Les Métallo Protéases Matricielles (MMP) en tant qu'endopeptidases à zinc ont une large gamme de fonctions biologiques allant du remodelage tissulaire à la modulation de la réponse cellulaire. Une modification de leur activité protéolytique est souvent associée à de nombreux désordres biologiques. In vivo, ces protéases sont soumises à de nombreuses modifications post-traductionnelles. Elles sont sécrétées sous formes latentes à l'extérieur des cellules pour être ensuite transformées en forme fonctionnelles. Ces dernières sont ensuite inhibées par des inhibiteurs endogènes. En raison de leur sécrétion dans l’espace extra cellulaire, les MMP sous formes actives ont longtemps été considérées comme de simples ciseaux moléculaires capable de dégrader uniquement la matrice extracellulaire. Cependant, le remodelage tissulaire ne constitue pas la fonction unique et encore moins la fonction principale de ces enzymes. Elles peuvent en effet cliver une grande variété de substrats non matriciels et à ce titre sont impliquées dans la progression tumorale, l'immunité et l'inflammation. Pour ajouter une complexité supplémentaire à la biologie des MMP, il a été récemment montré que certaines MMP ont une localisation intracellulaire associée à des fonctions non protéolytiques. Ces observations, mais aussi celles montrant que ces protease participent à la progression de la maladie alors que d'autres ont une fonction protectrice, soulignent la nécessité de mieux documenter leur activation spatiale et temporelle dans divers contextes biologiques.Le profilage protéique basé sur l'activité vise à analyser l'état fonctionnel des protéines dans des échantillons biologiques complexes. À cette fin, des sondes basées sur l'activité (ABP), qui réagissent avec les enzymes en s’appuyant sur leur mécanisme catalytique, ont été développées pour la détection d’enzymes sous formes actives, notamment dans le cas des protéases à sérine et à cystéine. Une sonde basée sur l’activité (ABP) est classiquement composée : i) d’un groupement réactif conduisant à la modification covalente de résidus au sein du site actif de l’enzyme, ii) d’un motif de liaison imposant la sélectivité au groupement réactif et iii) d’un groupement rapporteur permettant la détection des enzymes ciblées. Cette approche ne s’applique toutefois pas aux MMP, pour lesquelles il n’existe pas de résidus nucléophiles conservés au sein du site actif. À cet égard, tous les ABP ciblant les MMP comportent un groupement photo activable qui, sous irradiation UV, favorise la formation du complexe covalent. De telles sondes photo sensibles ont permis de détecter les MMP sous leurs formes actives dans des tissus et des fluides, mais pas chez les animaux vivants au sein desquels l’étape de photo-activation ne peut être réalisé.Dans ce contexte, en nous appuyant sur un contexte structural favorable et en exploitant la chimie de l'acyl imidazole (LDAI) dirigée par un ligand, nous avons identifié une nouvelle série de sondes capables de modifier de manière covalente les MMP sans recourir à la photo-activation. Nous avons ainsi validé la capacité de ces sondes à marquer de manière sélective et efficace la MMP12 humaine in vitro et dans des protéomes complexes. Dans ce dernier cas, jusqu’à 50ng de hMMP12 correspondant à 0,05% du protéome total peuvent être détectés. Nous avons également déterminé l'identité de l’unique résidu modifié de façon covalente au sein du site actif de la hMMP-12 et vérifié que cette modification avait peu d'impact sur l’activité protéolytique de cette dernière. Nous avons démontré que cette approche permettait de détecter des MMP endogènes. Enfin, nous avons étendu cette stratégie de marquage à un panel plus large de MMP.En développant la première stratégie de marquage des formes actives de MMP «sans photo-activation», il semble maintenant possible d’envisager la détection de ces enzymes à la fois dans les protéomes complexes et in vivo. / Matrix MetalloProteases (MMPs) as zinc endopeptidases have a wide range of biological functions, and changes in their proteolytic activity underlie many biological disorders. Since their proteolytic activity has to be tightly controlled to prevent tissue destruction, theses proteases are subjected to numerous posttranslational modifications in vivo. They are secreted under latent forms outside of the cells, and are subsequently processed into their functional form that can be further inhibited by endogenous inhibitors. Due to their delineated area of activation, MMP active forms have long been considered for their unique ability to degrade extracellular substrates. However, turnover and breakdown of the extracellular matrix are neither the sole nor the main function of MMPs. These enzymes can indeed process a wide variety of non-matrix substrates and are involved in the regulation of multiple aspects of tumor progression, immunity and inflammation. To add further complexity to MMPs biology, some members within the family were recently reported to have intracellular localization associated to non-proteolytic functions. These observations but also those evidencing that some MMPs participate in disease progression while others have a protective function, stress the need to better document their spatial and temporal activation in various biological contexts.Activity-based protein profiling (ABPP) aims to analyze the functional state of proteins within complex biological samples. To this purpose, activity-based probes (ABPs) that react with enzymes in a mechanism-based manner have been successfully developed for the profiling of several enzymes including serine and cysteine proteases. A typical Activity-Based probe (ABP) is composed of i) a reactive warhead, which reacts in a covalent manner with enzyme active site residues, ii) a targeting moiety that imposes selectivity upon the reactive group and iii) a detectable group for subsequent analyses. This approach is not applicable to MMPs, which lack a targetable nucleophile involved in the catalysis. In this respect, all ABPs directed to MMPs are affinity-based probes (AfBPs) containing within their structure a photo cross-linking group that promotes the formation of a covalent complex upon UV-irradiation. Such photoactivatable probes have been successfully developed for the detection of MMPs under their active forms in fluids and tissue extracts, but not in living animals where the photo-activation step is not feasible.By relying on a favorable structural context and by exploiting the ligand-directed acyl imidazole (LDAI) chemistry, we have identified a novel series of AfBPs capable of covalently modifying matrix metalloproteases without making use of photo-activation. These active-site-directed probes whose structure was derived from that of a MMP12 selective inhibitor harbored a reactive acyl imidazole in their P3' position. They demonstrated their labelling specificity in vitro by covalently modifying a single Lysine residue within the MMP-12 S3' region. We also showed that these probes only targeted functional states of hMMP-12 and spared forms whose active site was occluded either by a synthetic or a natural inhibitor. We have validated the ability of these chemical probes to efficiently label human MMP12 in complex proteomes. In this case, down to 50 ng of hMMP12 corresponding to 0.05% of the whole proteome can be labelled and detected by in-gel fluorescence analysis. We demonstrated that this approach also allowed detecting endogenous MMPs secreted by stimulated-macrophages. In addition, by modifying the nature of the targeting moiety, we have extended this affinity-labeling approach to six other MMPs.By developing the first “photo activation-free” strategy to covalently modify active forms of MMPs, the unresolved proteomic profiling of native MMPs should be now accessible both in complex proteomes and in preclinical model in which MMPs are potential relevant targets.

La molécule UM171 amplifie les greffons de cellules souches hématopoïétiques. Cela permet l’utilisation de greffons de cellules souches provenant du sang de cordon ombilical pour des greffes chez les patients adultes, notamment dans les cas de cancers du sang. Bien que le mode d’action biologique d’UM171 soit connu, la protéine à laquelle se lie UM171 reste indéterminée. Le but de ce projet est d’identifier cette protéine-cible. Afin d’atteindre cet objectif, cette étude mise sur la conception, la synthèse, puis l’utilisation de sondes d’affinité. Dans ce mémoire, deux types de sonde sont présentées : les sondes d’affinité non covalentes et les sondes d’affinité photoréactives. Dans un premier temps, une sonde non covalente est synthétisée. Cette sonde, très active, est ensuite utilisée dans un essai de chimio-protéomique. Elle permet d’identifier les protéines KBTBD4, RCOR1 et HDAC2 par buvardage de western. Dans un deuxième temps, une sonde photoréactive est conçue, puis synthétisée. Considérant l’hypothèse de la présence d’un acide carboxylique dans le site actif de la protéine-cible, cette sonde exploite une fonctionnalité 2,5-diaryltétrazole comme groupement photoréactif sélectif aux acides carboxyliques. Afin de maximiser l’activité de cette sonde, celle-ci est développée grâce à l’étude de plusieurs analogues, dont la synthèse est également rapportée. Dans un troisième temps, la sonde photoréactive est utilisée dans deux essais de chimio- protéomique. Ces essais ont permis d’identifier la protéine CUL3 par spectrométrie de masse. La protéine CAND1 a également été identifiée, de façon moins significative. / The small molecule UM171 amplifies hematopoietic stem cells grafts. This allows the use of umbilical cord blood stem cells grafts for transplants in adult patients, for example in the case of blood cancer. Although the biological mode of action of UM171 is known, the protein to which UM171 binds remains undetermined. The aim of this project is to identify this target protein. To achieve this goal, this study focuses on the design, synthesis, and use of affinity probes. In this thesis, two types of probes are presented: non-covalent affinity probes and photoreactive affinity probes. First, a non-covalent probe is synthesized. This probe revealed to be very potent and is used in a chemoproteomics assay. The proteins KBTBD4, RCOR1 and HDAC2 are identified by western blotting. Second, a photoreactive probe is designed, and then synthesized. Assuming the presence of a carboxylic acid in the active site of the target protein, this probe exploits a 2,5-diaryltetrazole functionality as its photoreactive group selective to carboxylic acids. To maximize the activity of this probe, it is designed by studying several analogues, the synthesis of which is also reported. Third, the photoreactive probe is used in two chemoproteomics assays. These led to the identification of the protein CUL3 by mass spectrometry. The protein CAND1 was also identified, less significantly.