Dissertations / Theses on the topic 'Furanoside'

Dans notre laboratoire rémois, le travail sur les sucres est à la base de toutes les recherches, que ce soit pour la synthèse de molécules d'intérêt biologique telles que des analogues du KRN 7000 (un glycolipide présentant une activité antitumorale), ou encore la mise en place de stratégies de synthèse (avec par exemple la stratégie NOE : addition nucléophile stéréosélective suivie d'une ouverture intramoléculaire régiosélective d'un époxyde). Mon trravail a consisté à étudier la flexibilité, et donc les conformations stables ou moins stables, de petites molécules que sont les C-furanosides, le but étant d'établir un certain nombre de règles permettant d'anticiper les questions concernant à la fois l'entrée et la pose de la structure dans un site actif. J'ai donc débuté avec une étude théorique dans le vide, puis j'ai considéré le milieu solvaté, l'objectif à long terme étant la prise en compte d'un site actif. Durant ces études, jai aussi eu la possibilité de réaliser un certain nombre de travaux en synthèse organique, allant jusqu'à l'établissement d'une voie de synthèse vers différents C-furanosides possédant un bras alcyne pouvant être personnalisé par notre partenaire lyonnais via une réaction de chimie click, pour la synthèse de molécules actives contre le diabète
In our laboratory (in Reims), working on sugars is the base of all researches, whether for biologically interesting molecules synthesis as analogues of KRN 7000 (a glycolipid showing antitumor effects), or for the development of strategies for synthesis (for example the NEO stragegy : stereoselective nucleophilic addition followed by a regioselective intramolecular epoxide opening). My work was about studying the flexibility, and consequently stable and less stable conformations of small molecules : C-furanosides, the aim being the establishment of several rules anticipating the questions concerning the entry and the pose of the structure in an active site. So I have started with a theoretical study in vacuum, then I have considered solvation. The long term goal being the consideration of an active site. During these stdies, I have also realized several works in the field of organic chemistry, going to the establishment of a synthetic pathway to different C-furanosides with an alkyne arm, which could be functionalized by our partner (in Lyon) with a click reaction, for the synthesis of bioactive molecules against diabetes

La catàlisi asimètrica es part de la síntesi asimètrica i fa possible la transformació de substrats pro-quirals o racèmics en productes quirals emprant quantitats catalítiques de compostos que contenen informació quiral. El disseny de nous lligands es l'etapa clau per a obtenir alts nivells de reactivitat i selectivitat. Els carbohidrats son uns dels membres més importants dintre de la "chiral pool".
Aquesta tesi esta enfocada en el desenvolupament i aplicació en catàlisi asimètrica de nous lligands amb esquelet carbohidrat.
Aquestos lligands foren aplicats amb èxit a la hidroformilació asimètrica catalitzada per Rh d'alquens monosubstituïts, interns disubstituïts i 1,1´-disubstituïts.
L'efecte de les modificacions estructurals dels lligands 1,3-difosfit sobre els resultats catalítics a l'alquilació al·lílica catalitzada per Pd de compostos fenil-al·lílics ha sigut també estudiat en aquesta tesis.
Finalment, els lligands 1,3-difosfit han sigut aplicats a l'estabilització de nanopartícules metàl·liques, i la seva aplicació a la hidrogenació de o- i m-metilanisol.
Asymmetric catalysis is part of the asymmetric synthesis and makes possible the transformation of a pro-chiral or racemic substrate into a chiral product using catalytic amounts of the compounds which contain the chiral information. The design of new ligands is perhaps the most crucial step to achieve the highest levels of reactivity and selectivity. Carbohydrates are the most prominent members of the "chiral pool".
This thesis focus on the development and application in asymmetric catalysis of new 1,3-diphosphite with carbohydrate backbone.
These ligands were successful applied in the Rh-asymmetric hydroformylation of monosubstituted, disubstituted internal and 1,1´-disubstituted alkenes.
The effect of the structural modification of these 1,3-diphosphite ligands on the catalytic results of the Pd-allylic alkylation of phenyl-allyl compounds was also studied in this thesis.
Finally, the 1,3-diphosphites ligands were applied to stabilize metal nanoparticles. These nanocatalysts were tested in the hydrogenation of pro-chiral o- and m-methylanisole.

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A δ-aminolevulinato desidratase (δ-ALA-D) é uma metaloenzima que requer íons zinco para sua atividade catalítica máxima. Devido a sua natureza sulfidrílica, a δ-ALA-D é extremamente sensível à presença de agentes oxidantes, sendo inibida por metais pesados que possuam elevada afinidade por grupamentos sulfidrílicos, como o Cádmio (Cd). O Cd é um metal pesado e um elemento não essencial utilizado industrialmente. É um dos poluentes mais tóxicos distribuídos no meio ambiente, uma vez que atividades antropogênicas fizeram com que sua concentração aumentasse na atmosfera e se tornasse um contaminante de alimentos e água. Uma importante fonte de Cd nos seres humanos é através da inalação da fumaça de cigarro, pois já que possui uma alta biodisponibilidade, é facilmente depositado em vários tecidos, especialmente o trato reprodutivo. Embora este metal possa causar graves danos aos embriões e aos órgãos reprodutivos, os mecanismos precisos referentes à sua toxicidade permanecem incertos. O objetivo deste tabalho foi avaliar o efeito do cádmio e do seleno-furanosídeo sobre a atividade da enzima δ-ALA-D de ovário, in vitro e ex vivo. Observou-se que baixas concentrações de Cd inibiram a atividade da enzima δ-ALA-D em ovário de vaca in vitro, e o valor da IC 50 obtido foi de 19,17 μM. O Seleno- furanosídeo (10, 50, 100, 200, 400 e 1000 μM) não foi capaz de reverter a toxicidade do Cd no tecido ovariano bovino in vitro. Foi demonstrado também o possível mecanismo pelo qual o Cd inibe a atividade da enzima δ-ALA-D, utilizando o ditiotreitol (DTT) e o Cloreto de Zinco (ZnCl 2 ), onde foi demonstrado que o DTT (3mM) protegeu a inibição da atividade da enzima causada pelo Cd, enquanto o ZnCl 2 (100μM) não protegeu o efeito inibitório do metal, sugerindo que a inibição da atividade da enzima estaria relacionado a oxidação dos grupos tiólicos. No estudo ex vivo utilizando camundongos Swiss (fêmeas adultas), a exposição aguda ao Cd (2,5 e 5 mg/kg intraperitoneal) provocou uma inibição significativa da atividade da δ-ALA-D de ovário (cerca de 27% e 34%, respectivamente). A terapia com o seleno- furanosídeo ex vivo (100 μmol/kg) foi capaz de restaurar a atividade enzimática. Assim, foi demonstrado pela primeira vez que a atividade da enzima δ-ALA-D ovariana é inibida pelo Cd tanto in vitro como ex vivo. Além disso, a terapia com o seleno-furanosídeo foi eficaz em restaurar a atividade da enzima inibida pela exposição ao Cd em ovário de camundongas, mas não foi eficaz em reverter o efeito do metal in vitro. Neste estudo, foi encontrado um novo marcador de toxicidade de Cd no tecido ovariano, bem como o efeito benéfico de um novo composto para tratar o efeito do metal após a exposição aguda do Cd.
δ- aminolevulinate dehydratase (δ-ALA-D) is a metalloenzyme that requires zinc ions for maximum catalytic activity. Due to its sulphidrilic nature, δ-ALA-D is very sensitive to the presence of oxidizing agents being inhibited by heavy metals that have a high affinity for sulfhydryl groups such as cadmium (Cd). Cd is a heavy metal and a non-essential element used industrially. It is one of the most toxic pollutants distributed in the environment, since anthropogenic activities have increased its concentration in the atmosphere and become a contaminant of food and water. An important source of Cd in humans is through inhalation of cigarette smoke, because since it has a high bioavailability, is easily deposited in various tissues, especially the reproductive tract. Although this metal can cause serious damage to embryos and reproductive organs, the precise mechanisms relating to its toxicity remain uncertain . The objective of this work was to evaluate the effect of cadmium and seleno - furanoside on the activity of the enzyme δ-ALA-D ovary , in vitro and ex vivo. We observed that low concentrations of Cd inhibited cow ovary δ-ALA-D activity in vitro and the IC 50 value obtained was 19.17 μM. The Seleno-furanoside (10, 50, 100, 200, 400 and 1000 μM) did not reverse the Cd toxicity in bovine ovarian tissue in vitro. It was also shown possible mechanism by which Cd inhibits the enzyme activity of δ-ALA-D using dithiothreitol (DTT) and Zinc Chloride (ZnCl 2 ), where it was shown that DTT (3 mM) protected against enzyme activity inhibited by Cd while the ZnCl 2 (100μM) did not protect the inhibitory effect of the metal, suggesting that the inhibition of enzyme activity is related to the oxidation of thiol groups. In the ex vivo sturdy using Swiss (adult females), acute exposure to Cd (2.5 and 5 mg / kg intraperitoneally) caused a significant inhibition of δ-ALA-D ovarian (about 27% and 34% activity, respectively). Therapy with seleno-furanosídeo ex vivo (100 μmol /kg) was able to restore enzyme activity. Thus, it was demonstred for the first time that the activity of δ-ALA-D ovarian enzyme is inhibited by Cd both in vitro and ex vivo. In addition, therapy with seleno-furanoside was effective in restoring the enzyme activity inhibited by Cd exposure in mice ovary but was not effective in reversing the effect of metal in vitro. This study found a new marker of toxicity of Cd in ovarian tissue, as well as the beneficial effect of a new compound for treating metal effect after acute exposure of Cd.
Effect of Cadmium and Seleno-furanoside on the Δ-Aminolevulinate Dehydratase Activity In Vitro and Ex Vivo.

En els últims anys, la creixent demanda de compostos enantiomèricament purs (fàrmacs, agroquímics, additius.) ha impulsat el desenvolupament de la catàlisi asimètrica, sobretot emprant compostos organometàl·lics quirals com a catalitzadors. En aquest context, la síntesi de nous lligands quirals és essencial per descobrir bons sistemes catalítics en catàlisi asimètrica. Els sucres són una font important de lligands per l'elevada disponibilitat i baix preu. A més, són compostos altament funcionalitzats amb centres estereogènics. Això permet la síntesi de sèries sistemàtiques de lligands amb l'objectiu d'obtenir altes activitats i selectivitats per cada reacció en particular.
Aquesta tesi s'ha centrat en la síntesi de compostos derivats de la D-(+)-xilosa i l'aplicació com a lligands de catalitzadors homogenis quirals en quatre reaccions asimètriques d'interès industrial: hidrogenació, substitució al·lílica, addició 1,4 i hidroformilació. Per assolir aquest objectiu s'ha plantejat la síntesi de dues famílies de compostos: difosfinits i tioèter-fosfinit (figura 1). Els difosfinits es diferencien en la configuració del carboni-3 de l'esquelet furanòsid (els dos esquelets resultants són xilofuranòsid i ribofuranòsid). Els tioèter-fosfinits es diferencien dels anteriors per la introducció d'un grup tioèter al carboni-5 de l'anell furanòsid i contenen tres grups tioèters amb diferents propietats electròniques i estèriques.


Figura 1. Compostos sintetitzats a partir de la D-(+)-xilosa.


Després de la introducció (capítol 1) i els objectius (capítol 2), al capítol 3 es discuteix la síntesi i caracterització de les dues famílies de compostos. També s'estudia la coordinació d'aquests compostos a Rh i Ir, la reactivitat respecte a l'hidrogen i l'aplicació en la hidrogenació d'olefines proquirals.
Per sintetitzar els compostos difosfinit i tioèter-fosfinit s'ha realitzat un ampli estudi explorant i avaluant diferents condicions de reacció. Els compostos difosfinit s'han preparat per reacció del corresponent diol amb clorur de difenilfosfina en presència de piridina i 4-dimetilaminopiridina. Els compostos tioèter-fosfinits s'han obtingut a partir del corresponent tioèter-alcohol per reacció amb clorur de difenilfosfina en presència de piridina i 4-dimetilaminopiridina. Els compostos intermedis diols i tioèter-alcohols s'han sintetitzat prèviament seguint rutes descrites a la bibliografia a partir de la D-(+)-xilosa. Els compostos s'han caracteritzat per espectroscòpia de ressonància magnètica nuclear (RMN) monodimensional de 1H, 13C i 31P i bidimensional de 13C-1H i 31P-1H.
Aquests compostos s'han fet reaccionar amb [M(cod)2]BF4 (M= Rh i Ir, cod= 1,5-ciclooctadiè). Els complexos organometàl·lics resultants [M(cod)(P-P)]BF4 i [M(cod)(P-SR)]BF4 (P-P=difosfinit i P-SR=tioèter-fosfinit) s'han caracteritzat per RMN monodimensional de 1H, 13C i 31P i bidimensional de 1H-1H, 13C-1H i 31P-1H. La caracterització dels complexos M/difosfinit ha mostrat que tots, excepte el complex Ir/difosfinit amb esquelet xilofuranòsid, presenten un únic isòmer. La caracterització dels complexos M/tioèter-fosfinit ha mostrat la presència d'un únic diastereoisòmer en què el substituent del sofre té una disposició pseudoaxial, que és important per obtenir una elevada enantioselectivitat en hidrogenació asimètrica. L'addició d'hidrogen als complexos d'iridi/tioèter-fosfinit ha permès formar les espècies cis-dihidruriridi (III) en les quals el substituent del sofre manté la disposició pseudoaxial.
Els sistemes M/difosfinit i M/tioèter-fosfinit (M= Rh i Ir) s'han provat com a catalitzadors quirals en la reacció d'hidrogenació asimètrica d'olefines proquirals. Els sistemes M/disfosfinit han proporcionat elevades activitats i excessos enantiomèrics de fins al 81%. S'ha observat un important efecte de la configuració del carboni-3 de l'esquelet furanòsid, del metall i del substrat que s'ha d'hidrogenar. Així, les millors enantioselectivitats s'obtenen en la hidrogenació del N-acetoamidoacrilat de metil amb el sistemes Rh/ribofuranòsid i Ir/xilofuranòsid. Els sistemes M/tioèter-fosfinit han proporcionat elevades activitats i millors enantioselectivitats (96%) que els sistemes M/difosfinit. Els resultats mostren que l'excés enantiomèric depèn de les propietats estèriques del substituent del grup tioèter, del metall i del substrat. Les millors enantioselectivitats s'obtenen en la hidrogenació del N-acetoamidoacrilat de metil i del N-acetoamidocinamat de metil amb el sistema de rodi que conté el lligand amb el substituent isopropil en la funció tioèter.
El capítol 4 descriu l'ús dels compostos difosfinit i tioèter-fosfinit com a lligands en reaccions de substitució al·lílica asimètrica (alquilació i aminació) catalitzades per pal·ladi. Concretament s'ha estudiat la reacció d'alquilació al·lílica de dos substrats amb propietats estèriques diferents: el substrat lineal rac-1,3-difenil-3-acetoxi-1-propè i el substrat cíclic rac-3-acetoxiciclohexè. El sistemes Pd-difosfinit han presentat bones activitats però baixa enantioselectivitat (fins al 31%). Els resultats indiquen que la configuració del carboni-3 de l'esquelet furanòsid controla el sentit de l'enantioselectivitat i que l'atac nucleofílic té lloc en posició trans al grup fosfinit unit al carboni-5 de l'esquelet furanòsid. Els sistemes Pd/tioèter-fosfinit han presentat millors activitats i enantioselectivitats més grans (93%) que els sistemes Pd/difosfinit. Els resultats mostren que l'excés enantiomèric depèn de les propietats estèriques del substituent del grup tioèter i del substrat. Així, les millors enantioselectivitats s'han assolit en la substitució al·lílica del substrat lineal amb el sistema de Pd que conté el lligand tioèter-fosfinit amb el grup voluminós isopropil. Els resultats també indiquen que l'atac nucleofílic, a diferència dels sistemes Pd/difosfinit, té lloc en posició trans al carboni al·lílic unit al grup fosfinit (carboni-3). D'altra banda, aquests lligands són més actius en alquilació al·lílica que en aminació al·lílica.
El capítol 5 descriu l'aplicació dels compostos difosfinits i tioèter-fosfinits com a lligands en la reacció d'addició 1,4 de compostos organometàl·lics a la 2-ciclohexenona catalitzada per coure. S'han obtingut bones enantioselectivitats (72%), elevades activitats (TOF > 1225 mols producte x (mol precursor catalític x h)-1) i excel·lents regioselectivitats en el producte d'addició 1,4 (100%)). Els resultats mostren que l'activitat i l'enantioselectivitat depenen del tipus de grup funcional unit al carboni-5 de l'esquelet furanòsid, de les propietats estèriques del substituent tioèter, del precursor de catalitzador i de l'agent alquilant. Les millors enantioselectivitats s'obtenen amb el sistema Cu/tioèter-fosfinit que conté el grup isopropil. No obstant això, l'activitat és millor amb els sistemes Cu/difosfinit. La utilització d'AlEt3 com a agent alquilant condueix a millors activitats però pitjors enantioselectivitats que el ZnEt2.
El capítol 6 exposa l'aplicació dels compostos difosfinits amb esquelet furanòsid com a auxiliars quirals en la reacció d'hidroformilació asimètrica de vinilarens catalitzada per rodi. Aquests sistemes han proporcionat elevades regioselectivitats en l'aldehid ramificat (99%) i moderats excessos enantiomèrics (fins al 63%). La presència de substituents para-metoxi i naftil al substrat té un efecte positiu sobre l'enantioselectivitat. Per primera vegada, s'ha determinat l'estructura de les espècies formades sota condicions d'hidroformilació amb lligands difosfinit mitjançant infraroig i RMN a alta pressió. L'estudi indica la presència d'un únic diastereoisòmer [HRh(P-P)(CO)2] on el lligand difosfinit es coordina en una estructura de bipiràmide trigonal en forma equatorial-equatorial. No obstant això, aquesta forma diastereoisomèrica no permet assolir una enantioselectivitat elevada.
In the last years, the growing demand of enantiomerically pure compounds (pharmacs, agrochemicals, additives...) has captured the interest of asymmetric catalysis. Asymmetric processes catalyzed by chiral transition-metal complexes have found many applications in this field. In this context, the synthesis of new chiral ligands is important to develop good catalytic systems in asymmetric catalysis. Carbohydrates have many advantages: they are readily available, are highly functionalized and have several stereogenic centers. This enables series of chiral ligands to be synthesized in the search for high activities and selectivities for each particular reaction.
This thesis has focused on the synthesis of compounds derived from D-(+)-xylose and their application as ligands of chiral homogeneous catalyst in four asymmetric industrial processes: hydrogenation, allylic substitution, 1,4-addition and hydroformylation. Thus, new diphosphinite and thioeter-phosphinite compounds have developed (figure 1). Diphosphinites have the opposite configuration at C-3 (two backbones are xylofuranoside and ribofuranoside). Thioether-phosphinites have a thiother moiety at C-5 bearing substituents with different steric and electronic properties.



Figura 1. Compounds synthetized from D-(+)-xylose.



After the introduction (chapter 1) and the objectives (chapter 2), chapter 3 contains the synthesis and characterization of the two families of compounds. This chapter also discusses the characterization of their Rh(I) and Ir(I) catalytic precursors and their application in the asymmetric hydrogenation of prochiral olefins.
Diphosphinite and thioether-phosphinite compounds have been synthesized from the corresponding alcohols. The reaction of diols with chlorodiphenylphosphine in the presence of pyridine and 4-(dimethylamino)-pyridine has provided the corresponding phosphinite ligands. The reaction of thioether-alcohols with chlorodiphenylphosphine in the presence of pyridine and 4-(dimethylamino)-pyridine has provided the corresponding thioether-phosphinite ligands. Diol and thioether-alcohol intermediates have been prepared on a large scales from D-(+)-xylose using standard procedures. Diphosphinites and thioether-phosphinites have been characterized by 1H, 13C and 31P and 13C-1H i 31P-1H MNR spectroscopy.
The reaction of these compounds with [M(cod)2]BF4 (M = Rh and Ir, cod = 1,5-ciclooctadiene) has led to [M(cod)(P-P)]BF4 and [M(cod)(P-SR)]BF4 (P-P = diphosphinite and P-SR = thioether-phosphinite) complexes. These complexes have been characterized by 1H, 13C and 31P and 13C-1H i 31P-1H MNR spectroscopy.
The characterization of M/diphosphinite complexes has showed that all, except Ir/diphosphinite complex with xylofuranoside backbone, have only one isomer. The characterization of M/thioether-phosphinite complexes has indicated that only one diastereomer, with pseudoaxial location of the sulfur substituents, is present in solution. Adding hydrogen to the iridium complexes has given cis-dihydridoiridium(III) complexes with pseudoaxial location of the sulfur substituents.
The M/diphosphinite and M/thioether-phosphinite systems have been tested as chiral catalysts in the asymmetric hydrogenation of prochiral olefins. Enantiomeric excesses of up to 81% with moderate to high activities have been obtained with M/diphosphinite systems. Our results have shown that enantioselectivity is dependent on the absolute configuration of the C-3 stereocenter of the carbohydrate bakcbone, on the metal source and on the substrate. Enantiomeric excesses of up to 96% with good activities have been obtained with M/thioether-phosphinite systems. Our results have shown that enantioselectivity depends on the steric properties of the substituent in the thioether moiety, the metal source and the substrate structure.
Chapter 4 reports the use of dihosphinite and thioether-phoshinite compounds as ligands in the palladium-catalyzed asymmetric allylic substitution reactions (alkylation and amination) of hindered linear and unhindered cyclic substrates. The use of diphosphinite ligands has provided good activity but low enantioselectivity (ee's up to 31%). Our results have indicated that the absolute configuration at carbon C-3 of the carbohydrate backbone controlles the sense of enantioselectivity and that the nucleophilic attack takes place trans to the phosphinite moiety attached to C-5. The Pd/thioether-phosphinite systems have led to best activities and enantioselectivities (ee's up to 93%) than the Pd/diphosphinite systems. Our results have shown that enantiomeric excesses depend on the steric properties of the substituent in the thioether moiety and the structure of substrate. Our results have showed that the nucleophilic attack takes place trans to the phosphinite moiety attached to C-3. Moreover, these ligands are more actives in allylic alkylation than allylic amination.
Chapter 5 contains the application of diphosphinite and thioether-phoshinite compounds as ligands in the asymmetric copper-catalyzed asymmetric 1,4-addition to 2-cyclohexenone. Good enantioselectivities (ee's up to 72%), high activities (TOF > 1225 mol product x (mol catalytic precursor x h)-1) and excellent regioselectivities in 1,4 product (100%) have been obtained. Our results show that activity and selectivity (chemo- and enantioselectivity) depend strongly on the type of functional group at C-5 position of the carbohydrate backbone, the steric properties of the substituent in the thioether moiety, the catalyst precursor and the alkylating agent. The best enantioselectivities have been obtained with Cu/thioether-phosphinite system containing isopropyl substituent. However, activity is better with Cu/diphosphinite systems. The use of AlEt3 as alkylating agent has led to better activities but worse enantioselectivities than the use of ZnEt2.
Chapter 6 discuss the application of diphosphinite compounds as chiral auxiliares in the rhodium-catalyzed asymmetric hydroformylation of vinyl arenes. These catalytic systems have led to high regioselectivities in the branched aldehyde (99%) and moderate enantiomeric excesses (up to 63%). The results have shown a remarkable substrate effect on enantioselectivity. Thus, the presence of para-methoxy and naphthyl substituents in the substrate has a positive effect on enantioselectivities. For the first time, the structure in solution of the species formed under hydroformylation conditions with diphosphinite ligands has been determined. The characterization of these rhodium complexes by NMR techniques and in situ IR spectroscopy have shown that the hydridorhodium dicarbonyl species exist in one diastereosiomeric equatorial-equatorial form. However, this strong coordination preference does not allow high enantioselectivity.

La biocontamination de surface par des microorganismes provoque d’importantes conséquences économiques et sanitaires. Les différents moyens de prévention mis en place de nos jours utilisent des composés biocides nocifs pour l’environnement et participent à la recrudescence de l’antibiorésistance des organismes pathogènes. Ces travaux de recherche étudient une approche alternative non-biocide et non-toxique. Elle consiste à inhiber l’adhésion microbienne en appliquant une couche de monofuranosides sur une surface. La conception des surfaces a débuté par les synthèses glycosidiques des furanosides cibles à partir du D-Glucose, D-Galactose et D- Mannose. Des homologues pyranosidiques, connus pour leur activité antiadhésive, ont été réalisés afin de comparer l’intérêt de la forme cyclique. Ces sucres ont ensuite été greffés par chimie click sur une surface de verre préfonctionnalisée et au travers d’un lien O-glycosidique ou S- glycosidique via un groupe triazole. Les surfaces résultantes ont été caractérisées à l’aide de la goniométrie et de la spectroscopie photoélectron par rayons X. Les études d’adhésion avec Pseudomonas aeruginosa ont révélé une activité anti-biodhésion des surfaces furanosidiques et pyranosidiques. Les interactions spécifiques et non-spécifiques ont été explorées gràce à l’adhésion de mutants déficiants en lectine et d’un modèle thermodynamique. Les résultats ont conclu que l’activité antiadhésive des monosaccharides était davantage liée aux propriétés physicochimiques des sucres plutôt qu’à des interactions biologiques
Surface biocontamination from microorganisms leads to serious economic and health issues. Nowadays, biocide compounds are mostly used as prevention. Nonetheless, they are known to be toxic for environment and to participate in the rise of the antibiotic resistance of pathogens. These research works examine a non-biocide and non-toxic approach. It is based on the inhibition of the microbial adhesion with a monofuranoside-functionalized surface. The development of surfaces was started with the glycosidic synthesis of target furanosides from D-Glucose, D-Galactose and D-Mannose. In order to compare the interest of the cyclic form, pyranosidic homologues, known for their anti-adhesive activity, were also achieved. The modified glycosides were then grafted to a prefunctionalized glass surface linked through an O-glycosidic or S-glycosidic via a triazole group. The resulted surfaces were characterized using goniometry and X-ray photoelectron spectroscopy. The adhesion studies with Pseudomonas aeruginosa have shown an anti-bioadhesion activity with furanosidic and glycosidic surfaces. Specific and non-specific interactions were explored through lectin deficient mutant strains and a thermodynamic approach. The anti-bioadhesive activity was concluded to depent more on the carbohydrate physicochemical properties, rather than the biological interactions

L’émergence de résistances de Leishmania vis-à-vis de certaines molécules ainsi que le coût élevé des traitements de la leishmaniose constituent une problématique dans les zones d’endémie défavorisées. Le développement de nouvelles molécules efficaces et à bas coût est donc un enjeu majeur dans la prise en charge de cette maladie tropicale négligée. La voie métabolique du furanose présente chez Leishmania, mais complètement absente chez l’Homme, est une voie identifiée comme une cible potentielle. Chez Leishmania, cette voie est associée à la production de plusieurs facteurs de virulence, le LPG, et les GIPLs (espèce-dépendant). L’octyle de galactofuranose, analogue du substrat original a été développé et testé dans le cadre d’un modèle d’infection à Leishmania donovani. In vitro, une efficacité doseindépendante contre la forme amastigote a étédémontrée dans un modèle de macrophages humains. In vivo sur modèle murin infecté, l’oct-galf a montré des effets immunomodulateurs marqués, au-delà d’une activité anti-parasitaire plus modeste. Pour comprendre ces résultats, une nouvelle approche mécanistique a été envisagée. L’intelectin-1 (aussi appelé omentin-1) qui fait l’objet de nombreuses publications, est capable de lier les motifs furanosidiques. Les capacités de cette lectine à modifier les voies métaboliques énergétiques via l’AMPK corrèlent avec les résultats retrouvés dans nos modèles d’étude et suggèrent son implication dans l’effet anti-parasitaire observé
The emergence of Leishmania resistance against various molecules as well as high cost of treatment of leishmaniasis represent a health problem in endemic developing countries. Development of new molecules, effective and at low-cost, is a key challenge in the management of this neglected disease. Furanose pathway is reported in Leishmania parasites, but is completely absent in Human. It was identified as a potential drug target. InLeishmania, this pathway is associated with production of virulence factors, LPG and GIPLs (species-dependant). Octyl-galactofuranose (oct-galf), an analogue of the original substrate, was developed and evaluate in the context of Leishmania donovani infection. In vitro, a dose-independent efficacy against amastigote form was demonstrated in a human macrophages model. Using a murine model, oct-galf showed strong immunomodulatory effects in vivo, while a moderate anti-parasitic effect. In order to better understand theseresults, a new mechanistic approach was considered. Intelectin-1 (also named omentin- 1) relating to a large number of publications, is able to bind furanosidic moieties. Abilities of this lectin to regulate energetic metabolic pathways via AMPK correlate with results we observed in our models and suggest its involvement in the anti-parasitic effects

Le ciblage spécifique des infections virales et bactériennes revêt une importance majeure pour le diagnostic précoce de nombreuses maladies. Le galactofuranose (Galf) est absent chez l'homme mais se trouve en tant que fragment de glycoconjugués dans un grand nombre d'agents pathogènes pour les Hommes (Aspergillus, Leishmania, Trypanosoma, Mycobacterium), offrant ainsi la possibilité de cibler ce sucre dans des applications biotechnologiques utilisant des enzymes impliquées dans son métabolisme (UDP-galactose), mutase (UGM), galactofuranosyl transférase (GalfT), galactofuranosidase (Galf-ase). Récemment, la première enzyme spécifique du Galf de Streptomyces spp. et son gène codant ont été rapportés.Ce travail de thèse se concentre sur Galf-ase et se compose de trois parties principales. La première partie concerne la caractérisation de cette enzyme, y compris le sous-clonage, la surexpression, la purification et la cinétique (kcat, KM, kcat,/KM), la détermination de l'activité optimale (pH et température) et de la stabilité au stockage.La deuxième partie consiste à appliquer une technologie d'ingénierie enzymatique (mutagenèse dirigée par site) pour générer des néolectines (protéines de reconnaissance des sucres) à partir du type sauvage. Plusieurs enzymes Galf-ase mutantes ont été surexprimées, purifiées et caractérisées cinétiquement (kcat, KM, kcat,/KM) pour leur potentiel d'utilisation en tant que néolectines et thioglycoligases pour la synthèse de furanothioglycosides.La troisième et dernière partie porte sur les procédures à suivre pour créer des nanoparticules luminescentes destinées à contenir des complexes de lanthanides et à lier les néolectines de Galf-ase à sa surface. Les conjugués luminescents résultants ont été testés en tant que sondes dans l'imagerie optique proche infrarouge de Galf située à la surface de microorganismes
Specific targeting of viral and bacterial infections is of major importance for early diagnosis of many diseases. Galactofuranose (Galf) is absent in humans but is found as glycoconjugate moiety in a large number of human pathogens (Aspergillus, Leishmania, Trypanosoma, Mycobacterium) thus offering possibilities to target this carbohydrate in biotechnological applications using enzymes involved it its metabolism (UDP-galactopyranose mutase (UGM), Galactofuranosyl transferase (GalfT), Galactofuranosidase (Galf-ase). Recently, the first Galf-specific enzyme from Streptomyces spp. and gene encoding it has been reported.This thesis work focuses on Galf-ase and consists of three main parts. First part is groundwork characterization of this enzyme including subcloning, overexpression, purification and kinetic characterized (kcat, KM, kcat,/KM). Also, determination of optimum activity (pH and temperature) and storage stability conditions.Second part consists of applying enzyme engineering technology (site-directed mutagenesis) to generate neolectins (carbohydrate-binding proteins) from the wild-type. Several mutant Galf-ase enzymes have been overexpressed, purified and kinetically characterised (kcat, KM, kcat,/KM) on their potential to be used as neolectins and thioglycoligases for furanothioglycoside synthesis.Final, third part focuses on procedures in order to create luminescent nanoparticle scaffold to bear lanthanide complexes and to bind Galf-ase neolectins onto its surface. The resulting luminescent conjugates were tested as probes in near-infrared optical imaging of Galf located on the surface of microorganisms

Les hexofuranoses constituent une catégorie de glucides présents chez de nombreux microorganismes mais totalement absents chez les mammifères. Cette spécificité, ainsi que leur présence au sein de glycoconjugués de nombreux agents pathogènes comme Mycobacterium tuberculosis ou Leishmania donovani, font des enzymes responsables de leur biosynthèse des cibles thérapeutiques de premier plan. Ainsi, toutes ces espèces utilisent un donneur commun d’unité galactofuranose, l UDP-a-D-Galf. La synthèse d’analogues structuraux de cette entité, ainsi que l’évaluation de leurs propriétés antiparasitaires, fait l’objet de ce travail. Dans un premier temps, une voie d’accès rapide et originale à des précurseurs d’UDPfuranoses, des glycofuranoses peracétylés, a été mise en place aux travers d’étapes successives de silylation et d’acétylation. Cette synthèse rapide facilitera l’accès aux nucléotide-sucres finaux. Dans un second temps, une séquence réactionnelle complémentaire a été instaurée pour accéder à des dérivés furanosidiques encore plus complexes, modifiés sur le bras en C-4 du galactofuranose. Les propriétés antimycobactériennes ont été étudiées pour deux familles de monofuranosides : des furanosides d’octyle et les thioimidates correspondants. Les premières relations structure-activité ont ensuite été établies. Enfin, le concept d’activation à distance appliqué aux thioimidates précédents, cette fois-ci utilisés comme donneurs de furanosyle, a permis de préparer de nouveaux UDP-furanoses. Des études in vitro sur L. Donovani ont confirmé que plusieurs de ces composés possèdent bien des effets antiparasitaires
Hexofuranosides are carbohydrates with fivemembered ring which are present in several microorganisms but absent from mammals. This natural occurrence and their presence into glycoconjugates of pathogenic species like Mycobacterium tuberculosis or Leishmania donovani make their biosynthesis a valuable therapeutic target. Thus, a donor of galactofuranose unit, namely UDP-a-D-Galf, is commonly found in these microorganisms. In this context, this manuscript presents the synthesis of structural analogs of this moiety, and their evaluation as antiparasitic agent. First, we proposed a new and straightforward route to precursors of UDP-furanoses, namely peracetylated glycofuranoses. This method consists in successive silylation and acetylation steps. Such a protocol facilitates the formation of corresponding nucleotidesugars. The second part of this work describes a complementary multi-step synthesis in order to obtain more complex derivatives, modified at the C-4 arm of the Galf. Antimycobacterian properties were then studied using two different families of compounds: octyl glycofuranosides and the corresponding thioimidates. Finally, new structure-activity relationships were established. Finally, the remote activation concept was applied to the previously synthesized thioimidates, alternatively used as furanosyl donors to form the targeted UDP-furanoses. In vitro studies on L. Donovani then confirmed that several analogs indeed displayed inhibition effect

Thesis (Ph. D.)--Ohio State University, 2003.
Title from first page of PDF file. Document formatted into pages; contains xxiv, 529 p.; also includes graphics Includes bibliographical references (p. 510-529). Available online via OhioLINK's ETD Center

De nombreuses molécules contenant le motif cyclopropane ou cyclopropylamine possèdent des propriétés biologiques importantes. Peu d’exemples sont décrits dans la littérature en série saccharidique. L’objectif de ce travail a donc été de réaliser la synthèse de monosaccharides présentant un motif cyclopropylamine. Deux séries de composés ont ainsi été synthétisées : des furanoses présentant un motif cyclopropane ou cyclopropylamine en position 3 et des iminosucres présentant le motif cyclopropylamine en position anomérique. Leur activité biologique est actuellement en cours d’étude. Les deux étapes clé de leur synthèse sont l’aminocyanation et la cyclopropanation. La première nous a permis d’introduire des fonctions amino-nitriles sur les monosaccharides. La seconde a été réalisée dans les conditions mises au point par l’équipe de Szymoniak
Numerous molecules with cyclopropanic or aminocyclopropyl ring have important biological properties. However, only few functionalized sugars can be found in the literature. Our goal was to synthesize polyheterocyclic molecules with an aminocyclopropyl ring from sugars. Two series of compounds were obtained : furanoses with a cyclopropane or aminocyclopropyl ring in position 3 and iminosugars with aminocyclopropyl ring on anomeric position. Their biological properties are actually under study. The two synthetic key steps are the aminocyanation and the cyclopropanation. The first one allowed us to introduce amino-nitriles functions on monosaccharides. The second was achieved under Szymoniak’s conditions

Ce travail est axe vers la recherche d'antiviraux anti-vih et sur le mecanisme d'action aux niveaux plasmatique et intracellulaire d'analogues nucleosidiques. Le d4t etant pris comme element de reference. Deux types de molecules particulieres ont ete ainsi preparees. Les donnees bibliographiques et l'application des methodes de synthese rapportees dans la litterature, nous ont permis de synthetiser des 1,5-dipyridodiazepin-2-ones et 1,5-dipyridodiazepines fluorees. Les intermediaires 3-amino 2-chloro 4-trifluoromethyl pyridine et 2-chloro pyridin-3-yl methylalcool, synthons originaux et interessants en chimie heterocyclique azotee, ont ete synthetises par de nouvelle methode. Certains de ces analogues de la nevirapine, molecule-mere specifiquement impliquee contre le mecanisme d'action de la transcriptase inverse du vih-1, ont presente une faible activite antivirale in vitro. En outre, dans le but d'obtenir des analogues de nucleosides 2,3-modifies, nous avons realise la preparation d'aziridine furanosique. Ainsi, le 1-o-methyl 2,3-didesoxy 2,3-epimino 5-p-monomethoxytrityl-lyxo-furanose (aziridine) a ete isole. En partant du d(+)xylose, la voie de synthese que nous avons suivie a implique plusieurs etapes qui ont conduit aux intermediaires epoxyde et azido-alcool furanosiques. La reaction de glycosylation de ce syntho aziridine inedit avec les bases pyrimidiques s'est averee, par la suite, infructueuse. Dans la mesure ou les analogues nucleosidiques predominent en therapie clinique anti vih, nous avons synthetise deux immunogenes du d4t qui ont permis d'immuniser des lapins. Les anticorps specifiques obtenus apres immunisation ont permis d'elaborer une methode de dosage immuno-enzymatique du d4t et de ses metabolites phosphates aux niveaux plasmatique et intracellulaire

L'enveloppe mycobactérienne contient de nombreux lipides uniques qui jouent un rôle clé dans leur pathogénicité. Certains lipides ont été identifiés comme antigènes, les glycolipides phénoliques (PGL), le lipoarabinomannane (LAM), les sulfoglycolipides diacylés (Ac2SGL) et les phosphatidylinositolmannosides (PIMs). Le but de cette thèse est la synthèse chimique des épitopes de deux glycolipides mycobactériens importants : les glycolipides phénoliques et les phosphatidylinositol mannosides
The mycobacterial cell envelope contains many unique lipids which play a key role in the pathogenicity. Some of the lipids have been identified as antigens, the phenolic glycolipids (PGLs), the lipoarabinomannan (LAM), the diacylated sulfoglycolipid (Ac2SGL) and the phosphatidylinositolmannoside (PIMs). The main theme of this thesis is the chemical synthesis of the epitopes of two important mycobacterial glycolipids : phenolic glycolipids and phosphatidylinositol mannosides

Thesis (Ph. D.)--Ohio State University, 2004.
Title from first page of PDF file. Document formatted into pages; contains xviii, 160 p.; also includes graphics Includes bibliographical references (p. 117-120). Available online via OhioLINK's ETD Center

Hexofuranoses are absent from mammals, but are present in numerous microorganisms, often highly pathogenic. This makes them very attractive targets for the development of new antimicrobial drugs. As an alternative to organic synthesis, the use of enzymes has been increasingly appreciated in the synthesis of glycoconjugates. Here we report the use of alpha-l-Arabinofuranosidase Araf51 for the synthesis of furanosyl-containing glycoconjugates. This enzyme was really efficient in catalysing oligomerisations of l-arabinofuranoside and d-galactofuranoside up to the formation of pentasaccharides, as well as in the synthesis of furanosides containing structurally modified d-galactofuranosides and pyrano-furano disaccharides. Many of synthesised compounds represented biologically relevant structures found in some clinically important pathogens. Biological tests proved that these neofuranosides have robust immunostimulatory properties and can become a potentially very useful new type of adjuvants
Les hexofuranoses sont absents chez les mammifères, mais sont présents dans de nombreux micro-organismes souvent hautement pathogènes, ce qui les rend très intéressants pour le développement de nouveaux médicaments antimicrobiens. Les enzymes sont de plus en plus souvent utilisées pour la synthèse de glycoconjugués comme une alternative à la synthèse organique. Dans ce travail, nous présentons l'utilisation d’alpha-l-Arabinofuranosidase Araf51 pour la synthèse de glycoconjugés contenant des unités furanosidiques. Cette enzyme s’est révélée très efficace pour catalyser les oligomérisations des dérivés du l-arabinofuranoside et ceux du d-galactofuranoside jusqu'à la formation de pentasaccharides, ainsi que dans la synthèse de furanosides contenant des motifs structuralement modifiés du d-galactofuranose et des disaccharides de type pyrano-furano. Un grand nombre de composés synthétisés présentent des structures d’intérêt biologique que l’on retrouve dans certains agents pathogènes. Les essais biologiques ont montré que ces néofuranosides ont de fortes propriétés immunostimulatrices et peuvent potentiellement constituer un nouveau type d’adjuvants

La synthèse chimio-enzymatique est une stratégie simple pour accéder facilement aux glycoconjugués comparé aux méthodes chimiques classiques. La glycosidase, alpha-L-arabinofuranosidase de Clostridium thermocellum (Araf51) a été utilisée pour catalyser la réaction de transglycosylation à partir de donneurs furanosidiques et d’accepteurs variés de type alcools aliphatiques pour la formation de furanosides d’alkyles. Afin d’améliorer les propriétés enzymatiques de l’Araf51, une méthode a été élaborée dans le but d’obtenir des nouveaux biocatalyseurs plus performants pour cette réaction. A partir de mutagénèse aléatoire et d’un criblage adapté, cinq mutants ont pu être obtenus. Ils ont ainsi montré des améliorations de temps de réaction, de conversion et même de spécificité d’accepteur comparé à l’enzyme native. De plus, cette stratégie efficace pourra être par la suite appliquée à de nombreuses autres finalités. Dans un souci de développer des procédés plus éco-compatibles, nous nous sommes intéressés à la valorisation de l’utilisation des polymères d’arabinane et d’arabinoxylane pour les réactions d’hydrolyse et de transglycosylation impliquant l’Araf51. Ainsi, les produits issus des réactions auront des applications en bioraffinerie ou comme intermédiaires de synthèse. Enfin, ces alpha-L-arabinofuranosides d’alkyle sont reconnus comme accepteurs et glucosylés par la cyclodextrine glycosyle transférase de Thermoanaerobacterium sp. à partir de beta-cyclodextrine. Ces travaux valorisent ainsi le potentiel des enzymes pour l’obtention de molécules complexes associant des entités furanose et pyranose en très peu d’étapes et en utilisant des matières premières renouvelables issues de la biomasse
Chemo-enzymatic synthesis as an efficient and environmental friendly strategy to access furanosidic compounds. Alpha-L-arabinofuranosidase from Clostridium thermocellum (Araf51), a thermostable glycosidase, is able to use arabinofuranosyl-donors to catalyse transglycosylation reactions with various aliphatic alcohols to give the corresponding glycoconjugates. Thanks to random mutagenesis method involving the development of an efficient screening, five mutants were obtained. In comparison to the wild type enzyme, they improve the reaction time, the conversion rate and the specificity to the alkyl furanoside formation. Many efforts have focused on the extraction and conversion of renewable biomass as biofuels or biocompounds but have neglected the pentose polymers from hemicellulose which represent 30 % of the total biomass. Hydrolysis of sustainable polymers as arabinan or arabinoxylan by the araf51 was studied. To enhance the hydrolysis rate, mutants were selected by a screening based on the conditions of the transglycosylation reaction performed to produce methyl-alpha-L-arabinofuranoside by the Araf51. We also demonstrate that a cyclodextrin glycosyltransferase, CGTase from Thermoanaerobacterium sp. Was able to recognize and glucosylate alkyl and para-nitrophenyl furanosides using beta-cyclodextrin as substrate with efficiency. The compounds were identified and presented only one interesting regioisomery. These compounds are good targets as amphiphilic molecules, building block or immunostimulating and anti-parasitic drug

Les sialidases catalysent l'hydrolyse de la liaison glycosidique entre l'acide n-acetylneuraminique (neu-5-ac) et le sucre penultieme de glycoconjugues. Ces enzymes interviennent dans les processus biologiques de certaines infections virales ou bacteriennes. En particulier, il a ete demontre que l'activite de la neuraminidase du virus de la grippe etait indispensable a la propagation des virions. Compte-tenu de la faible variabilite de son site actif, des inhibiteurs selectifs de cette enzyme pourrait etre des medicaments dont l'efficacite ne dependrait pas des fluctuations antigeniques du virus. Parmi les differentes classes d'inhibiteurs, les analogues de l'etat de transition et les substrats suicides semblent etre les plus prometteurs. Recemment, au laboratoire, des substrats suicides de la sialidase de clostridium perfringens dans lesquels le site electrophile latent (une fluoro-methylene quinone) etait situe sur la partie aglycone avaient ete synthetises. Bien que ces composes ne soient que des inhibiteurs competitifs de la neuraminidase grippale, nous avons reprepare l'un d'entre eux afin d'effectuer des tests in vitro. Ce compose n'empeche pas la replication des virions mais bloque leur dissemination. Un autre compose du meme type a ete obtenu mais il s'est avere instable en milieu aqueux. Nous avons ensuite synthetise un inhibiteur suicide potentiel comportant le site electrophile latent sur la partie sucre. Ce compose n'a qu'une activite inhibitrice competitive reversible et pas l'activite suicide escomptee sur la neuraminidase grippale. La synthese d'analogues lactoniques et c-furanosiques de neu-5-ac, nouveaux inhibiteurs potentiels de type etat de transition, a alors ete entreprise. Les premiers n'ont pu etre obtenu ni par decarboxylation oxydante de neu-5-ac protege, ni par addition diastereoselective de nucleophiles carbones sur un aldehyde -amine decrit dans la litterature. Les precurseurs des c-furanosides ont ete prepares par o-cyclisation 5-exo-trig de polyol-esters ,-insatures

Les hexofuranosides comme les D-galactofuranosides (D-Galf), absents chez les mammifères, sont particulièrement présents dans de nombreux micro-organismes souvent pathogènes. Ces oligosaccharides et leurs analogues sont donc de bons candidats pour (i) améliorer nos connaissances sur leurs rôles biologiques et physico-chimiques, (ii) définir de nouveaux traitements antiparasitaires. Dans ce contexte, notre objectif consiste aux mutations des enzymes conçues pour l’amélioration des activités de transglycosylation, ainsi que la synthèse chimique de substrats innovants. La formation de structures α-L-arabinofuranosidiques, analogues 6-déoxy du Galf, contenant une liaison S-glycosidique inclue (i) les production, purification et étude d’arabinofuranosidases Araf51 de Clostridium thermocellum recombinées dans E. Coli BL21 et mutées (thioligases), (ii) la préparation chimique des donneurs et accepteurs et (iii) la synthèse biocatalysée de thioglycosides dont un glycodendrimère
Hexofuranosides, such as D-Galactofuranoside (D-Galf), are particularly spread in numerous pathogenic microorganisms but unknown in mammals. Thus, such oligosaccharides and their analogues are promising candidates (i) to improve our knowledge about their biological and physico-chemical roles and (ii) to define new antiparasitic treatments. In this context, our aim relies on mutations of enzymes for thiotransglycosylation, as well as chemical synthesis of innovating substrates. These lead to the preparation of α-L-arabinofuranosides, 6-deoxy-Galf analogues, containing S-glycosidic linkage. This study includes (i) the recombinant production of Clostridium thermocellum arabinofuranosidase Araf51, as well as its mutants (thioligases), in BL21 E. Coli expression system, followed by the purification and the activity studies of both enzymes, (ii) chemical preparation of donors and acceptors and (iii) biocatalytic synthesis of thioglycosides including a glycodendrimer

Les sucres sous forme furanose sont complètement absents chez les mammifères mais présents dans de nombreux micro-organismes souvent pathogènes et responsables de maladies graves telles que la tuberculose, la lèpre, la maladie de Chagas…Les enzymes responsables de leur biosynthèse sont peu ou pas connues mais représentent de nouvelles cibles thérapeutiques intéressantes. Au cours de cette thèse, nous avons souhaité développer de nouvelles méthodes de synthèses permettant d’obtenir des sucres rares et plus particulièrement des nucléotides-sucres furaniques. Ce mémoire présente dans un premier temps, une approche chimique permettant un accès direct aux cibles visées. Dans un second temps, ce travail met en évidence le potentiel biocatalytique de nucléotidyltransféases pour la préparation de nucléotides-sucres furaniques non naturels. Enfin, les activités biologiques des composés préparés ont été évaluées sur les enzymes intervenants dans la biosynthèse de l’arabinogalactane mycobactérien
Furanosides are original glycosides which are presents in several micro-organisms, particulary in pathogenic species, such as those responsible for tuberculosis, leprae, Chagas diseases. . . The fact that those glycoconjugates are absent in mammal makes those five-membered ring sugars, valuable targets to design new pharmacophores and/or treatments. Therefore, a better understanding of furanoconjugates 's biosynthetic pathways is a crucial step of this new therapeutic strategy. This report presents a straightforward chemical synthesis of nucleotides-sugars from thioimidoyl furanosides. Then, this work underlines also the biocatalytic behavior of nucleotidylyltransferases in order to synthesize non-natural furanosyl nucleotides. At last, activities of those new compounds were evaluated on the enzymes involved in the biosynthesis of the arabinogalactan of Mycobacterium tuberculosis

Le travail présenté concerne l'étude d'une voie de synthèse originale de nouveaux synthons [alpha]-aminoacides C-glycosylés, dont le carbone chiral [alpha] de l'aminoacide est directement relié au carbone 5 d'un pentose ou au carbone 6 d'un hexose. Le but recherché est d'examiner si l'apport d'une partie glucidique branchée en position latérale d'une chaîne peptidique par une liaison C-C rigidifiait le peptide et lui apportait des conformations privilégiées qui pouvaient modifier les phénomènes de reconnaissance tout en augmentant la résistance aux protéases. Le travail se divise en trois parties. La première partie présente la mise au point de méthodes originales d'accès diastéréosélectives à de nouveaux acides aminés dérivés de la glycine où le carbone [alpha] de la glycine peut être relié à n'importe quel furanose ou pyranose respectivement en position 5 ou 6 par une liaison C-C. Une deuxième partie concerne les déprotections chimiosélectives des extrémités N- et C-terminales des nouveaux synthons aminoacides ainsi que l'étude de leur couplage peptidique, en les incorporant du côté N- ou C-terminal d'une chaîne peptidique, voire même en couplant directement entre eux des résidus aminés C-glycosylés identiques ou différents. Une application biologique à la synthèse totale d'une Leucine-enképhaline C-galactosylée est également décrite. Enfin, une dernière partie est consacrée à l'étude physicochimique, par spectroscopie IR, RMN, par RX, et par modélisation moléculaire, des modifications structurales de la chaîne principale d'un peptide induites par l'introduction d'un motif glucidique latéral.

Thesis (Ph. D.)--Ohio State University, 2004.
Title from first page of PDF file. Document formatted into pages; contains xx, 456 p.; also includes graphics Includes bibliographical references (p. 449-456). Available online via OhioLINK's ETD Center

La leishmaniose est une maladie tropicale négligée pour laquelle l’arsenal thérapeutique actuel est limité. Ce travail de thèse s’est intéressé à rechercher des nouvelles cibles thérapeutiques en ciblant la paroi des leishmanies. Le lipophosphoglycane (LPG), constituant majoritaire de la paroi, présente un motif glucidique particulier, le galactofuranose, qui semble une cible thérapeutique intéressante car il est absent des membranes de mammifères. Les galactofuranosyl-transférases sont impliquées dans le métabolisme de ce furanose, et ce travail a débuté par l’étude de ces enzymes et par la caractérisation d’une mutase, également nécessaire au métabolisme du galactofuranose. Une fois les cibles caractérisées dans les 2 stades du parasite, des analogues du galactofuranose ont été testés quant à leur capacité antiparasitaire sur les formes promastigotes et amastigotes de Leishmania donovani. Un composé s’est révélé intéressant et a été plus étudié, le n-octyl-galactofuranose (Galf). Différentes approches ont été utilisées pour caractériser son mode d’action sur les promastigotes et les amastigotes : résonance paramagnétique électronique, microscopie électronique à transmission, cytométrie en flux ou résonance magnétique nucléaire. L’observation d’une activité inductrice du métabolisme oxydatif des macrophages nous a conduits à nous intéresser aux capacités immunomodulatrices de ces analogues galacto-furanosidiques. Ainsi la dernière partie de ce travail est consacrée à l’étude de la polarisation des macrophages par les galactofuranosides, sur un modèle in vitro de macrophages humains. Nous avons pu montrer que le Galf exerçait une activation des macrophages en faveur d’une polarisation de type M1, ce qui pourrait expliquer l’effet limitateur de croissance des amastigotes
Leishmaniasis is a neglected tropical disease for which the current therapeutic arsenal is limited. This work aimed at finding new therapeutic drugs by targeting the Leishmania cell wall. Lipophosphoglycan (LPG) is the major glycoconjugate in promastigotes cell wall, consisting of a hexasaccharide core including a galactofuranose motif. Galactofuranose is absent in mammalian membranes, thus could be a therapeutic target. First, this work studied the galactofuranosyl-transferases involved in the metabolism of this furanose, as well as a mutase, also necessary for the metabolism of galactofuranose. Once targets were identified in the two parasitic stages, galactofuranose derivatives were tested for antileishmanial activity on promastigotes and amastigotes forms of Leishmania donovani. A compound showed interesting results and has been studied further, the n-octyl-galactofuranose (Galf). Different techniques have been used to characterize its mode of action on promastigotes and amastigotes: electron paramagnetic resonance, transmission electron microscopy, nuclear magnetic resonance or flow cytometry. Infected macrophages treated with Galf were able to produce oxygen derivatives species, leading us to look at the immunomodulatory capacity of Galf derivatives. Thus, the last part of this work focused on the study of macrophage polarization by galactofuranosides on an in vitro model of human macrophages. We were able to show that Galf stimulates macrophages towards M1 polarization, which could explain the decreased growth of amastigotes inside macrophage cells

Les cellules exposent à leurs surface glycoconjugués qui jouent important dans des événements biologiques importants tels que la communication entre cellules, la croissance de cellules saines ou cancéreuses et les processus d'infection d'agents pathogènes. Certaines structures polysaccharidiques qui contiennent le résidu Galf ont attiré beaucoup d’intérêt au cours des dernières décennies. En effet, le galactofuranose peut être exprimé chez de nombreuses espèces pathogènes, telles que Mycobacterium tuberculosis, Aspergillus et Leishmania, mais il est absent chez les mammifères. Par conséquent, ces glycoconjugués sont considérés comme des cibles intéressantes pour des approches thérapeutiques.Les galactofuranosyltransférases (GalfT) catalysent le transfert des résidus de galactofuranose dans les structures des glycoconjugués. Cependant, ces GalfT sont des enzymes faiblement décrites, malgré leur rôle crucial dans la virulence ainsi que dans la pathogénicité de nombreux micro-organismes. Jusqu'à présent, seule la GalfT2 de Mycobacterium tuberculosis a été entièrement caractérisée.Dans cette thèse, quatre GalfTs de Leishmania major, l'agent responsable de la leishmaniose, ont été caractérisées. Elles ont été d'abord clonées, surexprimées dans E. coli et purifiées. Ensuite, leurs paramètres cinétiques respectifs ont été déterminés. De plus, puisque ces GalfT sont situées dans l'appareil de Golgi de Leishmania, nous avons supposé que leur glycosylation pourrait être un élément important pour leur stabilité etleur activité. Ainsi, des GalfT glycosylés ont été produites à l'aide de Leishmania tarentolae et les résultats préliminaires de leur activité enzymatiques ont été obtenus.Les GalfT leishmaniennes démontrent des résultats prometteurs pour le développement de nouvelles stratégies chimio-enzymatiques pour la synthèse de glycoconjugués contenant du Galf, ainsi que pour la conception de nouveaux médicaments contre la leishmaniose
Cells are heavily decorated by diverse glycoconjugates that are involved in important biological events such ascell-cell communication, growth of healthy or cancerous cells and pathogens infection process. Among these polysaccharidic structures, Galf-containing glycans have been the subject of increasing interest in the last decades. Indeed, the galactofuranose can be found in many pathogenic species, such as Mycobacteriumtuberculosis, Aspergillus and Leishmania, but is absent in mammals. Therefore, these glycoconjugates are considered as interesting targets for therapeutic approaches.Galactofuranosyltransferases (GalfTs) catalyse the transfer of galactofuranose residues into glycoconjugatesstructures. However, GalfTs are poorly described enzymes despite their crucial role in the virulence and the pathogenicity of numerous microorganisms. Up to date, only one mycobacterial GalfT has been fully characterized.In this thesis, four putative GalfTs of Leishmania major, the causing agent of leishmaniosis diseases, were characterized. They were first cloned, overexpressed in E. coli and purified. Then, their respective kineticparameters were determined. In addition, since these GalfT are located in the Golgi apparatus of Leishmania, we assumed that their glycosylation could be an important element for their stability and activity. So, glycosylatedGalfTs were produced using, Leishmania tarentolae, and preliminary results of their enzymatic activity were obtained.Still, leishmanian GalfTs demonstrate promising results for the development of new chemoenzymatic strategies for Galf-containing glycoconjugates synthesis, as well as the design of new drugs against leishmaniasis

Les Phostines représentent une nouvelle classe de glycomimétiques contenant un atome de phosphore à la place du carbone anomérique. Leur synthèse a été réalisée par la condensation de furanoses protégés et de différents H-phosphinates en milieu basique. Ces phostines se sont révélées être très efficaces in vitro et in vivo contre des cellules cancéreuses de glioblastome de rat et humaines. Dans ce projet, nous avons eu pour premier but d’obtenir, majoritairement, le diastéréoisomère le plus actif. Différentes réactions ont été réalisées, en changeant la nature de la base ou le contre-ion de cette dernière. Une très légère amélioration a été notée avec le méthylate de césium au profit du dérivé de type glucose. Dans un deuxième temps, et dans le but d’améliorer l’activité anticancéreuse et de pouvoir étudier la biodistribution des phostines, différentes modifications chimiques ont été réalisées. Des dihydroxy-2,3- et 2,6-oxaphosphinanes, des thiophostines et des phostines de la série L ont été synthétisées. Par la suite, des variations, en alpha de l’atome de phosphore, nous ont permis d’obtenir des phostines halogénées, ainsi que deux nouveaux produits: un acide furanosylphosphinique et l’oxaphosphine-3-ène. La réactivité chimique de la fonction éther d’énol de ce dernier a été examinée, en synthétisant un beta-cétophosphinate et des beta-énaminophosphinates. Finalement des pseudo-disaccharides ont été synthétisés afin d’améliorer la biodisponibilité des phostines. Les phostines testées ont manifesté des propriétés anticancéreuses à une concentration de l’ordre du nanomolaire envers différentes lignées cellulaires, montrant la capacité de cette famille de composés de lutter contre certains types de cancers
The Phostines represent a new class of glycomimetics, containing a phosphinolactone function instead of the anomeric carbon. Their synthesis was achieved by the reaction of protected furanose with various H-phosphinates, in the presence of a base. These compounds have been found to be very effective in vitro and in vivo against rat and human glioblastoma cells.In this project, our first goal was to obtain the most active phostine with higher diastereoselectivity. Different reactions were tested, changing the base or its counter ion. A very slight improvement was noted with cesium methoxide, favoring the glucose-like derivative.In the context of improving the anticancer activity and to study the biodistribution of the phostines, different chemical modifications were carried out. Dihydroxy-2,3- and 2,6-oxaphosphinanes, thiophostines and phostines of the L series were synthesized. Therefore, variations in alpha position of the phosphorus atom have produced halogenated phostines and two new products: furanosylphosphinic acid and the oxaphosphine-3-ene.The chemical reactivity of the enol ether of this latter has been examined by synthesizing beta-ketophosphinate and beta-enaminophosphinates. Finally, pseudo-disaccharides were synthesized to improve the bioavailability of phostines.The tested phostines have exhibited anticancer properties at nanomolar concentration against different cell lines, showing the ability of this family of compounds to fight some types of cancers

Élargir le répertoire de composés accessibles dans le domaine des Glycosciences est d’un intérêt majeur pour la communauté des biologistes du fait que ces composés, oligosaccharides et glyco-conjugués, sont impliqués dans diverses fonctions biologiques, aussi bien au niveau structurel, qu’énergétique voire même signalétique jouant un rôle primordial dans les interactions inter- ou intracellulaires. L’assemblage, la modification ou la déconstruction de ces glyco-structures complexes est possible grâce à l’action d’enzymes, parmi lesquelles l’on retrouve les CAZymes (Carbohydrate Active enZymes). Ces enzymes font partie du répertoire de la base de données CAZy, incluant les Glycoside Hydrolases (GHs) qui représentent le groupe le plus important et ayant pour fonction biologique principale l’hydrolyse des liens glycosidiques. Cependant, un certain nombre de GHs possède aussi la capacité de catalyser des réactions de synthèse (transglycosylation) en tant qu’activité secondaire mineure, voire en tant qu’activité principale pour un nombre restreint d’entre elles, qui sont alors appelées transglycosylases. Sachant que ces deux types de comportements peuvent se retrouver au sein d’une même famille de GH (donc étroitement liés sur le plan évolutif), la découverte et la compréhension des déterminants moléculaires qui ont été développés par les GHs au cours de leur évolution pour permettre cette partition d’activité, entre hydrolyse et transglycosylation, est d’une importance capitale pour le domaine de la synthèse chimio-enzymatique et des Glycosciences de manière plus générale.Ce travail de thèse décrit une proposition de synthèse pour apporter une réponse à cette question fondamentale via une revue critique de la littérature sur le sujet. Sur le plan expérimental, a été réalisée l’évolution moléculaire d’une enzyme spécifique des pentoses, l’α-L-arabinofuranosidase de Thermobacillus xylanilyticus (TxAbf) de la famille GH51, vers les premières transarabinofuranosylases de type ‘non-Leloir’. Cette évolution itérative a été développée en utilisant un panel d’outils d’ingénierie enzymatique combinant des approches aléatoire, semi-rationnelle, de prédiction in silico suivie de recombinaison dans un processus d’évolution dirigée global. Une analyse fine des mutants générés sur le plan mécanistique en lien avec la partition hydrolyse/transglycosylation mène à des conclusions en accord avec la proposition de synthèse issue de la revue de la littérature sur le sujet. Sur un plan plus appliqué, ces nouveaux biocatalyseurs ont ensuite été mis en oeuvre dans des voies de synthèse chimio-enzymatiques pour la préparation de composés furanosylés de structure contrôlée. Le transfert d’L-arabinofuranosyles permet la génération d’arabinoxylo-oligosaccharides (AXOS) ainsi que la conception d’oligosaccharides non naturels, tel que des galactofuranoxylo-oligosaccharides ou des arabinofuranogluco-oligosaccharides. Dans son ensemble, ce travail de recherche constitue les premières étapes clés du développement de méthodes de synthèse chimio-enzymatique plus élaborées pour la conception d’arabinoxylanes artificiels. Dans le contexte actuel de transition vers une bio-économie, reposant sur des concepts tels que ceux de la bioraffinerie ou de la chimie verte, nous espérons que les outils de glycosynthèse développés au cours de ces travaux trouveront leur application dans la valorisation des pentoses issus de la biomasse. La synthèse à-façon d’arabinoxylooligo- et polysaccharides présente nombre de valorisations possibles allant de la préparation de prébiotiques à la conception de matériaux bio-inspirés en passant par la synthèse de modèles de parois végétales
Widening the spectrum of available compounds in the field of Glycosciences is of utmost importance for the entire biology community, because carbohydrates are determinants of a myriad of life-sustaining or threatening processes. The assembly, modification or deconstruction of complex carbohydrate-based structures mainly involves the action of enzymes, among which one can identify Carbohydrate Active enZymes (CAZymes). These enzymes form part of the CAZy database repertoire and include Glycoside Hydrolases (GHs), which are the biggest group of CAZymes, whose main role is to hydrolyze glycosidic linkages. However, some GHs also display the ability to perform synthesis (transglycosylation), an activity that mostly manifests itself as a minor one alongside hydrolysis, but which is the only activity displayed by a rather select group of GHs that are often called transglycosylases. Understanding how transglycosylases have resulted from the process of evolution is both intringuing and crucial, because it holds the key to the creation of tailored glycosynthetic enzymes that will revolutionize the field of glycosciences.In this thesis, an extensive review of relevant scientific literature that treats the different aspects of GH-catalyzed transglycosylation and glycosynthesis is presented, along with experimental results of work that has been performed on a family GH-51 α-L-arabinofuranosidase, a pentose-acting enzyme from Thermobacillus xylanilyticus (TxAbf). The conclusions of the literature are presented in the form of a hypothesis, which describes the molecular basis of the hydrolysis/transglycosylation partition and thus provides a proposal on how to engineer dominant transglycosylation activity in a GH. Afterwards, using a directed evolution approach, including random mutagenesis, semi-rational approaches, in silico predictions and recombination it has been experimentally possible to create the very first ‘non-Leloir’ transarabinofuranosylases. The mechanistic analysis of the resultant TxAbf mutants notably focusing on the hydrolysis/transglycosylation partition reveals that the results obtained are consistent with the initial hypothesis that was formulated on the basis of the literature review.To demonstrate the applicative value of the experimental work performed in this study, the TxAbf mutants were used to develop a chemo-enzymatic methodology that has procured a panel of well-defined furanosylated compounds. Enzyme-catalyzed transfer of arabinofuranosyl moities can be used to generate arabinoxylo-oligosaccharides (AXOS), but the design of non-natural oligosaccharides, such as galactofuranoxylo-oligosaccharides or arabinofuranogluco-oligosaccharides is also possible. Overall, the work presented constitutes the first steps towards the development of more sophiscated methodologies that will procure the means to synthesize artificial arabinoxylans, with a first proof of concept being presented at the very end of this manuscript.In the present context of the bioeconomy transition, which relies on technologies such as biorefining and green chemistry, it is expected that the glycosynthetic tools that have been developed in this work will be useful for the conversion of pentose sugars obtained from biomass. The synthesis of tailor-made arabinoxylo-oligo- and polysaccharides may lead to a variety of potential applications including the production of prebiotics, surfactants or bio-inspired materials and, more fundamentally, the synthesis of artificial models of plant cell wall

Dans ce projet de thèse, une variété de techniques a été employée pour étudier l’alpha-L-arabinofuranosidase de Thermobacillus xylanilyticus (TxAbf), notamment en ce qui concerne les relations structure/fonctions et son activité de transglycosylation. Nos travaux ont eu pour objectif d’apporter un éclairage quant au rôle de la dynamique dans l’activité catalytique de la TxAbf, en se focalisant sur le mouvement de la boucle bêta2alpha2, et d’explorer la spécificité du sous-site [+1], un élément du site actif qui est particulièrement pertinent pour l’activité de transglycosylation. Enfin, nous avons entrepris des travaux d’ingénierie visant la création de transarabinofuranosylases performantes. Nos résultats confirment le rôle important de la boucle bêta2alpha2 et suggèrent que le mouvement de celle-ci permet de relocaliser les résidus His98 et Trp99 de manière à créer un site actif opérationnel. Le résidu Trp99 apparaît comme un élément clé du sous-site [-1] de la TxAbf, alors que le résidu His98, qui n’est pas conservé dans l’ensemble des enzymes de la famille GH51, participerait à la formation d’un sous-site [+2’]. Concernant le sous-site [+1], nos résultats confirment la large spécificité celui-ci et montrent clairement que l’encombrement stérique à la position C-5 des glycosides accepteurs est défavorable à la réaction de transglycosylation. Par ailleurs, nous avons pu réaliser pour la première fois la synthèse de trisaccharides, utilisant comme accepteur l’alpha-D-xylobioside de benzyle et comme donneur le β-D-galactofuranoside de para-nitrophényle. Enfin, nos travaux de mutagenèse aléatoire et le criblage de banques a permis d’identifier deux mutations Phe26Leu et Trp178Arg, qui se situent au niveau des sous-sites [-1] et [+1], respectivement. Selon nos premières analyses, les mutants correspondants rendraient moins favorable la déglycosylation de l’intermédiaire glycosyl-enzyme par une molécule d’eau, réduisant ainsi l'hydrolyse secondaire et stabilisant par la même occasion le produit de synthèse. En employant une deuxième méthode de criblage plus sophistiquée, impliquant l’utilisation d’accepteurs xylo-oligosaccharidiques, nous avons pu obtenir des enzymes mutées qui (i) catalysent des réactions de transglycosylation en présence de xylobiose (l’enzyme sauvage ne catalysant que très faiblement cette réaction) (ii) se caractérisent par une absence quasi-totale d’hydrolyse secondaire et (iii) comportent des mutations situées à différentes positions (e.g. au niveau des sous-sites [-1], [+1] et [+2’]) et qui semblent moduler le ratio Transglycosylation/Hydrolyse en faveur de la synthèse
In this investigation, a variety of techniques to study the Thermobacillus xylanilyticus alpha-L-arabinofuranosidase (TxAbf) have been employed, especially with regard to structure-functions relations and the enzyme’s ability to catalyze transglycosylation reactions. The aim of our work was to better understand the dynamic role of the bêta2alpha2 loop and to explore the substrate specificity of the subsite [+1], an important active site element with respect to transglycosylation. Finally, this work has focused on the creation of new transarabinofuranosylases using random engineering and screening approaches.Our results confirm the important role of the bêta2alpha2 loop and suggest that its movement during catalysis relocalizes residues His98 and Trp99 and thus permits the formation of a catalytically-viable active site configuration. Trp99 is relocalized from a solvent exposed position into a buried position and forms a critical element of subsite [-1], whereas His98, a residue that is not conserved in all GH51 members, appears to form a part of subsite [+2’]. Regarding subsite [+1], our results confirm its wide specificity and indicate that steric bulkiness at the C-5 position of glycoside acceptors leads to reduced transglycosylation. In this work, we have also demonstrated for the first time the synthesis by TxAbf of trisaccharides, using benzyl alpha-D-xylobioside as the acceptor and para-nitrophenyl β-D-galactofuranoside as the donor. Finally, random mutagenesis and screening has led to the identification of two mutations Phe26Leu and Trp178Arg, which are located in sub-sites [-1] and [+1] respectively, that appear to reduce the water-mediated deglycosylation of the glycosyl-enzyme intermediate. Consequently, the corresponding mutants reduce secondary hydrolysis and favourably affect the operational stability of synthetic products. Using a second more sophisticated screening method that involves the use of xylo-oligosaccharide acceptors, it has been possible to isolate mutant enzymes that (i) catalyze transglycosylation reactions in the presence of xylobioside (a reaction that is poorly catalyzed by wild type TxAbf), (ii) show almost no secondary hydrolysis, (iii) display point mutations at several key locations (e.g. in sub-sites [-1], [+1] and [+2’]) that seem to modulate the Transglycosylation/Hydrolysis ratio in favour of synthesis

碩士
國立交通大學
材料科學與工程學系所
103
We design and synthesize a series of amphiphiles I-V with lyotropic liquid crystalline (at high concentration) and gel (at low concentration) properties. Amide group and pyridine included in the structures give the amphiphiles sensing appications and increase hydrophilic properties as well. We use CD spectra to confirm the chirality of ligands and identify their excellent selectivity to Cu2+ ion. Compound III not only shows significant change in CD spectra and absorbance spectra upon titration of Cu2+ ion, the color also change from colorless to green color observed with naked eye. The gel formed from compound III will aggregate and collapse after adding Cu2+ ion, showing the significant morphology change. And the temperature range of lyotropic liquid crystal phase was stabled to room temperature upon adding Cu2+ ion due to the curvature change of the structure.

碩士
國立交通大學
生物科技學系
101
Many natural products with biological activities, including antitumor, antibiotic and antifungal activities, contain sugar moieties. These sugar moieties often play important roles in activity of their parent compounds. The modification or removal of the sugar moieties often changes the reported activities. In this study, we choose a novel gene similar to furanose biosynthetic gene as a research target, which has been speculated to participate in the biosynthetic pathway of furanose or related glycosides. By heterologous expression in Escherichia coli, the expression condition of the protein encoded by the gene was optimized. Then, this enzyme was purified by affinity column and analyzed with SDS-PAGE. In order to characterize the enzymatic function, a spectophotometric method was used to detect enzyme activity. In this study, this enzyme was analyzed with possible cofactors, NADPH and NADH. The results thus provide information about this novel enzyme possibly participating in biosynthetic pathways of furanose or related glycosides.