Malgré l’intérêt et la diversité des propriétés pharmacologiques des 2,5-dicétopipérazines (DKP), les voies de biosynthèse de ces molécules d’origine microbienne sont très peu connues. L’objectif de mes travaux de thèse a été i) de documenter de nouvelles voies de biosynthèse de DKP qui se caractérisent par la présence d’une synthase de cyclodipeptides (CDPS) travaillant souvent de concert avec une ou plusieurs enzymes de modification des cyclodipeptides et ii) d’explorer la diversité chimique codée par ces voies. Dans un premier temps, je me suis intéressée aux CDPS. Après la sélection par bioinformatique de candidats dans les bases de données génomiques, j’ai pu identifier 51 nouvelles CDPS actives et montrer que ces enzymes peuvent incorporer 17 des 20 acides aminés naturels. Par ailleurs, ce travail a permis de mieux caractériser la famille des CDPS, de définir l’existence de plusieurs sous-familles aux signatures fonctionnelles spécifiques et d’établir les premiers éléments d’un code de spécificité pour la synthèse de cyclodipeptides. Dans un second temps, je me suis attachée à caractériser les enzymes de modification associées aux nouvelles CDPS et, en particulier, les dioxygénases dépendant du Fe(II) et du 2-oxoglutarate (OG) qui sont très représentées dans ces voies. J’ai ainsi pu détecter une activité in vivo pour 11 OG et poursuivre la caractérisation in vitro pour l’une de ces OG, ce qui a permis de caractériser les DKP qu’elle synthétise et d’ainsi montrer la complexité des modifications chimiques introduites. L’ensemble de ces travaux a donc permis d’identifier et de caractériser de nouvelles voies de biosynthèse qui donnent accès à une diversité accrue de DKP. / Despite the interest and diversity of the pharmacological properties of 2,5-diketopiperazines (DKPs), the biosynthetic pathways of these microbial molecules are poorly documented. The aim of my doctoral work was i) to identify new DKP biosynthetic pathways that are characterized by the presence of a cyclodipeptide synthase (CDPS) often associated with one or more cyclodipeptide-tailoring enzymes and ii) to explore the chemical diversity encoded by these pathways. First of all, my study focused on CDPSs. After the bioinformatics-based selection of candidates, 51 novel CDPS were characterized, revealing the incorporation of 17 of the 20 proteinogenic amino acids. Moreover, this work has allowed a better characterization of the CDPS family, by showing the existence of several subfamilies with specific functional signatures and laying the foundations of a specificity conferring code for the synthesis of cyclodipeptides. Second, I characterized the tailoring enzymes associated with the newly identified CDPSs and, in particular, the Fe(II) and oxoglutarate dependent dioxygenases (OGs) that are highly represented in these pathways. I detected the in vivo activity for 11 OGs and characterized the in vitro activity for one of them, showing the complexity of the chemical modifications introduced into the cyclodipeptide. This work has led to identify and characterize novel biosynthetic pathways that provide access to a greater diversity of DKPs.

Les huiles essentielles sont connues pour leur richesse en molécules chirales. L'identification et la caractérisation de ces différentes molécules en termes de la configuration absolue des énantiomères majoritaires représente un important pas dans la compréhension des actions thérapeutiques des huiles essentielles. Dans le cadre de cette thèse, une étude est réalisée sur la composition chimique des huiles essentielles de quelques plantes aromatiques du Sahara algérien (l'Artemisia herba-alba, le Bubonium graveolens et l'Artemisia arborescens) ayant un usage fréquent dans la pharmacopée traditionnelle. Différentes techniques analytiques chromatographiques telles que la CG-SM classique et chirale, la CLHP chirale et spectroscopiques comme l'IR et le VCD seront mises en œuvre afin d’étudier les constituants chiraux de ces HE pour la connaissance de leurs signatures chiroptiques qui peuvent être des paramètres essentiels pour leurs caractérisations. En associant la performance du traitement chimiométrique, la fiabilité des techniques spectroscopiques et le potentiel discriminant de la signature chirale, nous avons développé des outils de caractérisation, de contrôle qualité et de traçabilité des HE. Les configurations absolues de la (-)-α-thujone, la (+)-β-thujone, l'acetate de (-)-cis-chrysanthenyl, le (+)-oxocyclonerolidol et l'acetate de (-)-cis-acetoxychrysanthenyl ont été obtenues par la comparaison des spectres VCD expérimentaux et calculés et on a montré qu'on peut utiliser le VCD pour l'étude et la modélisation des matrices complexes. / Essential oils are known for their richness in Chiral molecules. Identification and characterization of these different molecules in terms of absolute configuration of the majors enantiomers represents an important step in the understanding of the therapeutic actions of essential oils. In this thesis, a study was done to investigate the chemical composition of the essential oils of some aromatic plants of the Algerian Sahara (Artemisia herba-alba, Bubonium graveolens and Artemisia arborescens) frequently used in the traditional pharmacopoeia. Different chromatographic analytical techniques such as classic and chiral GC-MS, chiral HPLC and spectroscopic techniques as IR and VCD will be implemented to study the chiral constituents in these EO for the knowledge of their chiroptical signatures which can be essential parameters for their characterizations. Combining chemometrics processing performance, reliability of spectroscopic techniques and potential discriminating chiral signature, we have developed tools for the characterization, quality control and traceability of EO. Absolute configuration of (-)-α-thujone, (+)-β-thujone, (-)-cis-chrysanthenyl acetate, (+)-oxocyclonerolidol and (-)-cis-acetoxychrysanthenyl acetate were obtained by comparison of calculated and experimental VCD spectra and we demonstrated that VCD can be used for the study and modeling of complex matrices.

Ce projet de recherche se focalise sur les infections par mycobacterium ulcerans (maladie de l’ulcère de Buruli), une maladie de la peau dévastatrice caractérisée par la formation de lésions nécrotiques progressives et l’absence d’une réponse inflammatoire. Bien que négligée, cette infection est la troisième maladie mycobactérienne la plus répandue après la tuberculose et la lèpre et des cas sont rapportés dans plus de 30 pays à travers le monde. Mycobacterium ulcerans sécrète une toxine polycétidique complexe, appelée mycolactone A/B, qui est directement responsable des effets pathogènes de la maladie. Depuis sa découverte, les propriétés biologiques inhabituelles de la mycolactone A/B ont suscité de nombreux efforts de recherche dans différents domaines. Dans ce contexte, ce projet s’intéresse à l’élucidation du mécanisme d’action des mycolactones en utilisant la synthèse totale comme outil principal. Dans cette optique, notre équipe a mis en place une voie de synthèse permettant un accès facile et robuste à différents mimes de mycolactone. L’utilisation de cette méthode a conduit à la préparation de 13 mimes de la toxine au cours de cette thèse. D’autre part notre équipe s’intéresse également à la préparation de mimes possédant un ou plusieurs atomes de fluor. Ces derniers présentent un intérêt particulier pour améliorer la compréhension des interactions ayant lieu entre la toxine et sa cible cellulaire. Les travaux réalisés autours de la synthèse de mycolactones fluorés ont conduit à la mise au point d’une méthode générale et simple pour introduire un groupe trifluorométhyle sur un alcyne terminal, permettant ainsi des modulations inédites de la structure de la toxine. / This research project focuses on mycobacterium ulcerans infection (Buruli ulcer disease), a severe skin disease characterized by the formation of progressive necrotic lesions and the lack of an acute inflammatory response. Although neglected, this infection is the third most common mycobacteriosis after Mycobacterium tuberculosis and Mycobacterium leprae, and cases are reported in more than 30 countries worldwide. Mycobacterium ulcerans secretes a complex polyketidic macrolide, called mycolactone A/B, which is directly involved in the biological effects of the disease. Since its discovery, the unusual biology triggered by this toxin has spurred research efforts. In this context, this research project aims at a better understanding of mycolactone A/B molecular interactions by using total synthesis as main tool. To this end, our research team has developed an efficient synthetic pathway allowing the preparation of different mimetics of the toxin. This synthesis has been used to prepare thirteen new mycolactone mimetics during this thesis. Moreover our team has also been interested in the synthesis of fluorinated mycolactone analogs. Such fluorinated mycolactones are of great interest to improve the interactions that occur between the toxin and its biological binding site. Work in this field led to the development of a simple and general method to introduce a trifluoromethyl group onto a terminal alkyne, allowing novel modulation of the structure of the toxin.

Les plantes produisent une grande variété de produits naturels pour faire face aux conditions environnementales. Les enzymes de la famille CYP98 des cytochromes P450 sont des enzymes clés dans la production des composés dérivés de la voie des phénylpropanoïdes. Ces enzymes sont impliquées dans l'hydroxylation des esters phénoliques pour la biosynthèse des monolignols chez les angiospermes, mais elles sont également impliquées dans la production de divers autres composés phénoliques solubles. Nous avons caractérisé des CYP98 représentatifs des mousses, Lycopodes, fougères, Gymnospermes, Angiospermes basales, Monocotylédones et Eudicotylédones et démontré que leur préférence de substrat a changé au cours de l'évolution. Un mutant knock-out de CYP98 de mousse a révélé un phénotype sévère et que le p-coumaroyl-thréonate est substrat de l’enzyme in vivo. Une duplication des CYP98s ne peut être observée que dans le génome des Angiospermes, qui présentent généralement une isoforme potentiellement impliquée dans la biosynthèse de la lignine et autres isoformes, résultant de duplications indépendantes, dont le spectre de substrats est plus large in vitro. / Plants produce a rich variety of natural products to face environmental constraints. Enzymes of the cytochrome P450 CYP98 family are key actors in the production of phenolic bioactive compounds. They hydroxylate phenolic esters for lignin biosynthesis in angiosperms, but also produce various other bioactive phenolics. We characterized CYP98s from a moss, a lycopod, a fern, a conifer, a basal angiosperm, a monocot and from two eudicots. We found that substrate preference of the enzymes has changed during evolution of land plants with typical lignin-related activities only appearing in angiosperms, suggesting that ferns, similar to lycopods, produce lignin through an alternative route. A moss CYP98 knock-out mutant revealed coumaroyl-threonate as CYP98 substrate in vivo and showed a severe phenotype. Multiple CYP98s per species exist only in the angiosperms, where we generally found one isoform presumably involved in the biosynthesis of monolignols, and additional isoforms, resulting from independent duplications, with a broad range of functions in vitro.

Ces travaux de thèse portent sur l’étude chimique d’espèces marines échantillonnées en Méditerranée. Dans le cadre du projet VALBIM, co-financé par la région PACA et en étroite collaboration avec la société BioPreserv à Grasse mais également avec la Mycoteca Universitatis Taurinensis (MUT) de l’Université de Turin, nous avons isolé et caractérisé 21 molécules dont 14 se sont avérées nouvelles. L’étude de l’algue Caulerpa taxifolia a conduit à la caulerpényne et à quatre nouveaux dérivés de l’acide pyruvique sulfatés. Les travaux sur l’ascidie Polysyncraton sp. ont conduit aux bolascidines A-D, quatre nouveaux métabolites de type bolaamphiphiles dont il n’existe pas à notre connaissance d’équivalent naturel ou synthétique. La première étude chimique de l’éponge Hexadella racovitzai a conduit à deux dérivés de la bromotyrosine, la psammapline A et une nouvelle molécule, la 4-Osulfatocyclobispsammapline A. Par ailleurs, trois nouvelles crambescines C1, conjointement avec une crambescine A2 déjà répertoriée, ont été isolées de Crambe crambe. L’étude du champignon marin Stachybotrys chartarum, isolé de l’éponge Aplysina cavernicola, a conduit à la satratoxine H et à deux nouveau dérivé, la 2,3-dihydrosatratoxine H et l’épi-chartarutine G, ainsi qu’à trois dérivés stachybotrylactame déjà répertoriés dans la bibliographie. Les différents métabolites ont été évalués pour leurs propriétés antibactériennes et cytotoxiques. Ces travaux ont bénéficié de nouvelles approches analytiques (calculs des spectres de dichroïsme circulaire électroniques par TDDFT, réseaux moléculaires) permettant de renforcer l’intérêt des études liées à l’écologie chimique et à la recherche de nouvelles molécules bioactives potentiellement valorisables dans différents domaines. / This PhD work focuses on the chemical study of marine species sampled in the Mediterranean Sea. As part of the VALBIM project, cofinanced by the region PACA and in close collaboration with the SME BioPreserv in Grasse but also with the Mycoteca Universitatis Taurinensis (MUT) of the University of Turin, we have isolated and characterized 21 molecules in total.14 of them were never reported before. The study of the seaweed Caulerpa taxifolia led to caulerpenyne and four new sulphated pyruvic acid derivatives. The work on the ascidian Polysyncraton sp. led to bolascidins A-D, four new metabolites which belong to the bolaamphiphile family, which, to the best of our knowledge, have no natural or synthetic equivalent. The first chemical study of the sponge Hexadella racovitzai led to two bromotyrosine derivatives, psammapline A and a new molecule, 4-O-sulfatocyclobispsammapline A. In addition, three new C1 crambescins, together with one crambescine A2 already reported, have been isolated from Crambe crambe. For all isolated marine invertebrate metabolites, the producer(s) remain(s) to be explored. The study of the marine fungus Stachybotrys chartarum, isolated from the sponge Aplysina cavernicola, led to satratoxin H and three stachybotrylactam derivatives already reported in the literature, and to 2,3-dihydrosatratoxin H and epi-chartarutine G, two new natural products. The different metabolites were evaluated for their antibacterial and cytotoxic properties. This work benefited from new analytical approaches (calculations of electronic circular dichroïsm spectra by TDDFT, molecular networking) and reinforced the interest of studies related to chemical ecology and search for new bioactive molecules to be valorized in different areas.

Dans le cadre de la synthèse totale de la leucophyllidine, un alcaloïde bis-indolique, des réactions de carbo- et sulfonyl-cyanation radicalaires sans étain ont été développées. Les cyanures de sulfonyle RSO2CN, préparés à partir des thiocyanates correspondant par une nouvelle méthode d’oxydation, sont utilisés comme pièges radicalaires. Ces réactifs fragmentent en présence d’initiateur thermique (carbo-cyanation) ou par le biais de la catalyse photoredox (sulfonyl-cyanation). Dans ce dernier cas, une étude mécanistique approfondie sur le cycle photo-catalytique a été accomplie. Ces méthodologies introduisent un nitrile sur une chaîne carbonée insaturée par voie radicalaire, fournissant des intermédiaires avancés pour la synthèse totale d’alcaloïdes. Pour la synthèse asymétrique de l’eucophylline, le fragment sud de la leucophyllidine, la sulfonyl-cyanation de cyclobutènes énantioenrichis a montré d’excellentes diastéréosélectivités. Différentes stratégies d’ouverture de cycle ont ensuite été examinées. / During our efforts directed toward the total synthesis of leucophyllidine, a bis-indole alkaloid, the tin-free radical carbo-cyanation and sulfonyl-cyanation of olefins were developed. The sulfonyl cyanides, acting as radical traps, were synthesized through a new oxidation of the corresponding thiocyanate. These reagents were found to fragment under thermal initiation (carbo-cyanation) or using the photoredox catalysis (sulfonyl-cyanation). A thorough mechanistic study was accomplished for the sulfonyl-cyanation. These methodologies install a nitrile onto an olefin backbone, furnishing advanced intermediates for the total synthesis of alkaloids. For the asymmetric synthesis of eucophylline, the south fragment of leucophyllidine, the sulfonyl-cyanation of optically pure cyclobutenes showed excellent diastereoselectivities. Different ring-opening reactions of the corresponding cyclobutane were then examined.

Les plantes médicinales constituent une source inexhaustible de composés (des produits naturels - PN) utilisé en médecine pour la prévention et le traitement de diverses maladies. L'introduction de nouvelles technologies et méthodes dans le domaine de la chimie des produits naturels a permis le développement de méthodes ‘high throughput’ pour la détermination de la composition chimique des extraits de plantes, l'évaluation de leurs propriétés et l'exploration de leur potentiel en tant que candidats médicaments. Dernièrement, la métabolomique, une approche intégrée incorporant les avantages des technologies d'analyse moderne et la puissance de la bioinformatique s’est révélé un outil efficace dans la biologie des systèmes. En particulier, l'application de la métabolomique pour la découverte de nouveaux composés bioactifs constitue un domaine émergent dans la chimie des produits naturels. Dans ce contexte, le genre Acronychia de la famille des Rutaceae a été choisi sur la base de son usage en médecine traditionnelle pour ses propriétés antimicrobienne, antipyrétique, antispasmodique et anti-inflammatoire. Nombre de méthodes chromatographiques modernes, spectrométriques et spectroscopiques sont utilisées pour l'exploration de leur contenu en métabolites suivant trois axes principaux constituant les trois chapitres de cette thèse. En bref, le premier chapitre décrit l’étude phytochimique d’Acronychia pedunculata, l’identification des métabolites secondaires contenus dans cette espèce et l'évaluation de leurs propriétés biologiques. Le deuxième chapitre vise au développement de méthodes analytiques pour l'identification des dimères d’acétophénones (marqueurs chimiotaxonomiques du genre) et aux stratégies utilisées pour la déréplication de ces différents extraits et la caractérisation chimique des composés par UHPLC-HRMSn. Le troisième chapitre se concentre sur l'application de méthodologies métabolomique (RMN et LC-MS) pour l'analyse comparative (entre les différentes espèces, origines, organes), pour des études chimiotaxonomiques (entre les espèces) et pour la corrélation des composés contenus avec une activité pharmacologique. / Medicinal plants constitute an unfailing source of compounds (natural products – NPs) utilised in medicine for the prevention and treatment of various deceases. The introduction of new technologies and methods in the field of natural products chemistry enabled the development of high throughput methodologies for the chemical composition determination of plant extracts, evaluation of their properties and the exploration of their potentials as drug candidates. Lately, metabolomics, an integrated approach incorporating the advantages of modern analytical technologies and the power of bioinformatics has been proven an efficient tool in systems biology. In particular, the application of metabolomics for the discovery of new bioactive compounds constitutes an emerging field in natural products chemistry. In this context, Acronychia genus of Rutaceae family was selected based on its well-known traditional use as antimicrobial, antipyretic, antispasmodic and anti-inflammatory therapeutic agent. Modern chromatographic, spectrometric and spectroscopic methods were utilised for the exploration of their metabolite content following three basic axes constituting the three chapters of this thesis. Briefly, the first chapter describes the phytochemical investigation of Acronychia pedunculata, the identification of secondary metabolites contained in this species and evaluation of their biological properties. The second chapter refers to the development of analytical methods for the identification of acetophenones (chemotaxonomic markers of the genus) and to the dereplication strategies for the chemical characterisation of extracts by UHPLC-HRMSn. The third chapter focuses on the application of metabolomic methodologies (LC-MS & NMR) for comparative analysis (between different species, origins, organs), chemotaxonomic studies (between species) and compound-activity correlations.