The interaction between lipid derivatives of colchicine and tubulin: Consequences of the interaction of the alkaloid with lipid membranes

AbstractColchicine is a potent antimitotic poison which is well known to prevent microtubule assembly by binding tubulin very tightly. Colchicine also possesses anti-inflammatory properties which are not well understood yet. Here we show that colchicine tightly interacts with lipid layers. The physical and biological properties of three different lipid derivatives of colchicine are investigated parallel to those of membrane lipids in the presence of colchicine. Upon insertion in the fatty alkyl chains, colchicine rigidifies the lipid monolayers in a fluid phase and fluidifies rigid monolayers. Similarly X-ray diffraction data show that lecithin–water phases are destabilized by colchicine. In addition, an unexpectedly drastic enhancement of the photoisomerization rate of colchicine into lumicolchicine in the lipid environment is observed and further supports insertion of the alkaloid in membranes. Finally the interaction of colchicine with lipids makes the drug inaccessible to tubulin. The possible in vivo significance of these results is discussed

Design of Functionalized Lipids and Evidence for Their Binding to Photosystem II Core Complex by Oxygen Evolution Measurements, Atomic Force Microscopy, and Scanning Near-Field Optical Microscopy

AbstractPhotosystem II core complex (PSII CC) absorbs light energy and triggers a series of electron transfer reactions by oxidizing water while producing molecular oxygen. Synthetic lipids with different alkyl chains and spacer lengths bearing functionalized headgroups were specifically designed to bind the QB site and to anchor this large photosynthetic complex (240 kDa) in order to attempt two-dimensional crystallization. Among the series of different compounds that have been tested, oxygen evolution measurements have shown that dichlorophenyl urea (DCPU) binds very efficiently to the QB site of PSII CC, and therefore, that moiety has been linked covalently to the headgroup of synthetic lipids. The analysis of the monolayer behavior of these DCPU-lipids has allowed us to select ones bearing long spacers for the anchoring of PSII CC. Oxygen evolution measurements demonstrated that these long-spacer DCPU-lipids specifically bind to PSII CC and inhibit electron transfer. With the use of atomic force microscopy (AFM) and scanning near-field optical microscopy (SNOM), it was possible to visualize domains of PSII CC bound to DCPU-lipid monolayers. SNOM imaging has enabled us to confirm that domains observed by AFM were composed of PSII CC. Indeed, the SNOM topography images presented similar domains as those observed by AFM, but in addition, it allowed us to determine that these domains are fluorescent. Electron microscopy of these domains, however, has shown that the bound PSII CC was not crystalline

Broadband optical limiting optimisation by combination of carbon nanotubes and two-photon absorbing chromophores in liquids

International audienceWe report here on the optical limiting studies performed with nanosecond laser pulses on several families of multiphoton absorbers in chloroform, with carbon nanotubes suspended in solutions. Performances of these samples are compared with those of simple multiphoton absorber solutions and carbon nanotube suspensions, and the differences observed are interpreted in terms of cumulative NLO effects and adverse aggregation phenomenon

Nouvelles méthodologies de synthèse de composés fluorés chiraux (Applications pour le recyclage de catalyseurs)

Ce travail s'inscrit dans le cadre de la recherche de nouvelles méthodes de synthèse stéréosélective de composés fluorés optiquement actifs pouvant trouver diverses applications, notamment en catalyse. Dans un premier temps, nous avons exploré une méthodologie qui repose sur l'addition stéréosélective du sel lithié de la 4-phényloxazolidin-2-one sur des nitroalcènes fluorés. Les adduits obtenus peuvent être transformés en 1,2-éthylène diamines fluorées et certains d'entre eux ont également été convertis en précurseurs de diamines disubstituées et d'acides a-aminés fluorés optiquement actifs. Nous avons ensuite développé une application de cette méthode à l'obtention de divers adduits azotés, oxygénés, soufrés, fluorés et phosphorés. Dans un deuxième temps, nous avons abordé une méthode de perfluoroalkylation nucléophile stéréosélective de molécules organiques prochirales et nous avons exploré ses limites. Pour cela nous avons étudié la réactivité de divers dérivés du fluoral (hémicétals, acétals, N,O-acétals, oxazolidines, imidazolidines et orthoamides tricycliques) vis-à-vis du transfert stéréosélectif de l'anion -CF3. Enfin, nous avons étudié les applications de composés fluorés en catalyse pour l'activation et le recyclage de catalyseurs. Nous avons ainsi exploré le potentiel des 1,2-éthylène diamines fluorées optiquement actives pour la préparation de catalyseurs d'oxydation stéréosélectifs et leur mise en œuvre en milieu fluoré (transfert de phase). Nous avons également développé une méthodologie originale de recyclage de catalyseurs d'hydrogénation faisant intervenir une nouvelle classe de solvants : les liquides ioniques fluorés.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF

Développement de nouveaux complexes métalliques pour le marquage spécifique des protéines étiquetées

'étude des interactions protéine-protéine a engendré ces dernières années un intérêt accru pour les méthodes de marquage chimique et biologique des protéines. Les travaux décrits portent sur le développement d'une nouvelle stratégie conduisant à un marquage spécifique et régiosélectif des protéines étiquetées par une séquence peptidique. Le succès de cette méthode reposant sur la formation d'un complexe métallique stable entre l'étiquette peptidique de la protéine et la sonde chimique, nous avons recherché des systèmes étiquette-métal-ligand les plus stables possible.Pour cela, un test de criblage haut-débit, basé sur des mesures de polarisation de fluorescence, a été mis au point. Parmi les divers ligands testés, plusieurs candidats potentiels ont été sélectionnés, notamment un composé phosphoré ainsi que diverses structures bisNTA. La fonctionnalisation des meilleurs candidats par la fluorescéine et par le BODIPY, dont une synthèse économique et originale a été mise au point, a permis l'évaluation quantitative des gains d'affinité engendrés. Parallèlement, l'étude calorimétrique des couples nickel/bisNTA et nickel/polyhistidine a permis de mettre en évidence, pour la première fois, la particularité de leur mode de chélation respectif. L'étude approfondie des polyhistidines nous a, en outre, conduit à considérer l'hexapeptide comme la sonde la plus stable pour notre stratégie.Dans le dernier chapitre, nous avons procédé au verrouillage covalent du complexe ternaire en conditions oxydantes. Les premiers résultats indiquent la formation d'un marquage covalent, spécifique et régiosélectif de l'étiquette de la protéine cible par la sonde peptidique His6-Tyr.Les différents résultats obtenus permettent, d'ores et déjà, d'envisager une multitude d'applications biologiques in vitro. Le criblage d'une librairie de ligands plus large devrait, en outre, permettre d'isoler des complexes ternaires plus stables en vue d'applications in vivo.The study of protein-protein interactions has lead, in the past ten years, to an increasing interest for the development of biological and chemical methods of protein labeling. The research work herein described, focuses on the development of a new strategy for the specific and regioselective labeling of tagged-proteins. Since the efficiency of this method relies on the formation of a very stable ternary metallic complex between the peptidic tag and the metallo-organic probe, we intended to discover new ternary systems tag-metal-ligand of high stability.In this purpose, we first had to set up an innovative high-throughput screening assay based on fluorescence polarisation measurements to evaluate the best partners for this study. Among the diverse ligands tested, two families of compounds turned out to be potential good candidates : phosphonate derivatives and bisNTA types of structures. To evaluate their stability enhancement in a quantitative fashion, the best candidates were functionalized with various fluorophores such as fluorescein and the BODIPY group. In the meanwhile, an original and efficient strategy for the synthesis of Bodipy compounds were developed. Additional calorimetric studies of the nickel/bisNTA and nickel/polyhistidine pairs were performed to light on their particular chelating behaviour. The full understandings of the polyhistidine/nickel interaction lead us to consider the peptide as our most efficient probe.The last chapter proceeds with the development of a covalent locking of the ternary complex under oxidative conditions. The first results are very encouraging and clearly show the formation of a covalent, specific and regioselective labeling of the tag by the His6-Tyr peptidic probe.Given these successful results, we can envision, from now on, several biological in vitro applications. In vivo applications would probably require the screening of a larger library of ligands aiming at identifying more stable ternary complexes.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF

Conception et synthèse de détergents aromatiques pour la séparation sélective des nanotubes de carbone chaise et zig-zag

Les propriétés électroniques des nanotubes de carbone varient métal ou semi-conducteur suivant leur diamètre et leur chiralité. Il a ainsi été montré que les nanotubes "chaise" sont métalliques alors que les nanotubes "zig-zag" ou "chiraux" sont soit métalliques soit semi-conducteurs. La relation entre chiralité et propriété électronique nous a conduit à la conception de détergents aromatiques capables de réaliser une reconnaissance supramoléculaire et la mise en suspension spécifique d'un type de nanotube par rapport à l'autre en solution aqueuse, et pouvoir ainsi enrichir un mélange de nanotubes de différentes hélicités.Nous avons développé deux types de détergents aromatiques, des dérivés du pentacène et de dérivés ryléniques, dans le but d'effectuer l'extraction spécifique de nanotubes "chaise" et "zig-zag" respectivement.Une procédure de séparation de nanotubes chaise et zig-zag a été mise au point. Elle prévoit le traitement de nanotubes mono-feuillet avec une solution aqueuse d'un détergent aromatique conçu pour reconnaître un seul type des tubes. Après sonication et centrifugation, un surnageant, riche en tubes reconnus par le détergent, est séparé du culot, appauvrit de ces tubes, en récupérant ainsi, deux échantillons contenant nanotubes de divers chiralité.Nous avons montré par deux différents techniques, la spectroscopie Raman et la microcalorimétrie, que par fonctionnalisation non-covalente des nanotubes avec l'un ou l'autre de nos détergents aromatiques, un réel enrichissement d'un type de tube par rapport à l'autre est observable. De plus, l'utilisation de ces détergents aromatiques a permis d'obtenir des suspensions très stables de nanotubes dans l'eau et une efficace dispersion de fagots. Des images de microscopie à transmission électronique des échantillons de nanotubes issus de la fonctionnalisation avec nos détergents aromatiques, montrent la présence des tubes isolés et de fagot très fins, 2-4 tubes.The electronic properties of carbon nanotubes vary between metallic and semi-conducting depending on their diameter and chirality. It's well known that armchair nanotubes are metallic whereas zig-zag or chiral nanotubes are either metallic or semi-conducting. The relationship between chirality and electronic properties encouraged us to design aromatic detergents to achieve a supra-molecular recognition.We have designed two types of aromatic detergents, the pentacen derivates and the rylenic derivates, in order to realize a specific recognition of armchair and zig-zag nanotubes respectively.A separation procedure of armchair from zig-zag nanotubes was developed. Our method consists of a treatment of single-walled nanotubes with an aqueous solution of the aromatic detergent designed to recognize only one type of tubes. After sonication and centrifugation the supernatant, which was enriched with nanotubes specifically recognized by the detergent, was separated from the precipitate, which consequently contained less of this kind of tubes.We have show by Raman spectroscopy and microcalorimetry, that the non-covalent functionalization of carbon nanotubes with aromatic detergents by -stacking, allows to a real enrichment of one type of nanotubes. Furthermore, the utilization of these aromatic detergents allows us to obtain very stable suspensions of the nanotubes in water. The Transmission Electron Microscopy (TEM) images of the nanotube samples after treatment with our aromatic detergents show the presence of isolated tubes and of very thin bundles (2-4 tubes).STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF

Voies d'accès aux imidazo[1,2-b]pyridazines par synthèse parallèle

Mon projet de thèse porte sur la découverte de nouvelles voies d accès aux imidazo[1,2-b]pyridazines. Ce travail a été réalisé dans le cadre d une convention de type CIFRE entre les laboratoires Fournier et le CEA. Le but qui m a été fixé limite mon projet à l utilisation de voies de synthèse adaptées à la chimie combinatoire permettant de produire une chimiothèque de quelques centaines de composés. Nous avons étudié trois stratégies de synthèse. La première stratégie se base sur la cyclisation de Tschitschibabin. Cette réaction consiste en la condensation d une aminopyridazine et d un dérivé alpha-halocarbonylé. L optimisation de cette réaction n a pas permis d obtenir des conditions de réaction acceptables pour la préparation de chimiothèques. En parallèle, nous avons mis au point une nouvelle voie de synthèse pour l obtention de notre hétérocycle que nous avons nommé la cyclisation de Tschitschibabin inversée. La première étape de cette voie de synthèse consiste à former un amide à partir d une aminopyridazine et un acide alpha-bromocarboxylique. La deuxième étape est une cyclisation de cet amide pour obtenir le produit cyclisé 2-hydroxyimidazo[1,2-b]pyridazine. La deuxième stratégie de synthèse envisagée a permis la synthèse d un précurseur fonctionnalisable sur lequel nous avons introduit trois points de diversité par des réactions classiques de chimie organique (440 molécules). La dernière stratégie étudiée s inspire de la réaction multicomposants. La réaction met en jeu une amine, un aldéhyde et un isonitrile et permet de générer rapidement un grand nombre de molécules en une seule étape. Les essais d optimisation n ont pas permis d améliorer les résultats obtenus.My PhD project deals with the discovery of new access to imidazo[1,2-b]pyridazines derivatives. This work was conducted in a close collaboration between the Fournier laboratories and the CEA (CIFRE contract). Our project was limited to the use of synthesis that undergo combinatorial chemistry and permit the production of several hundread of molecules. Three strategies were studied. The first one was based on the cyclisation of Tschitschibabin. This reaction lies on a condensation between an aminopyridazine and an alpha-halocarbonyle derivative. All the conditions carried out were not successuful for the production of libraries. In this field, we have imagined a new way to synthesize our heterocycle which we named the inversed Tschitschibabin s cyclisation. The first step is the formation of an amide from an aminopyridazine and an alpha-bromocarboxylic acid. The obtained product is cyclised to the desired 2-hydroxyimidazo[1,2-b]pyridazine structure. The second strategy studied has allowed the synthesis of a pivotal scaffold for which we introduced three points of diversity by well known organic reactions. We have synthesised a 440-member imidazo[1,2-b]pyridazine library. The last strategy is inspired from a multicomponent reaction which involves an amine, an haldehyde and an isocyanide. This reaction allows the production of a large number of moleules in one step using combinatorial techniques. Unfortunatley, all the conditions carried out were not successuful for the production of libraries.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Contribution à la synthèse totale des psammaplysines

STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF

Synthèse de molécules d'intérêts thérapeutique: Rhéine et Méquitazine (Mise au point de procédés de synthèse)

De nouvelles voies de synthèse de composés à visée thérapeutique ont été développées en collaboration avec les Laboratoires Pierre Fabre.Le premier chapitre a porté sur une nouvelle voie de synthèse de la Méquitazine faisant intervenir une réaction de substitution allylique catalysée par du palladium sur substrat original. La dernière étape d hydrogénation asymétrique pourrait conduire à l énantiomère biologiquement actif de la Méquitazine. Deux nouvelles voies de synthèse de la Rhéine basées sur une réaction d ortho-métallation ont été élaborées dans le deuxième chapitre. La première voie a été optimisée de manière industrialisable, et la deuxième voie permet d obtenir la Rhéine en trois étapes grâce à un changement d électrophile. La sélectivité de la dernière étape d acylation de Friedel Crafts en sel fondu a été augmentée grâce à une étude du réarrangement de Hayashi.Dans un troisième chapitre, une nouvelle méthode de conversion des -fluorocyanhydrines en aldéhydes a été élaborée.This Ph-D work in collaboration with Laboratoires Pierre Fabre has lead to the developpment of new synthetic routes to biologically active coumpounds. In chapter 1, we have synthetised Mequitazine by a new route. Key step is a palladium-catalysed allylic substitution on a new allylic substrate. Racemic Mequitazine is obtained by hydrogenation in the last step, but this route could lead to biologically active Mequitazine enantiomer by the mean of an asymmetric hydrogenation catalyst.Two new ways for the synthesis of Rhein has been developped in chapter 2. They are both based on ortho-metallation reaction. The first route has been optimised so that it can be used industrially, while the second one, by changing the electrophile, leads to Rhein in only three steps. Last step s Friedel Crafts acylation selectivity has been improved by detailed study of Hayashi rearrangement in molten salt.In a third chapter, a new method for converting -fluorocyanhydrines into aldehydes has been studied.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF

Résolution cinétique d amines et nouvelles applications de guanidines bicycliques en organocatalyse

Les amines chirales énantiomériquement pures sont d une grande importance en chimie organique. En effet ces amines peuvent être utilisées comme agents de résolution, intermédiaires dans la synthèse de substances biologiquement actives ou comme auxiliaires chiraux. Ainsi, une première partie de ces travaux de thèse repose sur la résolution cinétique d un mélange racémique d amines à l aide d un réactif chiral N-acétylsulfonamide développé au laboratoire. D une part il permet l acétylation énantiosélective d une diamine d intérêt thérapeutique, la trans-2, 5-diméthylpipérazine, avec un excès énantiomérique de 86%. D autre part, l utilisation du réactif chiral acétylsulfonamide conjointement avec des bases aminées achirales conduit à l inversion totale de l énantiosélectivité de la réaction de résolution cinétique d amines. La deuxième partie de la thèse décrit le développement d un nouveau système catalytique pour l acétylation énantiosélective d amines basé sur l utilisation de guanidines bicycliques comme catalyseur. Enfin, la troisième partie met en évidence le pouvoir catalytique de la guanidine bicyclique,5,7-triazabicyclo[4.4.0]dec-5-ène TBD pour l aminolyse d esters et la deutériation de molécules fonctionnalisées à caractère acideAmines bearing an adjacent enantiomerically pure chiral center are highly valuable in organic chemistry due to their extensive use as chiral auxiliaries, resolving agents and intermediates in the synthesis of biologically important molecules. The first part of the thesis deals with the kinetic resolution of a racemic mixture of amines with a chiral reagent Nacetylsulfonamide developed in the laboratory. This reagent affords enantioselective acetylation of a diamine of biological interest, the trans-2,5-diméthylpipérazine, with an enantiomeric excess of 86%. In addition, the use of achiral nitrogen-containing bases, together with the chiral N-acetylsulfonamide, could orchestrate the absolute stereochemical outcome of the kinetic resolution of amines. The second part of the thesis describes the development of a new catalytic system for the enantioselective acetylation of amines using bicyclic guanidines as catalyst. Finally, the third part highlights the catalytic activity of the bicyclic guanidine 1,5,7-triazabicyclo[4.4.0]dec-5-ene TBD for the aminolysis of esters and the deuteration of acidic moleculesSTRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF