Isolée d'une bactérie, Streptomyces alboniger, la puromycine est un nucléoside antibiotique naturel présentant une analogie structurale avec l'adénosine terminale de l'extrémité 3' de l'ARNt aminoacylé. Cette similarité confère à cette molécule la faculté de pouvoir s'insérer dans le site A (actif) du ribosome et d'inhiber la synthèse des protéines. Cependant, du fait de la formation d'un produit toxique lors de sa métabolisation, la puromycine n'a jamais été employée à des fins thérapeutiques chez l'homme. Néanmoins, utilisée en tant qu'outil synthétique, elle a largement contribué à une meilleure compréhension du mécanisme du transfert peptidique. Au travers de cette thèse, six analogues carbobicycliques (deux en série ribo et quatre en série 2'-désoxy), mimant de façon optimale les conformations extrêmes nord ou sud de la puromycine, ont été synthétisés puis testés dans le ribosome. Outre confirmer que la présence d'un groupement 2'-hydroxyle améliorait l'activité inhibitrice, ces expériences in vitro ont apporté une preuve que, dans le site actif, le déplacement de l'équilibre conformationnel du ribofuranose de l'adénosine terminale de l'ARNt aminoacylé - analogue structural de la puromycine - en faveur de son conformère nord pourrait être directement impliqué dans la catalyse ribosomale du transfert peptidique. Par ailleurs, un projet annexe sur le développement de nouveaux antipaludiques potentiels a permis la synthèse, en série xylo, de la puromycine et de son métabolite naturel le puromycine aminonucléoside. Ces composés ont été testés sur les souches 3D7 et Dd2 du parasite Plasmodium falciparum.

Isolé d’une bactérie, Streptomyces alboniger, la puromycine est un nucléoside antibiotique naturel du fait de sa ressemblance structurale avec l’adénosine terminale de l’extrémité 3’ de l’ARNt - aminoacyle. Grâce à cette similarité, cette petite molécule, qui peut diffuser au sein du site A (actif) du ribosome, a la faculté d’inhiber la synthèse protéique. La puromycine est exploitée seulement comme outils pour la recherche fondamentale. En effet, elle n’a encore jamais été exploitée à des fins thérapeutiques chez l’homme car elle est à l’origine de la métabolisation d’un produit toxique. A la suite des travaux du Dr Benoit Michel sur l’analogue nord de la puromycine, l’objectif du projet a été de confectionner un analogue carbocyclique de la puromycine, dont le ribofuranose est bloqué en conformation sud à l’aide d’un pont cyclopropane. L’étape ultérieure serait le test et la comparaison de l’activité dans le ribosome de la molécule obtenue avec celle des analogues précédemment synthétisés. De plus, ces études biochimiques pourraient démontrer si l’équilibre conformationnel du ribofuranose participe ou non à la catalyse du transfert peptidique au même titre que l’hydroxyle 2’ de l’A2451 du peptidyle transférase center. Dans la synthèse énantiosélective de l’analogue sud de la puromycine, la plus grande difficulté vient de l’introduction stéréosélective de l’azote se trouvant en jonction de cycle à 3 et 5 chainons. Dans le but de mettre au point une synthèse la plus courte possible nous avons décidé de former le carbocycle contenant l’azote correctement installé en une seule étape dite de cyclisation intramoléculaire de Kulinkovich – De Meijere. Dans le cas idéal ou la réaction marche convenablement, l’ensemble des 5 centres asymétriques présents de la molécule serait dans la stéréochimie optimale pour la suite de la synthèse. Après de nombreux problèmes, l’objectif directeur du projet a été quelque peu modifié mais est resté l’essai, voir l’optimisation de cette réaction intramoléculaire dans le but de confirmer ou d’infirmer la validité du chemin réactionnel choisi dès le départ / Isolated by a bacterium, Streptomyces Alboniger, the puromycine is a natural nucleoside antibiotic because of its structural similarity with the terminal adenosine of the extremity 3’ of the ARNt-aminoacyle. Thanks to this resemblance, this small molecule, which can spread within the site A of the ribosome, is able to inhibit the protein synthesis. The puromycine is used only as tools for the basic research. Indeed, it was still never run in therapeutics purposes insofar as it is at the origin of the metabolization of a toxic product. Following the work of Dr Benoit Michel on the north analogue of the puromycine, the aim of the project is to synthesize a carbocyclique analogue of the puromycine, whose ribofuranose is blocked in south conformation by means of cyclopropyl bridge. The later step would be the test and the comparison of the activity previously synthesized. Furthermore, these biochemical studies could demonstrate if the conformational equilibrium of the ribofuranose participates or not in the catalysis of the peptide transfer as well as the hydroxyl 2’ of A2451 of the peptidyle transferase center. In the enantioselective synthesis of the south analogue of the puromycine, the highest difficulty comes from the stereoselective introduction of the nitrogen which is found in junction of cycle in 3 and 5 links. With the aim of working out the shortest possible synthesis we decided to form the carbocycle bicyclo[3,1,0]hexane, with the nitrogen correctly set up, in a single step called intramolecular Kulinkovich-De Meijere cyclization. In the ideal case the reaction works suitably, all five asymmetrics contiguous centers of the carbocycle would be obtained in the optimal stereochemistry for next step of the synthesis. After numerous problems, the guiding objective of the project was a little modified but stayed the try and the optimization of this intramolecular reaction with the aim of confirming or invalidating the cogency of the reactive pathway chosen from the beginning

Isolée d'une bactérie, Streptomyces alboniger, la puromycine est un nucléoside antibiotique naturel présentant une analogie structurale avec l'adénosine terminale de l’extrémité 3’ de l'ARNt aminoacylé. Cette similarité confère à cette molécule la faculté de pouvoir s'insérer dans le site A (actif) du ribosome et d'inhiber la synthèse des protéines. Cependant, du fait de la formation d'un produit toxique lors de sa métabolisation, la puromycine n'a jamais été employée à des fins thérapeutiques chez l'homme. Néanmoins, utilisée en tant qu'outil synthétique, elle a largement contribué à une meilleure compréhension du mécanisme du transfert peptidique. Au travers de cette thèse, six analogues carbobicycliques (deux en série ribo et quatre en série 2'-désoxy), mimant de façon optimale les conformations extrêmes nord ou sud de la puromycine, ont été synthétisés puis testés dans le ribosome. Outre confirmer que la présence d'un groupement 2'-hydroxyle améliorait l'activité inhibitrice, ces expériences in vitro ont apporté une preuve que, dans le site actif, le déplacement de l'équilibre conformationnel du ribofuranose de l'adénosine terminale de l'ARNt aminoacylé – analogue structural de la puromycine – en faveur de son conformère nord pourrait être directement impliqué dans la catalyse ribosomale du transfert peptidique. Par ailleurs, un projet annexe sur le développement de nouveaux antipaludiques potentiels a permis la synthèse, en série xylo, de la puromycine et de son métabolite naturel le puromycine aminonucléoside. Ces composés ont été testés sur les souches 3D7 et Dd2 du parasite Plasmodium falciparum. / Puromycin, a natural antibiotic nucleoside isolated from the bacterium Streptomyces alboniger, has been used to approach and to clear up the understanding of the mechanism of protein biosynthesis. In fact, its structural similarity to the 3' terminal 3'-O-aminoacyl adenylate moiety of aminoacyl-tRNA explains its activity in the ribosomal A site causing the inhibition of the protein synthesis. Since its metabolism generates a toxic product, puromycin cannot be used as therapeutical purposes for humans. During this PhD work, six carbobicyclic analogues of puromycin, conformationally restricted into the northern or southern conformations with the help of a cyclopropane moiety, were synthesized (two ribo-derivatives and four in the 2'-deoxy ribo-series) then tested for pep¬tidyl transfer efficiency in ribosomes. In addition to confirming that the 2'-hydroxyl function is necessary to improve the inhibition properties, these enzymological tests brought an evidence that the conformational switching: southern to northern, occurring in the A site, could directly be involved in the ribosomal catalysis of the peptidyl transfer. Besides, a side project on the elaboration of potential antimalarial compounds provided new xylo-analogues of puromycin and its natural metabolite PAN. These derivatives were tested on the 3D7 and Dd2 strains of the Plasmodium falciparum parasite

Une étude récente sur le transfert peptidique pH dépendant effectuée avec divers ARNt aminoacyles a révélé la dépendance au pH du transfert peptidique. L’instabilité hydrolytique rend impossible l’obtention de la valeur expérimentale du pKa de l’eau donné pour le groupement α-amino des esters 3'-aminoacyladenosine. Comme les analogues de la puromycine sont les analogues les plus proches du 3’-terminal des ARNt aminoacyles et qu’ils contiennent une liaison amide stable en position 3’, il est intéressant de déterminer la valeur du pKa du groupement α-amino de différents analogues de la puromycine mais aussi de corréler ces valeurs de pKa aux valeurs de pKa des groupements ARNt aminoacyles correspondants obtenues par le transfert peptidique pH dépendant. Le premier chapitre de la thèse se concentre sur la synthèse de différents analogues de la puromycine et sur la détermination de leur basicité par une analyse RMN pH dépendante. Ce chapitre discutera aussi la conformation intrinsèque des analogues de la puromycine mesurée par la pH dépendance de leur constante de couplage J1’-2’. Les synthèses d’analogues dinucléotidiques, d’un analogue xylo-puromycine et d’un analogue de désoxyxylopuromycine seront aussi décrites. Les conjugués peptidyl-ARN miment des fragments importants d’intermédiaires de la transduction. Ces analogues peuvent être utilisés comme outils expérimentaux pour comprendre l’évolution de la synthèse codée des peptides. L’innovation dans le concept de ‘négoce moleculaire’ entre les peptides, les oligonucléotides et les bicouches lipidiques, qui pourrait être à la base de l’évolution de la synthèse peptidique contrôlée par l’ARN, nous a poussé à synthétiser des conjugués peptidyl-ARN amphiphiliques et à étudier leurs interactions avec les bicouches lipidiques. Dans le deuxième chapitre les stratégies de synthèse sur support solide utilisant des analogues de puromycine comme élément constitutif seront discutées / A recent pH dependent peptidyl transfer assay in the ribosome with various aminoacyl tRNAs revealed the pH dependence of the peptidyl transfer. Hydrolytic instability makes impossible to obtain the experimental bulk water pKa data for the α-amino groups of 3'-aminoacyladenosine esters. Since puromycin analogues are the most similar analogues of the 3’-end of the aminoacyl tRNAs and they contain a stable amide bond in 3’-position, the determination of the pKa value of the α-amino groups of different puromycin analogues and correlation of these pKa values with those of α-amino groups of the corresponding aminoacyl tRNAs obtained by pH dependent peptidyl transfer deserves attention. Chapter 1 of the thesis focuses on the synthesis of different puromycin analogues and on the determination of their basicities by a pH dependent NMR analysis. This chapter also analyses the intrinsic conformations accessed by the puromycin analogues, as measured by the pH dependence of their J1’-2’ coupling constants. The synthesis of dinucleotide analogues, a xylo-puromycin analogue and a deoxyxylopuromycin analogue will also be described. Peptidyl-RNA conjugates mimic important fragments of natural intermediates of translation. These analogues can be used as an experimental tool to understand the evolution of the coded synthesis of peptides. The novelty in the concept of a ‘molecular deal’ between peptides, oligonucleotides and lipidic bilayers, which may be the basis for the evolution of RNA controlled peptide synthesis, prompted us to synthesize amphiphilic peptidyl-RNA conjugates and to study their interactions with lipidic bilayers. In chapter 2 the solid support synthetic strategies using puromycin analogues as the building blocks will be discussed

Le syndrome néphrotique idiopathique (SNI) se caractérise par un remodelage du cytosquelette des podocytes et par une réorganisation des complexes protéiques podocytaires dont le diaphragme de fente. Récemment, une protéine fondamentale dans le remodelage du cytosquelette a été identifiée au niveau des pédicelles : IQGAP1. Nous sommes partis de l’hypothèse selon laquelle IQGAP1 par ses propriétés et ses caractéristiques biologiques connues dans différents modèles cellulaires (protéine d’échafaudage, remodelage du cytosquelette, migration cellulaire) pourrait être fondamentale dans les modifications ultrastructurales observées au cours du SNI. Au cours de ce travail de thèse, nous avons analysé les caractéristiques de la protéine IQGAP1 dans les podocytes humains, son implication dans les fonctions podocytaires et dans la physiopathologie du SNI. Nous avons dans un premier temps caractérisé les propriétés de la protéine IQGAP1 au sein des podocytes et déterminé sa localisation cellulaire à l’interface entre le cytosquelette et les complexes protéiques apical et diaphragmatique. Nous avons démontré le rôle d’IQGAP1 dans la migration podocytaire et dans la perméabilité de la monocouche épithéliale. Ces phénomènes au cours du SNI étant modifiés, nous avons dans un second temps étudié l’implication d’IQGAP1 dans la physiopathologie du SNI à l’aide de différents modèles expérimentaux (aminonucléoside de puromycine, plasmas de patients présentant un SNI, podocytes mutés pour la PLCε1). Nous avons ainsi démontré la translocation nucléaire de la protéine IQGAP1, dépendante de la voie ERK et de la PLCε1 et son implication dans la survie cellulaire par son interaction avec la chromatine. Au cours du SNI expérimental, nous avons observé une modification des propriétés d’IQGAP1 : localisation, interactions, phosphorylation.Cette approche a permis de démontrer l’implication de la protéine IQGAP1 dans le SNI. Compte tenu de son rôle dans le remodelage du cytosquelette, IQGAP1 pourrait également être un facteur dans la genèse de différentes glomérulopathies. / Idiopathic nephrotic syndrome (INS) is characterized by the pedicel cytoskeleton remodelling and the disruption of the slit diaphragm complex. Recently, a pivotal protein involved in cytoskeleton remodelling has been identified in podocytes: IQGAP1.We hypothesized that IQGAP1 may be crucial in ultrastructure changes observed in INS through its biological properties and characteristics reported in different cell types (scaffold protein, cytoskeleton dynamism, cell migration). Thus, we analysed IQGAP1 characteristics in human podocytes, its involvement in podocyte functions and in the INS pathophysiology. We have characterized IQGAP1 podocyte characteristics and clarified its cell localisation between the cytoskeleton and the apical or diaphragmatic protein complexes Our work demonstrated the role of IQGAP1 in podocyte motility and in the permeability of epithelial monolayer. With respect to the modification of these phenomenons during INS, we have studied IQGAP1 involvement in INS pathophysiology with different experimental models (puromycine aminonucleoside, plasmas from patients suffering from INS, PLCε1 mutated podocytes). We have demonstrated IQGAP1 nuclear translocation, dependant to ERK signaling pathway and to PLCε1 and its involvement in cell survival through its interaction with the chromatin. In the experimental INS, we have observed a modification of IQGAP1 properties: localization, interactions, phosphorylation. This approach allowed us to show IQGAP1 involvement in INS. Through its role in cytoskeleton remodelling, IQGAP1 may be a factor in the development of different glomerulopathies.