Les protéines membranaires représentent environ 2/3 des cibles thérapeutiques. Le développement de nouveaux médicaments est toutefois limité par l'absence de données structurales pour de nombreuses ...protéines. Les protéines membranaires s'avèrent en effet difficiles à manipuler et à maintenir en solution ce qui complique leur étude structurale. Les protéines sont en général solubilisées grâce à des surfactants comme les détergents, les amphipols, les hémifluorés et les peptergents. Il est aussi possible de les étudier dans des conditions plus physiologiques en les insérant dans des membranes lipidiques telles que des liposomes, des bicelles, ou des nanodisques.Les nanodisques sont des particules protéolipidiques autoassemblées, composées de protéines d'assemblages et de lipides, qui constituent un système de membranes modèles très prometteur permettant de solubiliser des protéines membranaires dans un milieu dépourvu de détergent. D'autres avantages sont aussi la variabilité de la constitution en lipides et l'accessibilité des deux côtés de la membrane.Dans le cadre de ma thèse, j'ai mis au point l'insertion de plusieurs protéines membranaires en nanodisques afin de permettre leur caractérisation fonctionnelle, biophysique et structurale. Nous avons en particulier étudié le transporteur ABC BmrA impliqué dans la résistance aux antibiotiques et cherché à identifier les changements conformationnels de la protéine en nanodisques par microscopie électronique. Les interactions de la protéine YedZ, un homologue de NADPH oxydases, avec ses partenaires solubles potentiels ont été étudiés par différentes méthodes telles que le pontage chimique, la résonance plasmonique de surface et la spectrométrie de masse native. En parallèle, le mécanisme d'assemblage des nanodisques a été investigué. Une interaction entre les protéines d'assemblages et des cations divalents a été mise en évidence. Cette interaction a un effet sur l'oligomérisation de la protéine d'assemblage mais également sur l'homogénéité des nanodisques. Ces observations nous ont permis d'améliorer les conditions de préparation des nanodisques, condition déterminante pour le succès de nombreuses approches structurales. Nous avons pu en particulier explorer la possibilité de cristalliser ces particules en vue d'études cristallographiques.
Membrane proteins represent around 2/3 of therapeutic targets. However, the development of new drugs is hampered by the lack of structural data for many proteins. Membrane proteins are indeed difficult to handle and to maintain stable in solution, which complicates their study by structural methods. Proteins are usually stabilized by surfactants like detergents, amphipols, hemifluorinated compounds and peptergents. It is also possible to study those proteins in an environment mimicking their native conditions by incorporating them in lipid membranes such as liposomes, bicelles or nanodiscs.Nanodiscs are self-assembled proteolipidic particles, composed of a scaffold protein and lipids. This technology is a top-notch model membrane system, which provides a detergent free environment to study membrane proteins in solution. Further advantages are the possibility to vary the lipid composition and the accessibility of the incorporated protein from both sides of the membrane.During my PhD project, I have achieved the insertion of several membrane proteins into nanodiscs for functional, biophysical and structural characterizations. In particular, we have studied Bmra, an ABC transporter involved in multidrug resistance and tried to identify the conformational changes of the protein in nanodiscs by electron microscopy. The interaction of YedZ, a NADPH oxidase homologue, with potential soluble partners has been studied by various methods such as cross-linking, surface plasmon resonance and native mass spectrometry. In parallel, the mechanism of nanodiscs assembly has been investigated. An interaction between the scaffold protein and divalent cations has been revealed. This interaction influences the oligomerization of the scaffold protein but also the nanodiscs homogeneity. Those observations allowed us to improve the preparation of the nanodiscs, which was an essential step torward the success of many structural approaches. In particular, we were able to explore their accessibility to protein crystallography.
Le but de cette étude était d’évaluer si le dosage de la protéine sérique protéine matricielle oligomérique du cartilage (COMP) pouvait être un marqueur de la réponse thérapeutique lors de la ...polyarthrite rhumatoïde (PR) après six mois de traitement par étanercept.
Quarante-cinq patients PR recevant 25
mg d’étanercept deux fois par semaine pendant six mois ont été inclus dans cette étude observationnelle prospective. La réponse clinique à la thérapie a été évaluée par le DAS28 (score d’activité de la maladie). Les paramètres biologiques – COMP, protéine C réactive (CRP), vitesse de sédimentation (VS) des érythrocytes, facteur rhumatoïde IgM (IgM-FR), métalloprotéinase matricielle 3 (MMP-3), et anticorps anti-peptide anti-CCP – ont été dosés à l’inclusion et après six mois de traitement. Nous avons testé les corrélations entre la COMP sérique et les autres paramètres et recherché si le taux de COMP était associé à une rémission (critère DAS28).
la COMP sérique est corrélée avec le DAS28 (
p
<
0,05,
r
=
0,40) à l’inclusion. Après six mois de traitement par étanercept, dix patients sont entrés en rémission (DAS28
<
2,6) à la différence des 35 autres patients (DAS28
>
2,6). La baisse du COMP sérique à six mois était significative dans le groupe en rémission (
n
=
10), mais pas dans l’autre groupe (
n
=
35). Par ailleurs, CRP, VS et MMP-3 décroissaient à six mois quel que soit le statut de rémission. Le taux d’IgM-FR aussi bien que le taux d’AC anti-cyclique citruliiné (CCP) ne différaient pas à six mois.
La COMP sérique à l’inclusion reflète l’activité clinique de la PR. Son taux est un marqueur sérologique précieux pour identifier le sous-groupe de patients PR entrant en rémission durant le traitement par étanercept.
Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet de l'Agence National de Recherche (ANR) dans lequel participent deux sociétés et deux laboratoires universitaires. L'objectif de ce projet consiste à ...améliorer les propriétés mécaniques (résistance à l'abrasion) et thermiques (température de dégradation) de revêtements fluorés antiadhésifs en y intégrant des nanoparticules de silice. Or, la silice est une charge hydrophile qui se disperse difficilement dans une matrice fluorée. C'est pourquoi nous avons envisagé de modifier sa surface avec des réactifs fluorés, et la nature des divers précurseurs a une influence sur l'amélioration de la dispersion des nanoparticules. Ainsi, nous avons, dans un premier chapitre, étudié la miscibilité et la compatibilité des polymères fluorés entre eux. Les polymères fluorés sont réputés pour leur inertie chimique, hydrophobie et leurs propriétés thermiques très avantageuses. Mais les très bonnes propriétés des polymères fluorés entraînant parfois des difficultés de mise en œuvre, nous avons choisi de travailler avec deux copolymères fluorés, le poly(TFE-co-HFP), un copolymère statistique à base de tétrafluoroéthylène (TFE, -CF2-CF2-) et d'hexafluoropropène (HFP, -CF(CF3)-CF2-) voisin du PTFE utilisé pour les revêtements, et le poly(VDF-co-HFP), un copolymère composé de fluorure de vinylidène (VDF, -CH2-CF2) et d'hexafluoropropène. Ils présentent de bonnes propriétés et sont faciles à employer à l'état fondu de par leurs faibles températures de fusion (respectivement de 140 et 275°C pour le poly(VDF-co-HFP) et le poly(TFE-co-HFP)). Des mélanges binaires à l'état fondu ont été réalisés puis caractérisés entre ces deux copolymères semi-cristallins mais également avec un polyéther fluoré, composé de plusieurs unités d'oxyde d'hexafluoropropène (HFPO, -CF(CF3)CF2O-) totalement amorphe. Les résultats obtenus suite à ces mélanges ont indiqué les trois types de précurseurs fluorés à employer lors des modifications de surface et ce en fonction de la matrice fluorée : composés à base de TFE (-CF2-CF2-), de VDF (-CH2-CF2-) et de l'HFPO (-CF(CF3)CF2O-). Ainsi, le second chapitre est consacré aux stratégies de synthèse de ces précurseurs fluorés contenant des motifs VDF et HFPO. Deux méthodes de polymérisation ont été réalisées : 1) La polymérisation radicalaire par transfert d'iode (ITP) du VDF conduisant à CnF2n+1-CH2-CF2m-I ; 2) La polymérisation anionique par ouverture de cycle de l'HFPO permettant la synthèse C3F7O-CF(CF3)CF2O-CF(CF3)-COX avec X : groupements fonctionnels. Ces produits ont été caractérisés par spectroscopies RMN du 19F et du 1H, IR, GPC, DRX, ATG et DSC. Les oligomères du TFE (CnF2n+1-I ou CnF2n+1-C2H4-SH avec n= 4 ou 6) n'ont pas été préparés du fait des risques encourus lors de la manipulation du TFE (gaz explosif). Après leurs synthèses, fonctionnalisations et caractérisations, nous les avons greffés à la surface de silices submicroniques. La principale méthode de greffage employé est le « grafting onto » qui permet de modifier la surface des particules inorganiques avec des macromolécules (oligomères ou polymères) et le troisième chapitre présente trois méthodes de greffage : 1) L'addition radicalaire de RFI ou RFC2H4SH sur une double liaison (vinylique ou allylique) ; 2) La condensation d'un oligomère à base d'HFPO fonctionnalisé ester méthylique sur une silice possédant des fonctions amine ; 3) La méthode la plus communément, utilisée l'hydrolyse-condensation, à partir d'oligo(HFPO) fonctionnalisés alkoxysilane. Les méthodes d'analyses employées afin de caractériser ces nanohybrides fluorés sont les spectroscopies RMN 1H et 29Si à l'état solide, IR, les analyses élémentaires et thermogravimétriques. Nous avons utilisé ces différentes stratégie de modifications de surface afin d'obtenir une large gamme de silices modifiées avec des groupements fluorés tout en tenant compte de la miscibilité des chaînes fluorées entre elles (Chapitre 1).
This thesis is part of a project of the National Research Agency (ANR) which involved two companies and two university laboratories. The objective of this project is to improve the mechanical properties (abrasion resistance) and thermal (degradation temperature) nonstick fluorinated coatings by incorporating silica nanoparticles. However, silica is a hydrophilic filler which is hardly dispersed in a fluoridated matrix. Therefore, we planned to modify its surface with fluorinated reagents, and the nature of various precursors has an influence on improving the nanoparticles dispersion. Thus, we, as a first chapter, studied the miscibility and compatibility of the fluoropolymers. Fluoropolymers are known for their very attractive properties like chemical inertness, hydrophobicity and thermal. But these very good properties of fluoropolymers sometimes cause difficulties application, we chose to work with two fluorinated copolymers, poly (TFE-co-HFP), a copolymer based on tetrafluoroethylene (TFE,-CF2-CF2-) and hexafluoropropylene (HFP,-CF(CF3)-CF2-) neighbor of PTFE used for coatings, and poly (VDF-co-HFP), a copolymer composed of vinylidene fluoride (VDF, -CH2-CF2) and hexafluoropropylene. They have good properties and are easy to use in blend due to their low melting temperatures (140 and 275° C for poly (VDF-co-HFP) and poly (TFE-co-HFP), respectively). Blends have been realized and characterized between two semi-crystalline copolymers but also with a fluorinated polyether composed of several units of hexafluoropropylene oxide (HFPO,-CF(CF3)CF2O-) which is completely amorphous. The results obtained from these blends indicated that the three types of precursors can be used for fluorinated surface modifications and in function of the fluoropolymer : compounds are based on TFE (-CF2-CF2-), VDF (-CH2-CF2-) and HFPO (-CF(CF3)CF2O-). Thus, in the second chapter, the synthesis of these fluorinated precursors containing VDF and HFPO units are shown for this, two polymerization methods were carried out : 1) The iodine transfer polymerization (ITP) of VDF ; 2) The anionic polymerization by ring opening of HFPO. These products were characterized by 19F and 1H NMR spectroscopy, FTIR, GPC, XRD, TGA and DSC. Oligomers of the TFE (CnF2n+1-I or CnF2n+1-C2H4-SH with n = 4 or 6) have not been prepared because of the risks incurred during the handling of TFE (explosive gas). After their synthesis, functionalization and characterization, we have grafted them on the surface of silica nanoparticles. The main method used is the "grafting onto" which allows to modify the surface of inorganic particles with macromolecules (oligomers or polymers) and the third chapter presents three methods of grafting : 1) The radical addition of RFI and/or RFC2H4SH on a double bond (vinyl or allyl) ; 2) The condensation of an oligomer based HFPO functionalized methyl ester on a silica with amine functions ; 3) The most commonly used hydrolysis-condensation, using oligo (HFPO) functionalized alkoxysilane. The analysis methods used to characterize these fluorinated nanohybrids are the 1H and 29Si solid state NMR, FTIR, elemental and thermogravimetric analysis. We used these different surface modification to obtain a wide range of modified silica with fluorinated groups. After their characterization, these fluorinated silica are introduced by blend into two fluorinated matrices poly (VDF-co-HFP) and poly (TFE-co-HFP). The fourth is dedicated to the study of nanocomposite poly (VDF-co-HFP) / silica. Initially, a state of the art is presented as this type of composite has been widely discussed in the literature contrary to nanocomposites poly (VDF-co-HFP) or poly (TFE-co-HFP) with fluorinated nanoparticles.
Aucun traitement de la maladie d’Alzheimer (MA) n’existe, justifiant le développement de stratégies thérapeutiques. La toxicité des oligomères solubles du peptide amyloïde β (Aβ) est centrale dans ...les pertes synaptiques et cellulaires précoces dans la maladie. Dans le cadre de cette hypothèse, nous proposons qu’empêcher ces effets puisse prévenir le déclin cognitif dans la MA. Les facteurs neurotrophiques sont de bons candidats pour prévenir la mort cellulaire mais nécessitent une application ciblée et continue. Nous avons utilisé la technologie d’encapsulation cellulaire pour produire des bioréacteurs implantables contenant des cellules C2C12 sécrétant le facteur neurotrophique ciliaire (CNTF). Notre objectif était d’établir la preuve du concept que la production à long terme de CNTF in situ dans le cerveau puisse prévenir les déficits cognitifs liés à l’Aβ.Nos études prouvent que le CNTF produit par les bioréacteurs prévient la cytotoxicité et l’apoptose induites par le peptide Aβ in vitro. La neuroprotection dépend de l’activation de la PI3-Kinase et du facteur STAT3. In vivo, l’implantation des bioréacteurs dans le cerveau prévient les troubles cognitifs induits par l’injection icv d’Aβ ou retarde leur apparition chez la souris Tg2576. Dans nos deux modèles précliniques de la MA, la protection comportementale est associée au maintien des protéines synaptiques dans l’hippocampe. Aussi, la production in situ de CNTF est une approche thérapeutique préventive efficace contre la toxicité et les déficits cognitifs liés à l’Aβ. Ces résultats suggèrent également que l’implantation de cellules encapsulées est un bon procédé pour délivrer des molécules thérapeutiques au cerveau
No cure against Alzheimer’s Disease (AD) exists yet, justifying the development of therapeutic strategies. Toxicity of soluble amyloid β peptide is a key-player in early synaptic and cellular loss in AD. According to this hypothesis, we propose that preventing Aβ peptide effects could prevent cogninitive decline in AD. Neurotrophic factors are good candidates to prevent cell death but require a targeted and continuous delivery. We used the cell encapsulation technology to produce graftable bioreactors that contain C2C12 cells secreting the Ciliary Neurotrophic factor (CNTF). Our goal was to realize the proof-of-concept that CNTF long term in situ delivery could prevent Aβ-induced cognitive decline.Our studies prove that bioreactor-produced CNTF prevents Aβ-induced cytotoxicity and apoptosis in vitro. Neuroprotection relies on PI3K and STAT3 activation. In vivo, bioreactor implantation in brain prevents cognitive impairment induced by Aβ icv injection or delays their appearance in Tg2576 mice. In both of our preclinical model of AD, behavioral protection was associated with synapse maintenance in hippocampus.Therefore, in situ long term CNTF delivery is an efficient preventive therapeutic strategy against toxicity and Aβ-linked cognitive disturbances. These results also suggest that encapsulated cells graft is a good way to deliver therapeutic molecules to the brain
La maladie d'Alzheimer est la maladie neurodégénérative la plus fréquente dont la prévalence augmente avec l'âge. Elle résulte d'un excès de peptide β-amyloïde (Aβ) capable de s'agréger, de s'insérer ...dans la membrane plasmique des cellules et de s'organiser en pores perméables au calcium. Cette insertion est modulée par la composition lipidique de la membrane dont le cholestérol. Alors que plusieurs études indiquent que le cholestérol interagit avec le peptide Aβ et module sa toxicité, les mécanismes moléculaires sous-jacents demeurent mal compris.A l'aide d'approches expérimentales multiples nous avons évalué le rôle du cholestérol dans l'insertion du peptide Aβ à la membrane ainsi que dans le processus d'oligomérisation responsable de la formation de pore. Notre étude identifie le domaine 22-35 du peptide Aβ comme domaine d'interaction avec le cholestérol au sein duquel deux acides aminés sont essentiels : la Val24 et la Lys28. Ce petit fragment s'organise en pore dans la membrane plasmique et déclenche une entrée massive de calcium dans les cellules. Cet effet n'est plus observé lorsque les cellules ont moins de cholestérol dans leur membrane ou en présence de zinc, un inhibiteur des pores amyloïdes. Le cholestérol maintient le peptide de façon oblique et en hélice α. Cette orientation favorise l'établissement d'une liaison hydrogène entre l'Asp27 d'un peptide et la Lys28 d'un peptide voisin, qui stabilise le pore. Enfin, notre étude montre que le bexarotène, un composé anti-Alzheimer dont le mécanisme d'action est controversé, prévient l'insertion du peptide dans des membranes et empêche la formation de pores dans la membrane plasmique des cellules nerveuses.
Alzheimer's disease is the most common neurodegenerative disease whose prevalence increases with age. It is the result of excess β-amyloid peptide (Aß), which self-organizes. This peptide is able to insert into the plasma membrane of cells where their organization in calcium permeable pores triggers the early stages of toxicity. This insertion is directly modulated by the lipid composition of the membrane especially cholesterol. Whereas several studies indicate that cholesterol interacts with and modulates Aß toxicity, the underlying molecular mechanisms remain poorly understood.Using computational, physico-chemical and cellular approaches, we evaluated the role of cholesterol in the insertion of the Aß peptide in the membrane and in the oligomerization process responsible for pore formation. Our study identifies the 22-35 fragment of Aβ as a functional cholesterol-binding domain in which two amino acids are essential: Val24 and Lys28. When incubated with SH-SY5Y cells, the minimal Aβ22-35 peptide caused an increase of Ca2+ entry. This effect was no longer observed in cholesterol-depleted cells and was inhibited by zinc, a classical blocker of amyloid channels. Cholesterol specifically induced a tilted alpha-helical topology of Aβ22-35 which appeared to facilitate the oligomerization process through the establishment of a hydrogen bond network involving Asn27 and Lys28. Finally, our study showed that bexarotene, an anti-Alzheimer compound whose mechanism of action is still under debate, competitively inhibited Aβ insertion into cholesterol-containing membranes and prevented calcium-permeable amyloid pore formation in the plasma membrane of neural cells.
La maladie d'Alzheimer (MA) est une démence neurodégénérative caractérisée par des pertes de la mémoire et des troubles cognitifs. La toxicité des oligomères solubles du peptide bêta-amyloïde ...(AbêtaOs) est centrale dans la phase précoce de la maladie. L'absence de traitements curatifs, l'aspect chronique des mécanismes pathogéniques et le partage de facteurs de risque communs avec les pathologies cardiovasculaires, notamment les paramètres alimentaires et le métabolisme lipidique, doivent inciter à considérer l'intérêt de méthodes préventives permettant d'empêcher l'apparition de la maladie. Dès lors, l'approche nutritionnelle apparaît comme une stratégie capable de limiter sa prévalence. Une souris modèle des stades précoces de MA nous a permit d'évaluer le potentiel préventif d'une alimentation enrichie en acide docosahexaénoïque (DHA, C22:6, n-3). Les résultats obtenus montrent qu'un apport alimentaire suffisant en DHA conduit à en enrichir les membranes dans les différentes structures cérébrales. En conséquence, les fonctions synaptiques sont préservées, même après exposition aigüe aux AbêtaOs, ce qui maintient les capacités cognitives des souris exposées. Nous avons ensuite développé des stratégies nutritionnelles permettant d'évaluer les effets bénéfiques de DHA contre la dyslipidémie induite par l'alimentation et les déficits cognitifs associés au vieillissement normal ou pathologique. Les résultats obtenus à l'issue de notre étude révèlent qu'un apport alimentaire en DHA est capable de prévenir la dyslipidémie provoquée par un régime riche en lipides et de retarder le déclin cognitif lié au vieillissement cérébral normal ou pathologique
Alzheimer's disease is a neurodegenerative aging-related dementia that is characterized by loss of memory and cognitive disorders. Toxicity of soluble oligomers of beta-amyloid peptide (sOAbeta) is a key element in early stages of the disease. Absence of curative therapies, chronic aspects of the pathogenic mechanisms implicated and influence of common risk factors shared with the cardiovascular diseases, including dietary parameters and lipid metabolism, should widely encourage considering the interest of preventive interventions allowing slowing the progression and delaying the clinical onset of Alzheimer's-related troubles. Therefore, nutritional approaches could appear as a strategy able to reduce the prevalence of this disease. Early Alzheimer's mouse model allowed us to assess the preventive potential of diets supplemented in docosahexaenoic acid (DHA, C22:6 n-3). Our results show that adequate dietary intake of DHA lead to increased levels in different brain structures. Consequently, hippocampal and cortical synaptic functions were preserved, even upon acute exposure to Abeta oligomers, maintaining or improving the cognitive capacities of Abeta-exposed mice. These improvements were positively correlated with DHA-enrichment associated in hippocampus and with preserved synaptic integrity. We also designed nutritional strategies in order to evaluate the beneficial effects of DHA on diet-induced dyslipidemia as well as on cognitive impairment and neurodegenerative processes associated with normal or pathologic aging. Our results show that dietary DHA can prevent high-fat diet-induced dyslipidemia and delay cognitive decline related with normal or pathological aging
Les oligomères solubles de peptide Bêta-amyloïde (A-bêta) apparaissent comme les acteurs majeurs de la perte synaptique précoce observée au cours de la maladie d'Alzheimer. Notre équipe a ...précédemment montré que ces oligomères de peptide A-bêta activent la phospholipase A2 cytosolique (cPLA2), qui entraîne la libération d'acide arachidonique à partir des phospholipides membranaires. En utilisant un modèle d'injection intra cérébro ventriculaire unique d'une faible quantité de peptide A-bêta, nous avons pu observer que l'inactivation constitutive du gène de la cPLA2 protége les souris KO contre les perturbations mnésiques et empêche la réduction de l'expression de protéines synaptiques au sein de l'hippocampe, ces deux effets délétères étant constatés chez les animaux wild-type. Par la suite, nous avons montré que l'activation des sphingomyélinases, consécutive à l'exposition aux oligomères A-bêta, est indétectable dans des neurones en culture issus de souris KO. Dans ces mêmes neurones KO, nous avons constaté que la phosphorylation de Akt/PKB n'est pas altérée suite à l'exposition des cellules aux oligomères A-bêta. Enfin, nous avons pu mettre en évidence une diminution de l'expression de la protéine précurseur du peptide A-bêta (protéine APP), tant au niveau d'homogénats hippocampiques que de neurones en cultures, issus de souris KO. Néanmoins, des travaux supplémentaires sont requis pour établir le lien exact entre cette réduction de l'expression d'APP et la résistance aux oligomères A-bêta, tant in vitro qu'in vivo. Toutefois, ces résultats soulignent l'implication de la cPLA2 dans la neuro dégénérescence entrainée par les oligomères A-bêta, et font apparaitre cette enzyme comme une cible thérapeutique potentielle pour le traitement de la maladie d'Alzheimer
Soluble beta-amyloid (A-beta) oligomers putatively play a critical role in the early synapse loss and cognitive impairment observed in Alzheimer's disease. We previously demonstrated that A-beta oligomers activate cytosolic phospholipase A2 (cPLA2) which specifically releases arachidonic acid from membrane phospholipids. By using a single A-beta oligomers intra cerebro ventricular injection, we observed that cPLA2 gene suppression prevents both the alterations of cognitive abilities and the reduction of hippocampal synaptic markers levels which are observed in wild type mice. We further demonstrated that the A-beta oligomers-induced sphingomyelinase activation is suppressed and that the phosphorylation of Akt/PKB is preserved in neuronal cells isolated from KO mice. Interestingly, expression of the A-beta precursor protein (APP) is reduced in hippocampus homogenates and neuronal cells from KO mice, but the relationship with the resistance of these mice to the A-beta oligomers toxicity requires further investigation. These results therefore show that cPLA2 plays a key role in the A-beta oligomers-associated neurodegenerative effects, and as such represents a potential therapeutic target for the treatment of Alzheimer's disease
Ce travail de thèse a porté sur le développement de revêtements organiques/inorganiques photopolymérisables superhydrophobes à partir de procédés d’élaboration simples associés à des produits ...commerciaux largement diffusés. Pour cela, des revêtements à matrice polyuréthane acrylate (PUA), intrinsèquement hydrophiles, incluant différents composés à base de silicium ont été élaborés par enduction ou pulvérisation. L’objectif a été d’apporter en surface des revêtements une structuration multi-échelle et une chimie à caractère hydrophobe nécessaires pour atteindre la superhydrophobie, c’est-à-dire un angle de contact avec l’eau supérieur à 150° et une hystérésis de mouillage inférieure à 10°. L’introduction de molécules de polysilsesquioxane polyédrique (POSS), présentant un ligand acrylate et sept ligands isobutyle, a apporté une nanostructuration et un comportement hydrophobe aux revêtements PUA à des concentrations très faibles (≤ 1% en masse.). Cependant, la rugosité apportée se révèle trop faible et cette stratégie ne peut aboutir à la superhydrophobie des revêtements. L’introduction de particules de silice pyrogénée, modifiées en surface par des chaînes polydiméthylsiloxane, a permis d’établir une structuration multi-échelle et une chimie à caractère hydrophobe à la surface des revêtements PUA, leur conférant ainsi la superhydrophobie. De plus, le procédé d’élaboration a joué un rôle majeur sur les modifications physico-chimiques de surface des revêtements : la superhydrophobie est obtenue à une concentration relativement élevée de 30 et 60% en masse de silice pyrogénée respectivement par pulvérisation et enduction. Afin de diminuer ces concentrations, la combinaison des deux stratégies précédentes, c’est-à-dire l’introduction simultanée de POSS et de silice pyrogénée, a été considérée. Ceci a permis d’exacerber le caractère hydrophobe des revêtements tout en préservant la rugosité établie par la silice pyrogénée. Cette approche a conduit à la diminution de la concentration de silice nécessaire pour obtenir la superhydrophobie dans le cas des revêtements élaborés par pulvérisation.
This work deals with the development of organic/inorganic superhydrophobic UV-curable coatings manufactured through simple processes and from commercially available products. To achieve this goal, a hydrophilic polyurethane acrylate matrix (PUA) was used, in which several silicon-based compounds were introduced. The coatings were deposited using either bar- or spray-coating. The main objective was to structure the surface thanks to a multiscale roughness, while bringing a hydrophobic character, two properties needed to obtain a superhydrophobic coating (defined by a water contact angle superior to 150° and a water contact angle hysteresis inferior to 10°). The introduction of polyhedral oligomeric silsesquioxane molecules (POSS), presenting one acrylate and seven isobutyl ligands, brought a nanostructuration and a hydrophobic behavior to PUA coatings, even at low concentrations (≤ 1%wt.). However, the roughness obtained was not sufficient to bring the superhydrophobicity to the coatings.The introduction of fumed silica particles, functionalized by PDMS chains, established multiscale roughness and hydrophobic behavior at the surface, leading to superhydrophobic coatings. Moreover, the process had a high influence on physico-chemical modifications at the coatings’surface: superhydrophobicity is obtained for a relatively high concentration of fumed silica, 30%wt. and 60%wt. respectively for spray and bar-coating. In order to decrease these concentrations, we tried the combination of the two previous strategies: introduction of POSS molecules and fumed silica particles. This path raised the hydrophobic behavior of the coatings while keeping intact the roughness brought by fumed silica particles. This approach allowed to decrease the silica concentration needed to obtain superhydrophobicity for spray-coated coatings.
Cette thèse décrit le développement d’une gamme d’inhibiteurs de la protéase du VIH-1 et d’un oligomère bio-mimétique comportant en leur sein une ou plusieurs interactions réversibles entre une amine ...tertiaire et un carbonyle, appelée interaction NCO. Cette interaction est favorisée en milieu fortement protique polaire comme les milieux aqueux.Ces travaux ont permis de mettre au point une synthèse modulaire qui a donné lieu à l’obtention de 7 nouveaux candidats à l’inhibition de la protéase du VIH-1. Les modifications de synthèse ont notamment permis de travailler à de plus grandes échelles et d’apporter une grande versatilité à cette synthèse. Les candidats obtenus ont alors été testés in vitro et in cellulo avec une nouvelle méthode en collaboration avec Lorena Martinez et Pierre Falson, de l’Institut de Biologie et Chimie des Protéines (IBCP). Dans un deuxième temps, nous avons élaboré une nouvelle stratégie de synthèse d’un oligomère bio-mimétique. Plusieurs monomères et voies de synthèse ont été explorés et un tétramère a pu être isolé. Malheureusement, certains obstacles, notamment issus de la purification, ont limités les quantités obtenues ce qui n’a pas permis de pousser l’étude comportementale de ces oligomères. Les travaux présentés ici sont ceux de l’optimisation de la synthèse et des perspectives concernant ce sujet. Enfin ce manuscrit détaille le développement d’un nouveau procédé de synthèse permettant l’obtention de dérivés du 1,4,7-triazacyclononane présentant un motif de N-substitutions 2Ra/Rb, travail ayant abouti au dépôt d’un brevet.
This thesis relates the research performed on the design and synthesis of a new type of HIV-1 protease inhibitors and a new archetype of a bio-mimetic foldamer based on an unusual interaction, the NCO interaction. This interaction occurs between a tertiary amine and a carbonyl group in highly polar and protic media, such as aqueous media. The first half of my work focused on the development of a modular synthesis towards candidates for the inhibition of HIV-1 protease. This research enabled us to work on large scale and to be able to modify at will most of the candidates’ functions. Seven new inhibitors were isolated and tested in vitro and in cellulo with an original method, in collaboration with Lorena Martinez and Pierre Falson, from the Institute of Biology and Chemistry of Proteins (IBCP). The second half of my work was dedicated to the design of a new backbone for a bio-mimetic oligomer. A few strategies were explored and a monomer was chosen to be oligomerized. The coupling enabled the isolation of a tetramer. Unfortunately, serious purification issues limited the quantity of the previous tetramer and no foldamer study could be performed. The work presented here are the synthesis’ optimization and the perspectives to overcome the purification issues. In addition, a new process for the synthesis 1,4,7-triazacyclononanes displaying a 2Ra/Rb N-substitution pattern was developed from diethylenetriamine in only four steps. This work was patented during this PhD.
L’acide γ-aminobutyrique ou GABA est le principal neurotransmetteur inhibiteur présent dans le système nerveux central (CNS). Afin d’obtenir un nouveau dérivé cyclobutanique du GABA, le ...cis-3,4CB-GABA, sous forme énantiomériquement pure, deux stratégies de synthèses efficaces et reproductibles ont été mises au point. Ces deux voies de synthèse impliquent toutes les deux une étape-clé de photocycloaddition 2+2 qui permet de créer le cycle à 4 chaînons. La première consiste en une homologation de l’acide cis-2-aminocyclobutanique (cis-ACBC), et la deuxième est une synthèse multi-étape qui utilise le caprolactame comme composé de départ.D’autre part, grâce à une synthèse stéréosélective du (1R,2S)-cis-2,3CB-GABA, quelques oligomères C- et N-protégés – di, tri, et tétra-peptides – de cet aminoacide ont été préparés. Ceux-ci ont été caractérisés par les techniques de RMN 1D et 2D, IR, RX. Les analyses ont montré qu’il n’existe pas d’interactions non-covalentes (liaisons hydrogène) inter-résidu au sein de ces structures moléculaires. En revanche, la propriété de gélification de ces oligomères dans différents solvants organiques a été mise en évidence. Des solutions et des gels formés à partir de ces peptides ont été analysés par microscope électronique à balayage et des clichés ont été obtenus montrant une organisation du dipeptide et du tetrapeptide en fibrilles. Le tripeptide lui n’a présenté aucun assemblage intermoléculaire régulier.
The γ-aminobutyric acid (GABA) is the major inhibitory neurotransmitter in the central nervous system (CNS). In order to obtain new enantiomerically pure cyclobutanic derivative of GABA, the cis-3,4CB-GABA, two efficient synthetic strategies have been established. Both synthetic routes employed a photocycloaddition 2 +2 protocol, which provided the cyclobutanic ring. The first route involved the homolgation of the cis-2-aminocyclobutanecarboxylic acid (cis-ACBC), whereas the second route is a multi-step synthesis using caprolactam as starting material.On the other hand, the (1R,2S)-cis-GABA-2,3CB was synthetized, and a series of N- and C-protected oligomers of di, tri, and tetrapeptides of this amino acid were prepared. These oligomers were characterized by NMR (1D and 2D) techniques, IR, and X-ray. The analyses have shown that there are no non-covalent interactions (hydrogen bonds) between the residues of each oligomers. However, the gelation property of these oligomers in various organic solvents was demonstrated. Solutions and gels formed from these peptides were analyzed by scanning electron microscopy, and the obtained images showed a fibrous organization of the di- and tetrapeptide, while the tripeptide showed no regular intermolecular assembly.
