maladie d'Alzheimer. Cette maladie est caractérisée par une perte de synapses, une augmentation du nombre de plaques extracellulaires d'Abêta et une augmentation de Tau hyperphosphorylée agrégée intracellulaire (neurodégénérescence fibrillaire). Il est communément admis que la maladie d'Alzheimer est principalement liée à l’oligomérisation et à la fibrillation de peptides amyloïdes bêta, et que les oligomères Abêta solubles et les fibres sont des espèces neurotoxiques. Une stratégie pour réduire la présence de ces espèces toxiques de Abêta est l'utilisation de peptides ou de peptidomimétiques pour inhiber l'agrégation de Abêta, soit par interaction avec les oligomères d'Abêta pour empêcher davantage son agrégation en fibres ou en stabilisant les conformations hélicoïdales transitoires de Abêta pour empêcher sa transition vers des structures en feuillets bêta. Dans un premier temps, sur la base des résultats encourageants de glycopeptides contenant un élément polaire casseur de feuillets bêta pour moduler l'agrégation du peptide Abêta, et des propriétés uniques du groupe trifluoromethylhydroxyle, nous avons conçu et synthétisé des mimes de pentapeptides contenant la séquence (Boc) Ala-Val-X-Val-Leu-OMe (X = Ser, Thr, (2S, 3R)-CF3 Thr et (2S, 3S)-CF3 Thr), pour interagir avec le site de nucléation du peptide Abêta dans sa forme monomérique ou oligomérique de manière à perturber l'auto-assemblage en oligomères toxiques. Des études conformationnelles par RMN 2D et par modélisation moléculaire ont indiqué que ces peptides adoptent des conformations étendues dans des solvants polaires (eau et méthanol). Nous avons constaté expérimentalement et théoriquement que les pentapeptides contenant l’acide aminé non naturel (2S, 3S)-CF3-thréonine sont plus étendus que les pentapeptides contenant les acides aminés naturels L-sérine et L-thréonine. Nous avons également observé que les pentapeptides (2S, 3S)-CF3-Thr ont une propension à s’auto-associer en formant des brins bêta intermoléculaires. La capacité de ces pentapeptides à inhiber la formation de fibres amyloïdes a été évaluée sur les peptides Abêta 1-42 et IAPP (impliqué dans le diabète de type II) par des essais de fluorescence à la thioflavine T (ThT). Il a été constaté qu'aucun de ces pentapeptides ont un effet d'inhibition de l'agrégation des peptides Abêta 1-42 et IAPP. Au contraire, certains composés ont montré un effet d'accélération de l'agrégation de IAPP. Accélérer l'agrégation est moins intuitif mais cette stratégie a plus récemment suscité un intérêt. Il pourrait être intéressant d'étudier plus en détail l’intérêt de cette accélération de l'agrégation de IAPP par des techniques complémentaires.Dans une deuxième partie de cette thèse, nous avons assemblé une unité amino acide basée sur un motif CF3-1,4 disubstituted-1,2,3-triazole en homo-oligomères (trimères et tétramères) et en peptidomimétiques. Des études conformationnelles de ces oligomères fluorés ont été menées par RMN 2D et par des simulations de modélisation moléculaire. Nos études préliminaires de modélisation moléculaire prévoient des structures hélicoïdales avec des trimères et des tétramères d'acides aminés à base de ces CF3-triazoles. L'analyse par RMN 2D du tétramère affiche des corrélations NOE très intéressantes, ce qui indique une structure repliée. La capacité de ces oligomères fluorés à moduler la formation de fibres amyloïdes des peptides Abêta 1-42 et IAPP a été évaluée par test de fluorescence à la ThT. Nous avons constaté que le trimère est un faible inhibiteur de l'agrégation de Abêta 1-42, mais aussi un promoteur d'agrégation de IAPP. Le tétramère a été trouvé capable de moduler l'agrégation de Abêta 1-42 et de IAPP, mais non d'une manière classique d'inhibition ou de promotion. / It has been widely recognized that Alzheimer’s disease (AD) represents an unsettling, worldwide challenge for society. By far, there has been no effective cure for AD. Pathologically, AD is characterized by a loss of synapses, an increase in the number of extracellular Abeta plaques and an increase in intracellular aggregated hyperphosphorylated Tau (neurofibrillary tangles). It is commonly believed that AD is primarily linked to oligomerization and fibrillization of amyloid beta peptides, and the soluble Abeta oligomers and fibrils are neurotoxic species.One strategy to reduce the Abeta fibrils is the use of peptides or peptidomimetics to inhibit the Abeta aggregation either by interaction with the Abeta oligomers to prevent its further aggregation into fibrils, or by stabilizing the transient Abeta α-helical conformations to prevent its transition to beta-sheet structures.In the first direction, based on the encouraging results of the glycopeptides containing the polar sugar beta-sheet breaker element to modulate Abeta peptide aggregation and the unique properties of trifluoromethylhydroxyl group, we designed and synthesized pentapeptide mimics with the sequence (Boc) Ala-Val-X-Val-Leu-OMe (X = Ser, Thr, (2S, 3R)-CF3-Thr and (2S, 3S)-CF3-Thr) to interact with the nucleation site of Abeta peptide in its monomeric or oligomeric form so as to disrupt the self-assembly into toxic oligomeric form. Both 2D NMR and molecular modelling studies indicated that these peptides in polar solvent (water and methanol) adopt mainly extended backbone conformations. It is found both experimentally and theoretically that, the (2S, 3S)-CF3-threonine-containing pentapeptides are more extended than the L-serine- and L- threonine-containing pentapeptides. It is also observed that the (2S, 3S)-CF3-Thr pentapeptides have a propensity to self-associate of by forming intermolecular beta-strand contacts. The ability of these pentapeptides to inhibit amyloid fibril formation was evaluated on Abeta1-42 and IAPP peptides by ThT fluorescence assay. It was found that none of these pentapeptides have any inhibition effect in Abeta1-42 peptide and IAPP aggregation. On the contrary, some compounds showed an acceleration effect in IAPP aggregation. Accelerating the aggregation pathways is less intuitive but this strategy has more recently aroused interest. It could be interesting to further study the effect of accelerating IAPP aggregation by complementary techniques.In the other direction, we have assembled novel a CF3-1,4-triazole-based amino acid mimic into homo-oligomers (trimer and tetramer) and peptidomimetics. The fluorinated oligomers were investigated both by NMR conformational studies and molecular modelling simulations. Our preliminary modelling studies predict helical structures with trimer and tetramers of CF3-1,4-disubstituted- 1,2,3- triazole-based amino acid. NMR analysis of tetramer displayed very interesting NOE correlations, indicating a folded structure. The ability of these fluorinated oligomers to modulate the amyloid fibril formation of Abeta1-42 and IAPP peptides were evaluated by ThT fluorescence assay. It was found that trimer was a weak inhibitor of Abeta1-42 aggregation but also a promoter of IAPP aggregation. The tetramer was found able to modulate the aggregation of Abeta1-42 and IAPP but not in a classical inhibition or promotion manner.

Dans les thérapies anticancéreuses, les traitements anti-angiogéniques agissant sur l’axe VEGF/VEGFR ont une place importante en clinique. Dans ce contexte, nous avons conçu et évalué l’activité de nouveaux inhibiteurs de l’interaction VEGF/VEGFR. Une première approche a été la conception de molécules antagonistes du VEGFR1. Différents analogues hétérocycliques dérivant d’un composé de type (3-carboxy-2-ureido) thiophène ont été synthétisés. Des réactivités chimiques intéressantes ont été mises en évidence, mais l’activité biochimique de ces molécules ne s’est pas révélée concluante. Une seconde approche reposant sur la conception de peptides ciblant le VEGF a alors été initiée. A partir d’un peptide cyclique connu de 19 résidus ayant une affinité submicromolaire pour le VEGF, de nouveaux peptides et peptidomimétiques ont été développés.L’objectif a été de concevoir des composés de structures chimiques potentiellement plus simples et plus stables en milieu biologique, tout en optimisant l’affinité pour le VEGF. L’interaction de ces peptides avec le VEGF a été étudiée in vitro par ELISA et ITC, ainsi que par cristallographie pour le composé le plus affin. En parallèle, nous avons étudié l’effet du cuivre et d’autres métaux divalents sur l’interaction VEGF/VEGFR1. Au travers d’expériences réalisées au laboratoire ainsi qu’en collaboration, nous avons montré que certains métaux étaient capables non seulement d’inhiber l’interaction VEGF/VEGFR1 mais également d’induire une dimérisation non classique du domaine 2du récepteur. Sachant que les métaux, et en particulier le cuivre, sont connus pour jouer un rôle important dans l’angiogenèse, cette découverte apporte de nouveaux éléments de réponse sur leur mécanisme d’action. Ce travail de thèse s’inscrit donc non seulement dans une démarche de développement de nouveaux composés anti-angiogéniques mais également de compréhension du mécanisme de régulation de l’angiogenèse. / Inhibiting angiogenesis is an effective strategy of targeting therapy against cancer. In thiscontext, we develop an antiangiogenic strategy consisting in the design and evaluation of compoundsblocking the VEGF/VEGFR interaction. The first approach was the conception of antagonists of theVEGFR1. Starting from a (3-carboxy-2-ureido) thiophene hit, a variety of heterocyclic analogs wasdeveloped. Interesting chemical observations were made during the synthesis, but no optimization ofthe biochemical activity was achieved. The second approach was the design of peptides that bind tothe receptor-recognition surface of the VEGF. Starting from a cyclic peptide known to bind to theVEGF with a sub-micromolar affinity, new peptides and peptidomimetics were developed. Thestrategy was to design simplified and potentially more stable compounds, and to improve at thesame time the VEGF affinity. The interaction of VEGF with these ligands was studied in vitro by ELISAand ITC experiments, as well as X-ray diffraction for the best compound. Moreover, the investigationof the effects of copper and other divalent metals on the VEGF/VEGFR1 interaction was undertaken.Experiments realized in the laboratory and in collaboration showed that metals were able to displacethe VEGF/VEGFR1 interaction and to induce the dimerisation of the domain 2 of the receptor. Metalsare well known to play an important role in angiogenic phenomena, but their specific targets are stilla matter of debate. In this context, this discovery brings new response elements regarding theirmechanisms of action. Therefore, the objectives of this PhD thesis were the development of newantiangiogenic compounds, as well as the understanding of some aspects of the regulation of angiogenesis.

La plupart des bactéries vivent en communautés organisées, appelées biofilms, augmentant leur résistance aux traitements antibiotiques. Ainsi, la formation de biofilms sur les organes et matériels médicaux est considérée comme la cause de la majorité des infections bactériennes. Il est alors important de trouver des traitements pour empêcher ou perturber la formation de ces biofilms. Il a été proposé que les porines de P. Stuartii, Omp-Pst1 et Omp-Pst2, peuvent s’auto-assembler via un steric-zipper, étape responsable du développement initial du biofilm. Ainsi, notre objectif est de synthétiser des inhibiteurs d’interactions entre porines pour limiter ce contact intercellulaire. Nous avons développé des molécules peptidomimétiques basées sur la séquence LGNYR, active dans les deux porines. Pour cela, des réactions de chimie click sur phase solide ont été mises en oeuvre afin de synthétiser des analogues de cette séquence, comme la CuAAC pour introduire un motif triazole, dans une position variable au sein du peptide. Nous avons ainsi développé une méthode rapide et efficace afin de réaliser cette réaction par l’utilisation d’un catalyseur cuivre(I)-N-hétérocyclique carbène stable à l’air. Similairement, de nouvelles conditions ont aussi été mises au point en phase solide afin d’obtenir régiosélectivement des peptides comportant un motif isoxazole 3,4- ou 3,5-disubstitué, par la réaction entre un alcyne et un oxyde de nitrile. Ces cycloadditions 1,3-dipolaires nous ont ainsi permis d’obtenir une première librairie de peptidotriazoles et de peptidoisoxazoles. Il sera enfin possible d’étudier les biofilms grâce à la synthèse de sondes fluorescentes basées sur les inhibiteurs montrant de fortes affinités avec la cible, couplées à un fluorophore dérivé de coumarine. / In the environment, most of bacteria live as organized communities, known as biofilms, enhancing their resistance to antibiotic treatments. Thus the formation of biofilms on organ and indwelling medical devices is considered to cause the majority of bacterial infections in the human body. Thus, to enhance antibiotics efficacy, there is a high need to find treatments to prevent or disrupt biofilm formation. It has been proposed that P. stuartii porins, Omp-Pst1 and Omp-Pst2, can self-associate through a steric zipper, being responsible for the initial development of biofilms. Thus, our objective is to synthesize porin’s self-matching interactions (PSMI) inhibitors to counterfeit this intercellular contact. We developed peptidomimetic molecules based on the LGNYR sequence, that have shown to be active in both porins. Then we used click chemistry to synthesize on solid phase analogues of this sequence, as the solid phase Cu(I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition (CuAAC) to introduce a triazole moiety into the peptide chain at different positions. We thus developed a fast and efficient method to perform this reaction using a stable copper(I)-N-heterocyclic carbene catalyst. Similarly, new conditions were developed on solid phase to synthesize regioselectively peptides containing a 3,4- or 3,5-disubstituted isoxazole moiety, through the reaction between an alkyne and a nitrile oxide. These 1,3-dipolar cycloadditions allowed us to developed a first library of peptidotriazoles and peptidoisoxazoles. We also obtained fluorescent probes based on the inhibitors showing higher affinity for the target as tools to study biofilm formation.

Le but de cette thèse a concerné le développement de deux types de structures oligomériques contraintes, basées soit sur des dérivés non naturels d’acides aminés cycliques, soit sur des dimères cycliques de Peptide Nucleic Acids (PNA), en vue d’analyser leur tendance à adopter des conformations pré-organisées, imitant les conformations actives des protéines ou des acides nucléiques. La première partie de cette thèse a trait à l’élaboration de synthons clefs dérivant d’acides α-aminés cycliques non naturels (acides 4-oxopipécoliques 6-substitués), à leur utilisation potentielle dans la synthèse de peptidomimétiques contraints, homogènes et hétérogènes, ainsi qu’à leurs limites dans cette utilisation. Dans le cadre de ce travail, une nouvelle voie de synthèse permettant d’accéder à des résidus N-protégés d'acides 4-oxo-pipécoliques 6substitués a été mise au point. La deuxième partie de cette thèse concerne l’élaboration de dimères d’α-PNA (di-α-PNA) cycliques, dans lesquels les chaînes latérales de deux monomères d’α-PNA consécutifs sont «agrafées» via un pont lactame. Une stratégie de synthèse a tout d'abord été développée en phase liquide, puis appliquée à la synthèse en phase solide de di-α-PNA «agrafés» modèles, incorporant des bases nucléiques thymine. / The purpose of this thesis concerned the development of two kinds of constrained oligomeric structures, based either on unnatural cyclic α-amino acids derivatives or on cyclic Peptide Nucleic Acid (PNA) dimers, in view of analyzing their propensity to adopt pre-organized conformations mimicking the active conformations of proteins or nucleic acids. The first part of this thesis reports on the elaboration of new cyclic αamino-acids (6-substituted 4-oxopipecolic acids) building blocks, their potential use in the synthesis of constrained homogenous and heterogeneous peptidomimetics as well as their limitations in this use. As part of this work, a new methodology has been developed for the synthesis of N-protected 6-substituted 4-oxo-pipecolic acids residues. The second part of this thesis reports on the elaboration of constrained α-PNA dimers (di-α-PNA), in which the side-chains of two consecutive α-PNA monomers are “stapled” via a lactam bridge. A synthetic orthogonal strategy has been first developed in liquid-phase then applied to the solid-phase synthesis of models “stapled” di-α PNA incorporating thymine nucleobases.