Développement de nouveaux composés antibactériens fluorés : application à la synthèse d’inhibiteurs de la thymidylate synthase flavine dépendante (ThyX) de la bactérie Mycobacterium Tuberculosis

Development of new fluorinated antibacterial compounds : application to the inhibition of flavin-dependent thymidylate synthase enzyme (ThyX) from Mycobacterium Tuberculosis bacteria

• Auteur / Autrice : Romain Laporte
• Direction : Thierry Lequeux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2016
• Etablissement(s) : Caen
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale structures, informations, matière et matériaux (Caen ; 1992-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de chimie moléculaire et thio-organique (Caen ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Normandie Université (2015-....)
• Jury : Président / Présidente : Luigi A. Agrofoglio
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Lequeux, Luigi A. Agrofoglio, Suzanne Peyrottes, Thierry Brigaud, Olivier Paulus, Emmanuel Pfund
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Suzanne Peyrottes, Thierry Brigaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fluoroalcènes

Oxétane

Mycobacterium tuberculosis

Alcènes

Biomolécules actives

Fluor

Chimie organique

Mots clés libres

Julia modifiée

Résumé

Récemment, une nouvelle enzyme de la famille des thymidylate synthases a été identifiée (ThyX). Comme toutes les enzymes de cette famille, ThyX catalyse la méthylation de la position 5 du dUMP pour produire le dTMP mais uniquement dans certains organismes procaryotes. Parmi ces microorganismes, on retrouve de nombreux pathogènes pour l’Homme comme Mycobacterium Tuberculosis, la bactérie responsable de la tuberculose. Cette enzyme ThyX est spécifique et ne présente aucune similarité structurelle ou séquentielle avec l’enzyme thymidylate synthase eucaryote (ThyA). Les mécanismes biochimiques de ces deux enzymes sont très différents et l’enzyme ThyX est la seule à faire intervenir une flavine (FAD) en tant que cofacteur pour catalyser cette transformation. L’inhibition sélective de la thymidylate synthase flavine-dépendante ThyX est donc une cible de choix pour le développement de nouveaux antibactériens. Ce travail de thèse a pour but de développer de nouveaux inhibiteurs sélectifs des thymidylates synthases favine-dépendantes. Pour cela, la prépration d’acyclonucléosides fluorés a été envisagée pour contourner les problèmes de stabilité in vivo de la liaison N-glycosidique et du groupement phosphate. Dans la continuité des travaux du laboratoire concernant la synthèse expéditive de fluoroalkylidènes, nous nous sommes intéressés à la préparation du motif cis-fluorobutényle pour l’utiliser en tant que mime de la partie osidique d’un nucléoside. A partir de sulfones hautement fonctionnalisées comportant diverses bases nucléiques préparées par réaction d’addition d’aza-Michael, la réaction de Julia modifiée nous a permis d’obtenir une large variété de fluoroalkylidènes. La réactivité de cétones hétérocycliques à 4 chainons dans la réaction de Julia modifiée a également été étudiée et nous a permis de développer une réaction d’ouverture E-sélective du cycle oxétane sur les oxétanylfluoroalkylidènes obtenus. Grâce à cette nouvelle méthodologie, la réactivité des dérivés bromo-alcool obtenus a été étudiée et la préparation de nouveaux acyclonucléosides a été entreprise.

Recently, a new enzyme from thymidylate synthase class has been identified (ThyX). As all the enzymes of this class, ThyX calatyzes the conversion of dUMP to dTMP through the methylation of the C-5 position but only in prokaryote organisms. Among these microorganisms, there are several dangerous pathogens for humans such as Mycobacterium Tuberculosis, the bacteria responsible for tuberculosis. ThyX is a specific enzyme and has no structural or sequential similiarity with eukaryote thymidylate synthase enzyme (ThyA). Biological pathways of theses enzymes are different and ThyX is the only one to need a flavine (FAD) to co-catalyze this transformation. Selective inhibition of flavine-dependent thymidylate synthase ThyX is logically an attractive target for drug discovery. The main part of this PhD work is dedicated to develop new inhibitors selective to flavine-dependent thymidylate synthase. For this purpose, fluorinated acyclonucleoside synthesis has been considered to get around in vivo stability problem with N-glycosidic bond and phosphate moiety. In the past years, our laboratory has developed a straightforward access to fluoroalkylidenes and we are interested in cis-fluorobutenyle moiety preparation to use this sequence as a mimic of the osidic part in a nucleoside. From highly functionalized sulfones with nucleic bases previously made by aza-Michael addition, modified Julia olefination allowed us to prepare a large variety of fluoroalkylidenes. Four-membered heterocyclic ketones’ reactivity in the modified Julia reaction has also been studied. From resulting oxetanylfluoroalkylidenes, we have developed an E-selective ring-opening reaction of the oxetane ring. Thanks to this new methodology, resulting bromo-alcohol derivatives’ reactivity has also been studied and new acyclonucleoside preparation has been undertaken.