Élaboration et synthèse d'hétérocycles inédits analogues de la coelentérazine, évaluation de leurs propriétés de chimiluminescence et bioluminescence

Design and synthesis of exotic heterocycles derived from coelenterazine, evaluation of their chemiluminescence and bioluminescence properties

• Auteur / Autrice : Glwadys Gagnot
• Direction : Yves Janin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique
• Date : Soutenance le 28/06/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Médicament, toxicologie, chimie, imageries (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Descartes (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie Organique
• Jury : Président / Présidente : Janick Ardisson
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Janick Ardisson, Candice Botuha, Hervé Bouchard, Philippe Belmont, Patricia Busca, Giovanni Poli, Serge Thorimbert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Candice Botuha, Hervé Bouchard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photons

Chimiluminescence

Bioluminescence

Composés hétérocycliques

Mots clés libres

Hétérocycles

Bioluminescence

Chimiluminescence

Luciférine

Buchwald-Hartwig

Heterocycles

Bioluminescence

Chemiluminescence

Luciferin

Buchwald-Hartwig

Résumé

L'usage de systèmes rapporteurs bioluminescents d'origine marine reste limité par une plage de longueur d'onde d'émission relativement réduite (généralement entre 460 et 480 nm) en l'absence d'un recours à une protéine fluorescente. Dans le cadre de nos travaux portant sur l'étude et l'amélioration de systèmes luciférase/luciférine utilisant des dérivés d'imidazo[1,2-a]pyrazin-3(7H)-ones tels que la coelentérazine, nous avons entrepris la synthèse d'analogues dotés d'un système hétérocyclique modifié mais toujours susceptible de produire un photon. Ce travail nous a conduit à élaborer plusieurs voies de synthèses originales, notamment via une succession de deux réactions de Buchwald-Hartwig pour préparer des intermédiaires benzo[f]quinoxaline ou pyrazino[2,3-c]quinoline. Enfin, une autre étape de N-arylation d'alpha-aminoesters par ces hétérocycles halogénés permet de construire la partie imidazolone de tous ces analogues de luciférine. Ceci a été suivi par l'étude de leurs propriétés de bioluminescence au moyen nanoKAZ, mutant de la luciférase d'Oplophorus gracilirostris, ainsi que de leur chimiluminescence. Si aucun de ces composés ne s'avère être substrat de cette luciférase, ces résultats apportent des données expérimentales quant à l'influence des paramètres structuraux qui modulent la longueur d'onde d'émission du photon obtenu par chimiluminescence.

The use of marine bioluminescent reporting systems is still limited by the relative narrow emission bandwidth (mainly in between 460 and 480 nm) which can be achieved without a recourse to a fluorescent protein. In the course of our work on the design and study of improved imidazo[1,2-a]pyrazin-3(7H)-one luciferins related to coelenterazine, we undertook the synthesis of new analogues featuring altered heterocyclic cores which could still produce a photon. This led us to design original synthetic pathways, including a succession of two Buchwald-Hartwig reactions to prepare benzo[f]quinoxalin or pyrazino[2,3-c]quinolin intermediates. As a final step, another N-arylation of alpha-aminoesters by these halogenated heterocycles allowed the construction of the imidazolone ring of these luciferin analogues. This was followed by the study of their bioluminescence properties with nanoKAZ, a mutated luciferase from Oplophorus gracilirostris, and chemiluminescence properties. If none of these analogues are substrate of nanoKAZ, these results are providing experimental data regarding the influence of structural parameters which modulate the wavelength of the emitted photon by chemiluminescence means.