Dissertations / Theses on the topic 'Antibiotiques – Synthèse – Inhibiteurs'

Ce travail rapporte l'émergence de résistances nouvelles aux macrolides chez Shigella sonnei et Turicella Otitidis. Ces résistances sont des exemples de stratégies différentes utilisés par les bactéries pour résister à des antibiotiques inhibiteurs de la synthèse proteique. S. Sonnei a developpé un mécanisme de phosphorylation de l'azithromycine grâce à l'acquisition du gène mph(A) pour résister à cet antibiotique. Cette résistance plasmidique et transférable met en péril l'utilisation de l'azithromycine dans le traitement des shigelloses chez les enfants. La résistance aux macrolides chez T. Otitidis qui posséde trois copies du gène rrl codant pour l'ARNr 23S est corrélée avec la présence de mutations dans le domaine V de cet ARN en position 2058 et/ou 2059 (numérotation de E. Coli). Pour mettre en évidence le rôle que la recombinaison homologue joue dans la propagation de la mutation du gène rrl d'une copie aux autres copies, nous avons pris comme modèle, le linézolide, inhibiteur des synthèses protéiques et Enterococcus faecalis JH2-2 (4copies rrl). L'étude de la dynamique de sélection de mutants au linézolide chez E. Faecalis JH2-2 et son dérivé déficient en recombinaison E. Faecalis JH2-2 recA, montre que la recombinaison homologue influe sur la dissémination des mutations entre les copies du gène rrl. Une seule copie mutée suffit pour conférer un niveau significatif de résistance. Le niveau de résistance corrèle aves le nombre de copies mutées.

La tuberculose est un problème majeur pour la santé mondiale. Son agent pathogène, Mycobacterium tuberculosis, utilise un phospholipide particulier, le béta-D-arabinofuranosyl-1-monophosphodécaprénol (DPA), pour construire sa paroi cellulaire. Le DPA est spécifique des mycobactéries et le sucre qu'il contient n'est pas présent chez les mammifères. Il constitue une cible de choix pour le développement de nouveaux antituberculeux. Cette thèse expose la synthèse d'analogues du DPA pouvant inhiber l'arabinosyltranférase, une des enzymes bâtissant la paroi mycobactérienne. Dans un premier temps, nous avons préparé des analogues dont la liaison phosphate du substrat naturel est remplacé par une liaison phosphonate non sécable par le processus enzymatique naturel. La seconde série d'analogues est constituée de produits dont le cycle furanne a été remplacé par un cycle pyrrolidine. Les iminosucres sont connus pour être de bons inhibiteurs de glycosidases, une classe d'enzymes dont le mécanisme est similaire à l'arabinosyltranférase. Les premiers tests effectués sur l'enzyme seule montrent une inactivité de nos produits qu'il reste à confirmer
Tuberculosis is a major worldwide health problem. Its pathogen agent, Mycobacterium tuberculosis, uses a particular phospholipid, decaprenolphosphoarabinose (DPA), to build its cell wall. DPA is a specific mycobacterial phospholipid and the sugar that it contains is not found in mammalians. It is a good therapeutic target to develop new antituberculosis drugs. This thesis reports the synthesis of DPA analogues, aimed at inhibiting arabinosyltransferase, a key-enzyme involved in the building of mycobacterial cell wall. At first, we have synthesized analogues in which the phosphate linkage has been replaced by a phosphonate linkage. This linkage is not cut by natural enzymatic processes. Products in which the furan cycle of natural substrate cycle has been replaced by a pyrrolidine cycle constitute the second series of analogues. Iminosugars are known to be excellent inhibitors of the related glycosidases. Preliminary tests on crude enzymatic preparation show that our products are inactive but this remains to be confirmed in vivo using Mycobacterium smegmatis as a model of non pathogenic mycobacteria

Afin de lutter contre des maladies mortelles en forte recrudescence actuellement, telles que la tuberculose et la lèpre provoquées par des mycobactéries, nous nous sommes intéressés à préparer de nouveaux types d'inhibiteurs potentiels d'arabinosyltransférases, enzymes indispensables à la construction de la paroi mycobactérienne. Le mode d'action des glycosyltransférases étant relativement connu, il est possible de concevoir des inhibiteurs d'arabinosyltransférases de manière rationnelle. Dans notre cas, nous avions pour cible des phosphonates (ou phosphonamides) porteurs d'une longue chaîne polyprényle en C45 en série pyrrolidine en tant qu'analogues du substrat de l'enzyme. Cette synthèse démarrée à partir d'un dérivé de l'arabinose commercial, a été tout d'abord orientée vers la préparation d'un intermédiaire - clé commun à l'obtention des trois cibles. L'approche vers ces inhibiteurs potentiels, nous a permis d'explorer la chimie de phosphonates organoséléniés d'une part et d'autre part de diazophosphonates. La préparation des phosphonates porteurs de la chaîne polyprényle n'a pu être menée à terme, cependant des phosphonamides «à longue chaîne» ont été obtenus avec succès sous forme protégée ainsi que trois nouvelles pyrrolidines diéthylphosphonates, dont l'activité antimycobactérienne sera évaluée prochainement. Au cours de ce travail, nous avons eu accès également, non seulement à une nouvelle famille d'inhibiteurs potentiels irréversibles d'arabinosyltransférases, les aziridinopyrrolidines, mais aussi à la nectrisine, et cela avec des rendements supérieurs à ceux de la littérature, un inhibiteur puissant de glycosidases.

La méthionine joue un rôle essentiel dans une grande variété de fonctions cellulaires : la biosynthèse des protéines, les réactions de transméthylation et la biosynthèse des polyamines. La forte demande en méthionine pour satisfaire ces fonctions essentielles ne peut être assurée par la seule synthèse de novo. Ainsi tous les processus de récupération de cet acide aminé sont d'une extrème importance pour la croissance des cellules. Chez P. Falciparum (agent responsable de la malria) et K. Pneumoniae (entérobactérie impliquée dans les infections nosocomicales pulmonaires) le recyclage de la méthionine met en jeu une voie métabolique spécifique, différente de celle des mammifères, dans laquelle la MTR kinase occupe une position clé. De ce fait, cette enzyme peut être considérée comme une cible spécifique pour la recherche de nouveaux antiprtozoaires et antibactériens. Le travail présenté dans cette thèse concerne la synthèse et évaluation biologique de nouveaux inhibiteurs de la MTR kinase. Dans une première partie de cette étude , nous avons synthétisé : - des analogues du MTR (inhibiteurs compétitifs), - des analogues bisubstrats, nucléosides et nucléotides qui combinent les déterminants structuraux du MTR et de l'ATP, - des pro-inhibiteurs de l'enzyme via leur interaction avec la MTA nucléosidase, enzyme qui précède la MTR kinase dans le cycle de régénération de la méthionine.

Les microARN (miARN) constituent une classe de petits ARN non-codants qui jouent un rôle clé dans la régulation de l’expression des gènes au niveau post-transcriptionnel. De nombreuses études ont démontré que la surexpression de certains miARN est liée au développement de plusieurs types de cancer. C’est pour cette raison les miARN représentent une nouvelle classe de cibles thérapeutiques à haute potentielle. Dans ce contexte, l’objectif de mon travail de thèse était la découverte de nouveaux inhibiteurs de la production de miARN oncogène. Dans ce but, j’ai suivi deux approches, différentes mais complémentaires : (i) le criblage d’une petite librairie de composés et (ii) la conception et la synthèse de nouveaux conjugués en tant que ligands de précurseurs de miARN (pré-miARN). En particulier, nous avons ciblé les miARN-372 et -373 qui sont oncogènes dans plusieurs cancers, tels que le cancer gastrique. Nous avons ainsi démontré que certains des composés criblés ou synthétisés sont capables de se lier efficacement à la structure secondaire en tige-boucle de pré-miARN avec une haute affinité, conduisant à l’inhibition de la production des miARNs correspondants. Par ailleurs, nous avons montré que certains composés possèdent une activité anti-proliférative spécifique pour les cellules de cancer gastrique et que cette activité est directement liée à une diminution de la production de miARN ciblés et au rétablissement de la traduction de ARN messenger
MicroRNAs (miRs) are a class of small non-coding RNAs that act as regulators of gene expression at the post-transcriptional level. Increasing evidence has indicated that the deregulation of miR expression is linked to various human cancers and therefore, miRs represent a new class of potential drug targets. In this context, my PhD project focused on the discovery of new inhibitors of oncogenic miRs production. Toward this aim, two different but complementary approaches were followed: (i) the screening of small libraries of compounds and (ii) the design and synthesis of new classes of conjugates as binders of miRNA precursors (pre-miRs). In particular, we focused our attention on miR-372 and miR-373, two oncogenic miRs overexpressed in various cancers, such as gastric cancer. We showed that some of the screened or of the newly synthesized compounds are able to efficiently bind to stem-loop structured precursors of the targeted miRs with high affinity, thus inhibiting the production of their corresponding mature miRs at the level of Dicer cleavage. Moreover, we found compounds bearing a specific anti-proliferative activity in gastric cancer cells overexpressing targeted miRs and this activity is directly linked to a decrease in the production of oncogenic miR-372 and -373 and to the restoration of normal mRNA translation

Afin de lutter contre l'émergence continue de résistances aux antibiotiques, le développement de nouveaux agents antibactériens et l'identification de nouvelles cibles enzymatiques s'avèrent nécessaires. La transférase bactérienne MraY, impliquée dans la biosynthèse du peptidoglycane, constitue une telle cible. Les objectifs de cette thèse ont été la conception et la synthèse d'analogues de l'UDP-Mur/VAc-pentapeptide, substrat nucléotidique naturel de MraY. La principale modification envisagée a concerné le groupement pyrophosphate, motif clé responsable de la réactivité du substrat. Deux familles de bioisostères ont été ciblées : des analogues de type β-cétophosphonate et de type phosphmoylméthylphosphonate. L'élaboration de ces structures a nécessité la préparation de synthons phosphores et de C-glycosides diversement fonctionnalisés. Le développement de bioisostères de type thiophosphophosphate a aussi été initié afin d'approfondir l'étude du mécanisme d'action de MraY
In order to contain the expansion of bacterial resistance against antibiotics, development of new antibacterial agents and research for new enzymatic targets are required. The bacterial transferase MraY, involved in the peptidoglycan biosynthesis, is such a target. The aim of this work was to design and synthesize analogs of UDP-Mur/VAc-pentapeptide, the natural nucleotidic substrate of MraY. The main modification was directed towards the pyrophosphate group, which is the key moiety responsible for the substrate reactivity. Two bioisosteres families were targeted: β-ketophosphonate analogs and phosphinoylmethylphosphonate analogs. Synthesis of these structures required preparation of phosphorus synthons and C-glycosides variously fonctionalised. Development of thiophosphophosphate bioisosteres was also initiated in order to investigate the MraY mechanism

Cette thèse comporte quatre chapitres distincts. Le premier chapitre traite d'une nouvelle synthèse stéréospécifique du 2-déoxy-2-fluoro-D-glucose et des modifications appropriées 18 à la préparation de son anal gue radioactif, le 2-déoxy-2-[18F] fluoro-D-glucose, utilisé en médecine nucléaire. Dans le deuxième chapitre est rapportée la synthèse de composés fluorés apparentés à l'antibiotique antitumoral, la daunorubicine. Le troisième chapitre traite de la préparation stéréospécifique d'hydrates de carbone dont le carbone-2 est quaternaire et porte les fonctions nitrile et amine ; ceci dans le but de synthétiser les dérivés ᾳ-fluorométhylés et ᾳ-difluorométhylés de la lysine. Le quatrième chapitre est relatif à l'utilisation de la RMN de l’oxygène-17, ainsi qu'à l'observation des déplacements chimiques isotopiques induits par l'oxygène-18 en RMN du 13C ; un mécanisme réactionnel et un chemin biosynthétique ont pu être élucidés à l'aide de ces techniques.

La surexpression des pompes d’efflux (PE) appartenant à la famille Resistance-Nodulation-Division (RND) est l’un des contributeurs majeurs de la multirésistance (MDR) et la pathogénicité des bactéries Gram-négatives. Ces transporteurs sont capables d'expulser à l’extérieur de la cellule bactérienne différentes classes d'antibiotiques, ce qui contribue de manière significative à l'échec thérapeutique du traitement des maladies infectieuses. Dans ce contexte, les PEs sont des cibles intéressantes pour la découverte de nouveaux antimicrobiens. Afin de combattre ce mécanisme de résistance, des inhibiteurs des pompes d’efflux (EPIs) sont développés comme adjuvants d'antibiotiques dans le but de restaurer ou d'améliorer leur activité. L'archétype AcrAB-TolC est particulièrement répandu chez les espèces d’Enterobacter pertinentes en clinique (pathogènes « ESKAPE »). Cette étude décrit une stratégie basée sur des analogues des fluoroquinolones pour le drug design des EPIs, contre la pompe AcrB chez E. aerogenes. Ainsi, la synthèse et l'évaluation microbiologique des dérivés de quinazoline-4(3H)-one ont été effectuées. Les propriétés structurales et moléculaires des composés testés (i.e. rigidité et flexibilité) ont également été étudiées. Pour cela, de nouveaux scaffolds ont été évaluées. Plusieurs molécules ont montré une augmentation de la sensibilité des bactéries à la norfloxacine et au chloramphénicol. Les résultats obtenus, appuyés par la modélisation moléculaire, suggèrent que la flexibilité moléculaire et la nature des fonctions chimiques des EPIs jouent un rôle essentiel dans l'amélioration de l'activité et la sélectivité vis-à-vis des fluoroquinolones
Overexpression of Resistance-Nodulation-Division (RND) efflux pumps (EP) is a major contributor in multidrug resistance (MDR) and pathogenicity in Gram-negative bacteria. These transporters are able to expel out of the bacterial cell clinically important antibiotic classes, contributing in a significant manner to the treatment failure of infectious diseases. With the worrying levels of bacterial resistance reported worldwide and the continuous spreading of MDR pathogens, EPs are interesting targets for the discovery of new antimicrobial drugs. Therefore, to overcome this mechanism, efflux pump inhibitors (EPIs) are being developed as adjuvants in order to restore or improve the activity of usual antibiotics. The AcrAB-TolC archetype is particularly widespread in Enterobacter spp. presenting clinical relevance (ESKAPE pathogens). In this study, we described the drug design strategy based on fluoroquinolone antibiotic analogs, against the AcrB pump of E. aerogenes. Thus, synthesis and microbiological evaluation of quinazolin-4(3H)-one derivatives were performed. The structural and molecular properties of the tested compounds (i. e. rigidity and flexibility) were also investigated. In this purpose, a scaffold hopping of the quinazolinone core to homologous benzoquinazolinones and precursors benzamides were carried out. Several molecules increased the bacterial susceptibility towards norfloxacin and chloramphenicol. The obtained results, supported by molecular modeling, suggest that molecular flexibility and the nature of chemical functions play a critical role to improve activity and selectivity on fluoroquinolone potentiation targeting AcrB efflux pump

Le travail retranscrit dans cette thèse regroupe l'étude de différents processus biologiques impliqués dans la synthèse protéique bactérienne. Dans un premier chapitre, les origines de la synthèse protéique au temps du monde ARN sont traitées en guise d'introduction. Ce travail théorique se poursuit par la présentation d'une structure à haute résolution du facteur d'élongation G (EF-G) en complexe avec le ribosome par cryo-microscopie électronique à transmission (cryo-MET). Grâce aux avancées techniques de la cryo-MET, nous avons observé pour la première fois EF-G lié au ribosome en l'absence de tout inhibiteur. Cet état particulièr d'EF-G permet de visualiser une flexibilité de son doamine III. Cette étude permet aussi de rationaliser le fonctionnement de l'antibiotique acide fusidique. Nous nous sommes ensuite intéressés aux voies de sauvetage de la synthèse protéique et plus particulièrement de la trans-traduction. Ce mécanisme fascinant permet le recyclage des ribosomes bloqués sur un ARN messager défectueux. Cette voie de sauvetage est généralement vitale ou alors indispensable pour la virulence bactérienne. Nous avons réalisé une étude structurale préliminaire de la dégradation de l'ARNm défectueux durant ce processus. Après une revue traitant du sujet, nous présentons une étude de la trans-traduction comme cible pour le développement de nouveaux antibiotiques. Pour cela, nous avons mis au point un système rapporteur avec contrôle interne de l'activité trans-traductionnelle bactérienne. Après avoir mis au point ce système et validé son utilisation, nous l'avons exploité en testant des molécules ciblant la trans-traduction
The current PhD work brings together various studies linked to bacterial protein synthesis. The first chapter is about the origins of protein synthesis at the time of the RNA world. This theoretical work continues with the presentation of a high-resolution structure of the elongation factor G (EF-G) in complex with the ribosome by cryo-electron transmission microscopy (cryo-TEM). We describe for the first time EF-G bound to the ribosome in the absence of any inhibitor. This particular structure of EF-G displays a yet unseen positioning of its third domain, which becomes very flexible. This study helps to understand the way the antibiotic fusidic acid blocks translation. The work then switches to a study of trans-translation, the main rescuing system of stalled ribosomes in bacteria. Trans-translation is generally vital or at least necessary for bacterial virulence. We conducted a preliminary structural study on the way faulty mRNAs are degraded during this process. This is why we present a study of trans-translation as a target for the development of new antibiotics. For this we developed and validated a reporter system for trans-translation, which is used to screen molecules targeting trans-translation

La Méthionine Aminopeptidase est une métalloenzyme présente chez tous les procaryotes et essentielle à la maturation des protéines chez les bactéries. Malgré sa présence chez les eucaryotes,c’est une cible attractive pour développer de nouveaux antibiotiques. A ce jour, de nombreux inhibiteurs visant cette cible ont été développés mais aucun n’a fait l’objet de recherche avancée car l’effet antibactérien était trop limité. Nous nous sommes intéressés à la MetAPI d’E.coli(EcMetAP) comme modèle de Gram (-). Ainsi, une nouvelle série d’inhibiteurs présentant une fonction 1-Hydroxypyridin-2-one (HOPO) comme motif chélatant, a été conçue, synthétisée et les activités évaluées in vitro et in cellulo. Le design de ces ligands a été effectué par une étude en modélisation moléculaire en partant des structures RX de l’enzyme à Mn (EcMetAP-Mn) co-cristalliséeavec un ligand acide hydroxamique résolues précédemment dans l’équipe. Les études en dynamique moléculaire ont permis de sélectionner trois familles de ligand. Ces molécules ont ensuite été synthétisées. Pour la famille de ligands substitués en 5 du cycle HOPO par un methyl indole, la stratégie de synthèse classique n’a pas permis d’obtenir les ligands souhaités mais, une HOPO fonctionnalisée par un dérivé résultant de l’ouverture du cycle indolique a été isolée et totalement caractérisée. Sur l’ensemble des molécules mises au point, cinq d’entre elles ont une bonne affinité pour la MetAP-Mn, avec des CI50 inférieures à 5 μM. Les molécules présentent dans l’ensemble une activité antibactérienne modérée. L’activité est améliorée en présence de polymyxine nonapeptide, un perméabilisant membranaire. Afin de pallier le problème du manque de perméabilité des bactéries Gram (-), la stratégie de métal-chaperone associant autour d’un cation métallique l’inhibiteur et un ligand auxiliaire fonctionnalisé par un perméabilisant, a permis d’améliorer les activités antibactériennes
Methionine aminopeptidase (MetAP) is an ubiquitous metalloprotein present in allprokaryotes and essential to the maturation of proteins in bacteria. Despite to be also present in eukaryotes, it is an attractive target to design new antibacterial agents. Numerous inhibitors targeting MetAP have been developed these last years, but none of then have been further studied because of too low antibacterial activities. We chose to work on MetAP1 from E. coli strain (EcMetAP), as an example of Gram negative bacteria, for which several X-ray structures of the enzyme in complex with inhibitors are available in the literature. A new series of inhibitors functionalized by a 1-hydroxypyrdin-2-one (HOPO) as chelating group has been designed and synthesized. The backbone of these HOPOs has been designed by molecular modeling, starting from the X-ray structure of EcMetAP loaded with Mn(II) incomplex with simple hydroxamic acids and previously solved in the lab. Three types of ligands have been selected and further synthesized. However HOPO substituted in position 5 by a methyl indole could not be obtained, instead a polyfunctionalized molecule with a HOPO substituted by a ring-opening derivative of the indole was isolated and completely characterized. The biological activities of all the molecules were determined. Five of them displayed inhibitory effect against EcMetAP-Mn with IC50 lower than 5 μM. The antibacterial activities are modest againt a wild type E. coli strain and an E. coli strain deleted from the AcrAB efflux pump system, but the sensitivity is increased by adding polymyxin nonapeptide. So, the results can be improved using the metal- chaperone strategy previously developed in the team, which allows, by grafing a permeabilizing agent on an ancillary ligand complexed to a metal cation with the HOPO inhibitor, to favor the uptake of the drug by the bacteria

La résurgence de la tuberculose est due entre autre à l'apparition de souches résistantes aux antituberculeux comme l'isoniazide (INH). L'INH est une prodrogue qui a besoin d'être activée par l'enzyme KatG pour former avec le cofacteur NADH les adduits INH-NAD. Ces adduits inhibent l'enzyme InhA impliquée dans la biosynthèse des acides mycoliques, constituants essentiels de l'enveloppe mycobactérienne. Il est admis que de nombreuses résistances à l'INH sont dues à des mutations de katG. L'INH ne peut plus être activé, il est inactif sur InhA. Des molécules capables d'inhiber directement InhA sans étape d'activation sont de bons candidats à de nouveaux médicaments. Nous avons dans un premier temps, synthétisé des analogues simplifiés de l'adduit INH-NAD afin de contourner les problèmes de résistances liés à KatG. L'évaluation biologique de ces composés n'a pas montré d'inhibition significative ni de l'enzyme InhA, ni de la croissance mycobactérienne. Dans un second temps, nous avons développé une autre stratégie, appelée bisubstrat. L'ensemble des composés préparés a été testé sur l'inhibition d'InhA et de croissance de mycobactéries et a donné des résultats intéressants et prometteurs. Parallèlement nous nous sommes intéressés à l'étude de l'équilibre tautomérique des adduits INH-NAD. Nous avons étudié cet équilibre sur des modèles simplifiés des adduits avec des données expérimentales soutenues par des études de modélisation moléculaire. Enfin pour essayer de comprendre ce phénomène, nous avons réalisé des études d'interaction des différents adduits présents en solution avec InhA par docking et de dynamique moléculaire
The resurgence of tuberculosis can be associated to the resistance of Mycobacterium tuberculosis strain to the most important antitubercular drugs as isoniazid (INH). INH is a prodrug that requires activation by catase peroxydase KatG to form with NADH the INH-NAD adduct. This adduct inhibits the InhA enzyme, necessary to the biosynthesis of mycolic acids that are essential components of mycobacterial envelope. The resistance to INH is resulting from mutations in katG that diminish its ability to convert INH in active form. So, compounds able to inhibit directly InhA without requiring activation have tremendous promise as novel drugs. We have synthesized in one first stage, truncated analogues of INH-NAD adduct in order to eliminate resistance problems attributed to KatG. The biological evaluation of these compounds did not exhibit satisfactory inhibition of the enzyme InhA neither of the mycobacterial growth. In one second stage, we have developed another strategy named bi-substrate. All compounds prepared was tested on the inhibition of InhA and mycobacterial growth and it gave interesting and promising results. Next we have used simplified analogues to studied tautomerism equilibrium of INH-NAD adduct with experimental data supported by studies of molecular modeling. Lastly, in order to try to understand this phenomenon, we carried out studies of interaction of different adducts present in solution with InhA by docking and molecular dynamics

La résistance croissante aux antibiotiques et les limitations dans le développement de nouveaux médicaments nécessitent la recherche de stratégies alternatives afin d’éradiquer les infections bactériennes. Des problèmes semblables apparaissent dans le développement de thérapeutiques antivirales, en raison de l’émergence constante de nouveaux virus et leur capacité à contourner les thérapies par des mutations génétiques. Ce travail de recherche examine la potentielle activité antibactérienne et/ou antivirale de nanostructures à base de carbone telles que les nanoparticules de diamant et les points quantiques carbonés (carbon quantum dots, CQDs), ainsi que l’oxyde de graphène réduit (reduced graphene oxide, rGO) combiné à des cryogels. Les CQDs produits par synthèse hydrothermale à partir de l’acide 4-aminophénylboronique comme précurseur carboné se sont montrés efficace en tant qu’inhibiteurs de l’attachement du coronavirus humain HCoV-229E-Luc aux cellules avec une EC50 de 5,2±0.7 µg mL-1. Les études mécanistiques suggèrent que les CQDs agissent lors des tout premiers stades de l’infection virale ainsi que lors de l’étape de réplication du virus. En parallèle, nous avons tiré parti du caractère multivalent des CQDs et des nanodiamants pour les modifier en y fixant de courts peptides synthétiques antimicrobiens (antimicrobial peptides, AMPs). Ces nanostructures ont été testées contre des bactéries pathogènes à Gram positif Staphylococcus aureus et à Gram négatif Escherichia coli et ont montré une activité antibactérienne plus élevée que celle des AMPs seuls. Dans le cas du rGO combiné à des cryogels chargés en AMPs, l’éradication des bactéries a été réalisée efficacement et à la demande en utilisant une irradiation infrarouge comme activateur externe permettant le relargage des AMPs
Increasing antibiotic resistance and limited development of new drugs necessitate the search for alternative strategies to eradicate bacterial infections. Similar problems are faced in the development of antiviral therapeutics, due to the constant emergence of new viruses and their ability to escape therapy by genetic mutations. This work investigates the potential antibacterial and/or antiviral activity of carbon-based nanostructures such as diamond nanoparticles and carbon quantum dots (CQDs) as well as reduced graphene oxide (rGO) in combination with cryogels. CQDs formed by hydrothermal synthesis from 4-aminophenylboronic acid as the carbon precursor showed to be efficient in the inhibition of the viral attachment of human coronavirus HCoV-229E-Luc to cells with an EC50 of 5.2±0.7 µg mL-1. Mechanistic studies suggest that the CQDs are acting at the early stage of virus infection as well at the viral replication step. In parallel, we took advantage of the multivalent character of CQDs as well as nanodiamonds and modified them with short synthetic antimicrobial peptides (AMPs). Tests of these nanostructures against Gram-positive Staphylococcus aureus and Gram-negative Escherichia coli pathogens showed increased antibacterial activity when compared to AMPs alone. In the case of rGO combined with cryogels loaded with AMPs, bacterial eradication was achieved efficiently and on-demand using near-infrared light as external trigger to release AMPs

Actuellement, le problème des résistances aux antibiotiques est devenu une inquiétude majeure pour la santé publique. Leur développement depuis l’âge d’or des antibiotiques a contribué à la mise sur le marché d’une grande variété de familles d’antibiotiques notamment dans la lutte contre les souches bactériennes de type mycobactérie, pneumocoques, staphylocoques etc. Les infections bactériennes pathogènes représentent cependant toujours un souci urgent de santé publique dû à l’apparition de résistances aux principes actifs que l’on utilise contre elles. Il devient donc vital d’explorer de nouveaux antibiotiques capables de rester efficaces même contre des infections bactériennes résistantes ou multi-résistantes. Dans ce manuscrit, il est décrit la synthèse d’analogues nucléosidiques innovants selon l’approche du DOS pour explorer l’espace chimique des Mur ligases en tant que nouvelles cibles multiples. Le développement d’une nouvelle méthodologie de synthèse pour accéder au pseudo-sucre cyclopentanone des carbanucléosides a été initié ainsi que la synthèse d’un analogue carbocyclique issu d’une chimiothèque virtuelle. Une autre chimiothèque d’hétérocycliques de type indolique a été synthétisée contre les Mur ligases. Pour cela, nous nous sommes appuyés sur des réactions de cycloaddition catalysées au cuivre (CuAAC) permettant une synthèse orientée vers la diversité moléculaire. De même, l’exploration synthétique pour obtenir le pseudo-sucre carbanucléosidique, nous avons utilisé la réaction de cyclisation par une activation C-H allylique catalysée au palladium. Ces nouveaux composés se sont révélés être inhibiteurs multiples de Mur Ligases issues de Mycobacterium tuberculosis
Last decade, a growing problem of antibiotic resistance has become true worries for public health. Since the golden age of antibiotics, their development contributed to improve new marketing active compounds with large broad structural varieties, especially against mycobacteria, pneumococcal or staphylococcal strains. However, pathogenic bacterial infections, still an urgent public health concern because of bacterial resistance, remove the efficacy of employed antibiotics. Therefore, the development of new structural compounds for new antibiotics is a most potent pathway to improve their biological powerful against multi- and/or resistant bacterial strains. This manuscript describes new nucleosidic analogues obtained by diversity-oriented synthesis (DOS) approach. Thus, new synthetic methodology for carbocyclic nucleosides cyclopentanone moiety was investigated and carba-nucleoside from virtual screening was synthetized. Small library of heterocyclic compounds containing an indole structure was developed. Key reactions was used like 1,3-dipolar cycloaddition (CuAAC) allowing to develop a diversity-oriented synthesis approach (DOS). Furthermore, new methodology for pseudo-sugar of carbanucleoside synthesis use an allylic C-H activation cyclization palladium-catalyzed as C(sp3)-C(sp3) bond formation. These molecules have been shown to be active against Mur ligases from Mycobacterium tuberculosis

La fructose -1,6- bisphosphate aldolase (FBA), une enzyme intervenant dans le métabolisme du glucose : la glycolyse et la gluconéogénèse, permet le clivage réversible du fructose bisphosphate (FBP) en deux trioses : le glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P) et dihydroxyacétone phosphate (DHAP). Elle existe sous deux classes différentes. La classe I, présente chez les mammifères, les organismes évolués, et la classe II (à Zn) présente chez certaines levures, micro-algues et un certain nombre de pathogènes (M. Tuberculosis, H. Pylori, Y. Pestis). Nous nous sommes basés sur la différence mécanistique et structurale entre ces deux classes pour concevoir, synthétiser et tester de nouveaux inhibiteurs sélectifs de la FBA de classe II. Les inhibiteurs synthétisés sont des analogues du fructose bisphosphate (FBP) et présentent la particularité d’avoir un groupement chélatant des métaux en position 2-3 à base d’azote (hydroxamate). Leurs propriétés inhibitrices ont été évaluées sur les FBA de classe I (muscle de lapin) et de classe II (M. Tuberculosis, H. Pylori, Y. Pestis, C. Albicans). Ces tests, ont permis de mettre en évidence la très forte inhibition in-vitro de tous ces composés, et une très bonne sélectivité vis-à-vis des aldolases de classe II. Les inhibiteurs visés ou leurs dérivés pourraient donc inhiber la croissance de différents microorganismes pathogènes dont M. Tuberculosis, H. Pylori, C. Albicans, Y. Pestis. Huits composés (TD2, TD3, TD4, TD5, TD6, TD7, TD8, TD9) ont été synthétisés et testés in vitro sur les enzymes cibles de divers pathogènes, Le meilleur de ces composés (TD7) présente un IC50 < 1nM et une sélectivité classe II vs classe I > 100 000
Fructose -1,6-bis-phosphate aldolase (FBA), one of the enzymes involved in the metabolism of glucose: glycolysis or in gluconeogenesis, allows the reversible cleavage of the fructose bisphosphate (FBP) into two trioses: dihydroxyacétone phosphate (DHAP) and glyceraldehyde-3-phosphate (G3P). FBA are divided into two classes depending on their reaction mechanism. Class I FBA are only found in higher organisms (mammals), green algae and some prokaryotes while class II FBA are only found in lower organisms such as bacteria, yeasts, microalgae, including many pathogenic microbes (M. Tuberculosis, H. Pylori, Y. Pestis). Based on mechanistic and structural differences between these two classes we conceived, synthesized and tested new selective inhibitors of class II FBA. The synthesized inhibitors are analogues of fructose bisphosphate (FBP) and present the particularity of having a hydroxamate group in position 2-3, able to chelate the metal ion present in the active site of the enzyme. Their inhibitory properties were evaluated on the FBA class I (rabbit muscle) and class II (M. Tuberculosis, H. Pylori, Y. Pestis, C. Albicans). These tests have helped to highlight the very strong inhibition of these compounds, and an excellent selectivity for class II aldolases. Inhibitors or their derivatives could inhibit the growth of various pathogenic microorganisms such as M. Tuberculosis, H. Pylori, M. Liprae, C. Albicans. Eight compounds (TD2, TD3, TD4, TD5, TD6, TD7, TD8, TD9) were synthesized and tested in vitro on target enzymes from various pathogenic. The best one (TD7) presents an IC50 <1nm and a selectivity Class II vs. Class I> 100 000

La résistance aux antibiotiques par les micro-organismes est une menace mondiale. C'est pourquoi la recherche de nouveaux médicaments revêt une importance capitale de nos jours.Le nicotinamide adénine dinucléotide (NAD) est un cofacteur essentiel et un substrat dans de nombreuses réactions biologiques. Pour cette raison, les enzymes qui l'utilisent comme substrat et celles qui participent à sa biosynthèse sont largement étudiées en tant que cibles antibactériennes potentielles. Dans ce contexte, nous nous intéressons au développement de nouveaux agents antibactériens contre la quinolinate synthase (NadA). Cette enzyme participe à la voie de biosynthèse de novo du NAD chez les procaryotes et est essentielle chez deux pathogènes : Helicobacter pylori, responsable d'ulcères et de cancers gastriques, et Mycobacterium leprae, responsable de la lèpre. Le fait que NadA n'existe que chez les procaryotes et qu'elle est essentielle chez deux agents pathogènes font de NadA une cible intéressante pour la conception de nouveaux antibactériens. La quinolinate synthase est une enzyme [4Fe-4S] où l'un des atomes de Fe est coordonné par une molécule d'eau à l'état de repos et joue le rôle d'acide de Lewis durant la catalyse. La réaction catalysée par NadA consiste en la formation d'acide quinolinique (QA), précurseur du NAD, à partir d'iminoaspartate et de dihydroxyacétone phosphate. Sur la base de la découverte dans notre laboratoire du premier inhibiteur de NadA (le DTHPA), qui agit par coordination irréversible du fer catalytique du cluster, nous avons conçu et synthétisé une famille de molécules pouvant servir d'inhibiteurs plus spécifiques de NadA. Ces molécules contiennent un cycle benzène / pyridine ou pyrazine, deux carboxylates vicinaux et un thiol en tant que groupe coordinant du fer: l’acide 4-mercaptophtalique (4MP), l’acide 6-mercaptopyridine-2, 3-dicarboxylique (6MPDC), l’acide 5-mercaptopyrazine-2, 3-dicarboxylique (5MPzDC) et l’acide 5-mercaptopyridine-2, 3-dicarboxylique (5MPDC). Nous avons démontré que ces molécules inhibent l’enzyme NadA in vitro avec un IC50 du même ordre de grandeur que celui du DTHPA (dizaine de µM). Par l’utilisation de diverses spectroscopies et de la cristallographie, nous avons démontré que l'inhibition s’effectue par la coordination de ces molécules avec le fer catalytique du cluster via leur groupement thiol. Nous avons également étudié in vitro la spécificité de ces molécules. Nous avons montré que les molécules 4MP et 5MPDC étaient des inhibiteurs spécifiques de NadA lorsqu’on les teste sur l’aconitase B, une enzyme [4Fe-4S] bactérienne, dont le cluster présente des propriétés structurales et fonctionnelles similaires à celles du cluster de NadA.Enfin, nous avons étudié l'activité d'inhibitrice de l’ensemble des molécules in cellulo sur de la voie de biosynthèse du QA chez Escherichia coli avec le DTHPA comme contrôle. Alors que les molécules 6MPDC et 5MPzDC inhibent la croissance d’E. coli de manière indépendante de la voie de biosynthèse du QA, le 4MP et le 5MPDC (les deux inhibiteurs spécifiques in vitro) n'ont montré aucune activité inhibitrice in cellulo. Ce manque d'activité pouvant être dû à un manque de pénétration des molécules à l'intérieur des bactéries, nous avons envisagé de favoriser la pénétration à l'aide d'un vecteur transmembranaire, un analogue simplifié du tétra-cyclopeptide naturel FR235222. Nous avons synthétisé et couplé le cyclopeptide à l'inhibiteur 4MP. Malheureusement, aucune inhibition de la croissance d'E. coli n'a été observée. La thèse s’est terminée en essayent de comprendre la pénétration du tétra-cyclopeptide sur bactérie, en utilisant notamment des agents fluorophores
Resistance to antibiotics is becoming a world-wide threat. Microorganisms are able to withstand drugs leading to persistence of diseases. This is why the research of new drugs is of great importance nowadays.Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) is an essential cofactor and substrate in numerous biological reactions. For this reason, both the enzymes that use it as a substrate and those participating on its biosynthetic pathway are largely studied as potential antibacterial targets. In this context, we are interested in the development of new antibacterial drugs against quinolinate synthase enzyme (NadA). This enzyme participates in the prokaryotic NAD de novo biosynthetic pathway and is essential in two pathogens: Helicobacter pylori, cause of gastric ulcers and cancers, and Mycobacterium leprae, responsible of leprosy. The fact that NadA only exists in prokaryotes and the fact that it is essential for these two pathogens make it an interesting target for the design of new antibacterial drugs. Quinolinate synthase is a [4Fe-4S] cluster enzyme, where one of the Fe sites is coordinated by a water molecule in the resting state, and plays a Lewis acid role during catalysis. The reaction catalyzed by NadA consists in the formation of quinolinic acid (QA), precursor of NAD, from iminoaspartate and dihydroxyacetone phosphate. Based on the discovery in our laboratory of the first inhibitor of NadA (DTHPA) that coordinates irreversibly the catalytic iron site of the cluster, we designed and synthesized a family of molecules as potential more specific NadA inhibitors. These molecules contain a benzene/pyridine or pyrazine ring, two vicinal carboxylates and a thiol as an iron coordinating group: 4-mercaptophthalic acid (4MP), 6-mercaptopyridine-2, 3-dicarboxylic acid (6MPDC), 5-mercaptopyrazine-2, 3-dicarboxylic acid (5MPzDC) and 5-mercaptopyridine-2, 3-dicarboxylic acid (5MPDC). We demonstrated that these molecules inhibit NadA enzyme in vitro in the same range as DTHPA. Using different spectroscopies and crystallography, we demonstrated that inhibition occurs by coordination of the molecules to the catalytic iron site through their thiol group. We investigated also in vitro the specificity of these molecules. We demonstrated that 4MP and 5MPDC molecules are specific NadA inhibitors when assayed on bacterial aconitase B, a [4Fe-4S] enzyme, whose cluster displays functional and structural properties similar to those of NadA.Finally, we investigated the QA pathway inhibition activity of the four molecules in cellulo, in an Escherichia coli strain. Whereas, 6MPDC and 5MPzDC molecules inhibit E. coli growth in a QA biosynthetic pathway independent manner, 4MP and 5MPDC (the two in vitro specific inhibitors) did not show any in cellulo inhibition activity. Since this lack of activity might be due to a lack of penetration of the molecules inside bacteria, we thought about assisting the penetration of the molecules using a transmembrane carrier, a simplified analogue of the tetra-cyclopeptide FR235222 natural product. We synthetized and coupled the cyclopeptide to the 4MP inhibitor. Unfortunately, no E. coli growth inhibition was observed. The Ph.D ended by investigating the penetration of the tetra-cyclopeptide inside bacteria, using some fluorophore agents

La multiplication des résistances aux antibiothérapies actuelles et l’utilisation potentielle de bactéries pathogènes dans le cadre d’attentats bioterroristes rendent nécessaire la recherche de nouvelles cibles biologiques et la découverte de nouvelles stratégies antibiotiques. Dans ce contexte, les mécanismes d’assimilation du fer chez les bactéries à Gram négatif sont des cibles particulièrement prometteuses. Le fer est en effet un élément essentiel à la vie, mais peu biodisponible. Les bactéries ont donc développé des mécanismes efficaces pour subvenir à leurs besoins en fer. Ces mécanismes de transport nécessitent un apport d’énergie fourni par une machinerie bactérienne complexe, la machinerie TonB. La protéine TonB, qui joue un rôle central dans le fonctionnement de cette machinerie, est la cible de notre approche. Nous souhaitons séquestrer cette protéine dans le périplasme grâce à des composés peptidiques fonctionnalisés par des hétérocycles de type isoindole ou 1,2,4-triazine. La conception et la synthèse de ces molécules sont présentées dans ce manuscrit, ainsi que leurs perspectives de vectorisation en utilisant une stratégie dite du "cheval de Troie". Notre contribution à la mise au point d’un test d’affinité in vitro est également abordée
The increasing resistances to the current antibiotherapies, and the potential use of pathogenic bacteria as biological weapons led us to the absolute necessity of discovering new biological targets and new antibiotic strategies. In this context, iron uptake pathways of Gram negative bacteria are promising targets. Indeed, iron is an essential nutrient, but it has a low bioavailability. Bacteria have developed efficient iron uptake pathways in order to proliferate. Iron is transported in the bacterial cell by specific outer membrane transporters and thanks to the energy provided by a complex molecular machinery, called TonB. The TonB protein, which is the keystone of this machinery, is a key target for the development of new antibiotics. We would like to sequester this protein in the periplasm thanks to molecules constituted of a peptidic moiety and a heterocyclic moiety such as isoindole or 1,2,4-triazine. The conception and the synthesis of these compounds are presented in this document, as well as their possibilities to be vectorized using a “Trojan Horse” strategy. Our contribution to the development of an in vitro test of affinity is presented as well

La résistance bactérienne aux antibiotiques est l'un des problèmes préoccupants auquel la médecine moderne doit faire face de nos jours. Il est certain que la découverte de nouvelles familles d'antibiotiques pourrait venir à bout des souches de bactéries multirésistantes, mais pour combien de temps? Une nouvelle approche thérapeutique prometteuse apporte une solution simple et efficace à cette question en mettant de l'avant des médicaments qui empêchent l'adhésion cellulaire. D'autant plus, il se trouve que la protéine FimH des pili d'adhésion (une adhésine), chez la grande majorité des souches d'E. coli uropathogènes, possède une affinité sélective pour les dérivés mannopyrannosides. En observant les structures tridimensionnelles de complexes FimH-mannopyrannoside, on remarque trois positions potentiellement modifiables : C-l qui pointe vers l'extérieur du site d'interaction, C-2 où l'on retrouve un petit espace de forme allongée et C-6 où il y a un petit volume très court et quand même large. L'objectif est donc de synthétiser de nouveaux mannopyrannosides dans le but d'en augmenter l'affinité avec le FimH, en ajoutant ou supprimant des groupes fonctionnels aux positions C-2 et C-6. La modification de groupes en C-l a déjà été largement explorée au sein du laboratoire Roy, en grande partie par le docteur Mohamed Touaibia. Ainsi, la synthèse au laboratoire a mené d'abord à une série d'α-D-mannopyrannosides de méthyle O-alkylés en C-2. Par la suite, deux séries ont été synthétisées: les α-D-mannopyrannosides de méthyle, puis des α-D-mannopyrannosides d'allyle, toutes deux ayant des groupements sulfates ou phosphates en C-6. Une dernière série, les α-D-rhamnopyrannosides d'allyle qui portent soit un atome d'hydrogène ou de fluor à la place de l'alcool en C-6. En cours de route, a été également synthétisé un α-D-mannopyrannoside d'allyle fluoré en C-2. D'un autre côté, la modélisation moléculaire comme outil de visualisation et de prédiction des interactions protéine-ligand a permis d'établir un modèle de relation quantitative entre la structure et l'activité (QSAR) de différents mannopyrannosides. Les tests biologiques d'inhibition permettent d'évaluer l'efficacité réelle des ligands en donnant la valeur de constante de dissociation (Kd). Finalement, l'étude in silico des interactions protéine-ligand aide l'orientation de la synthèse de nouveaux mannopyrannosides qui possèdent un potentiel inhibiteur de l'adhésine FimH chez E. coli, et ce, tout en écartant la possibilité de développement de résistance aux antibiotiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : algorithme génétique, D-mannose, Escherichia coli, FimH, infections urinaires, interactions protéine-sucre, QSAR, résistance bactérienne aux antibiotiques.

Dérivé des deux termes grecs « anti » et «biotikos », le terme antibiotique signifie « contre la vie ». Les antibiotiques attaquent et détruisent les bactéries vivantes et les empêchent de se multiplier dans l'organisme humain. Depuis leur première utilisation, tout un arsenal d'antibiotiques a été développé pour le traitement de diverses infections chez l'humain. L'utilisation à profusion, et dans certains cas à outrance des antibiotiques pour le traitement des infections microbiennes, a permis à certaines souches bactériennes d'acquérir une résistance à ces médicaments. Dans cette optique une alternative aux antibiotiques s'impose de plus en plus. La première étape de nombreuses infections bactériennes est la colonisation des surfaces épithéliale de l'hôte. L'adhésion est médiée par des structures présentes à la surface de la cellule bactérienne, appelées adhésines, qui interagissent avec des composants présents à la surface de la cellule hôte ou à hauteur de la matrice extra-cellulaire, appelés récepteurs. Les lectines sont les adhésines bactériennes les plus étudiées. De nature protéique, elles ont été classées en différents groupes sur la base de leurs propriétés d'hémagglutination, leurs ultrastructures et leurs spécificités de récepteurs. Les lectines du premier groupe sont responsables d'hémagglutination sensible au mannose et présentent une structure de nature fimbriaire (fimbriae de type 1, FimH). Les futures stratégies thérapeutiques résident probablement dans l'utilisation de diverses adhésines, comme cibles thérapeutiques ou comme porteur d'épitopes étrangers, afin de produire des anticorps contre différents facteurs de virulence. Utilisant de nouvelles méthodes de C-glycosidations combinées à la 'click chemistry' une série de C-mannosides a été synthétisée. Le potentiel d'inhibition de l'adhésion du FimH de ses glycomimétiques apportera de précieuses informations dans le cadre d'une grande étude relation-structure-activité (QSAR). ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Antibiotique, Adhésion, Lectine, FimH, C-glycosidation, Click chemistry.