Synthèse d'oligosaccharides pour applications biologiques : aminoéthyle glycoside de sialyl Lewis X et glycosyl-carbasucres

par Dan Lu

Thèse de doctorat en Chimie organique

Sous la direction de Yongmin Zhang.

Soutenue le 25-11-2014

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Chimie moléculaire de Paris Centre (Paris) .

Le jury était composé de David Bonnaffe, Jean-Bernard Behr, Matthieu Sollogoub, Antony Fairbanks, Philippe Karoyan.


  • Résumé

    Les glucides, les biomolécules les plus abondants dans la nature, sont essentiels pour le maintien et la survie des organismes. Certaines molécules à base de glucides à la fois d'origine synthétique et naturelle sont connues pour leurs activités pharmacologiques et utilisés pour traiter différentes maladies. Deux projets ont été réalisés sur la base d'oligosaccharides biologiquement actifs dans cette thèse. Sialyl Lewis X (sLex), un tétrasaccharide exprimé sur la surface cellulaire d'un tissu embryonnaire et un tissu tumoral, a été découvert pour jouer un rôle important dans l'adhésion entre les cellules tumorales et les cellules endothéliales dans les métastases tumorales à travers la liaison de E-sélectine avec une forte affinité et sélectivité. E-sélectine est un membre de famille des sélectines des molécules d'adhésion cellulaire, exprimée sur l'endothélium tumoral qui est activé par la cytokine. En conséquence, un type de sonde moléculaire basé sur sLex a été conçu et synthétisé dans le but de diagnostiquer le cancer. Aminoéthyle glycoside de sLex 36 a été efficacement préparé à partir de quatre synthons monosaccharidiques par sept étapes d’une manière hautement stéréosélective et régiosélective avec un rendement total de 18%. La sonde moléculaire conjuguant 36 avec une protéine marqué a été montré capable de visualiser une tumeur implantée chez la souris par imagerie in vivo, alors que le contrôle négatif a donné seulement un profil de circulation vasculaire. Ce travail est actuellement dans le processus d'un dépot de brevet. D'autre part, le mécanisme de traitement des N-glycanes par l'endo-α-mannosidase et les inhibiteurs de cette enzyme ont été étudiés. Décorations de N-glycane existent sur la plupart des protéines eucaryotes et leurs compositions aberrantes sont associés à diverses maladies, y compris les infections virales et le cancer. Endo-α-mannosidase hydrolyse la liaison α-1,2-mannosidique entre le mannose en glucose-substitué et le reste de la N-glycane dans l'appareil de Golgi, en fournissant une voie indépendante de glucosidase I et II pour la maturation de N-glycane. Le but de présente étude est de confirmer le mécanisme catalytique nouvellement proposé pour endo-α-mannosidase: la participation du groupe voisin via un 1,2-anhydro intermédiaire de sucre. Etant donné que cet intermédiaire est instable, le glycosyl-1,2-β-anhydro carbasucre 53 a été conçu et synthétisé pour soutenir l'existence de cet intermédiaire pour l'hydrolyse catalysée par glycosidase. De plus, le glycosyl-1,2-β-aziridine carbasucre 64 et le glycosyl-1,2-oléfinique carbasucre 63 ont été conçus et synthétisés comme nouveaux inhibiteurs d’endo-α-mannosidase pour le développement d'agents thérapeutiques. En outre, le glycosyl-1,2-α-anhydro carbasucre 52 et le glycosyl-1,2-α-aziridine carbasucre 65 ont également été synthétisés comme références. Tous les composés cibles ont été préparés de manière efficace à partir du même glycosyl-carbasucre qui a été obtenu de D-(+)-maltose par plusieurs étapes de protections, de modifications, du réarrangement de Claisen. L'évaluation biologique est en cours.

  • Titre traduit

    Synthesis of oligosaccharides for biological applications : aminoethyl glycoside of sialyl Lewis X and glycosyl-carbasugars


  • Résumé

    As the most abundant biomolecules found in nature, carbohydrates are essential for sustaining and survival of organisms. Some carbohydrate-based molecules both of synthetic and natural origin are known for their pharmacological activities and used to treat different diseases. Two projects were carried out based on biologically active oligosaccharides in this thesis. Sialyl Lewis X (SLex), which is a tetrasaccharide expressed on cell surface of embryonic tissue and tumor tissue, was discovered to play an important role in the adhesion between tumor cells and blood endothelial cells in tumor metastases through binding E-selectin with high affinity and selectivity. E-selectin is a member of the selectin family of cell adhesion molecules, expressed on cytokine activated tumoral endothelium. Accordingly, a kind of molecular probe based on sLex was designed and synthesized for the purpose of diagnosing cancer. Aminoethyl glycoside of sLex 36 was efficiently prepared from four monosaccharide building blocks through seven steps with high stereoselectivity and regioselectivity in 18% total yield. The molecular probe conjugating 36 with a labelled scaffold protein was shown to visualize an implanted tumor in the mouse by in vivo imaging, whereas the negative control gave only a vascular circulation profile. This work is currently in the process of a patent application. On the other hand, N-linked glycans processing mechanism by endo-α-mannosidase and this enzyme’s inhibitors were studied. N-glycan decorations exist on the majority of eukaryotic proteins and their aberrant compositions are associated with various diseases, including viral infection and cancer. Endo-α-mannosidase hydrolyzes the α-1,2-mannosidic bond between the glucose-substituted mannose and the rest of the N-glycan in Golgi apparatus, providing a glucosidase I and II independent pathway for the maturation of N-glycan. The aim of the present study is to confim the newly proposed catalytic mechanism for endo-α-mannosidase: neighboring group participation via a 1,2-anhydro sugar intermediate. Since this intermediate is unstable, glycosyl-1,2-β-anhydro carbasugar 53 was designed and synthesized to support the existence of this intermediate for glycosidase-catalyzed hydrolysis. Moreover, glycosyl-1,2-β-aziridine carbasugar 64 and glycosyl-1,2-olefinic carbasugar 63 were designed and synthesized as novel endo-α-mannosidase inhibitors for the development of therapeutic agents. In addition, glycosyl-1,2-α-anhydro carbasugar 52 and glycosyl-1,2-α-aziridine carbasugar 65 were also synthesized as compare. All the target compounds were prepared efficiently from the same glycosyl-carbasugar that was obtained from D-(+)-maltose through several steps of protections, modifications, and Claisen rearrangement. The biological evaluation is underway.

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