Synthesis of novel iminosugars and study of their interactions with glycosidases.

Abstract

Les iminosucres constituent une classe de glycomimétiques particulièrement prometteuse pour le traitement de nombreuses maladies, grâce à leur capacité à inhiber et/ou à stabiliser des glycosidases. Ces enzymes, présentes dans tous les organismes vivants, sont impliquées dans différents processus biologiques et sont des cibles thérapeutiques importantes pour le traitement de diverses maladies. Identifier de nouveaux iminosucres sélectifs vis-à-vis d’un type spécifique de glycosidases représente à l’heure actuelle un réel défi scientifique. Le relever est une nécessité pour la mise sur le marché de nouvelles thérapies contre le diabète, les infections virales, certains cancers et certaines maladies lysosomales. L’objectif de cette thèse a été d’une part de développer des voies de synthèse d’iminosucres bicycliques à squelettes quinolizidine et conidine comportant un substituant hydroxyméthyle en jonction de cycles, et d’autre part d’étudier leurs interactions avec différentes glycosidases.Cinq quinolizidines polyhydroxylées et quatre conidines polyhydroxylées inédites ont été synthétisées, à partir d’une même cétonitrone dérivée du L-sorbose. Les étapes clés de la synthèse des quinolizidines sont une C-allylation diastéréosélective de cette nitrone et une cyclisation par métathèse d’oléfines. En utilisant cette approche, d’autres analogues pourront être synthétisés dans le futur en exploitant diverses possibilités de fonctionnalisation de l’alcène formé par métathèse cyclisante. Les conidines polyhydroxylées ont été synthétisées à partir de b-lactames bicycliques, obtenus soit par une cycloaddition 1,3-dipolaire suivie d’un réarrangement des isoxazolines formées (méthode de DeShong) soit par la réaction de Kinugasa. Les synthèses ici développées comportent peu d’étapes et ont donné accès aux iminosucres cibles avec de bons rendements.Le pouvoir inhibiteur de ces iminosucres a été évalué sur un panel de glycosidases commerciales et sur des glycosidases humaines. La plupart sont des inhibiteurs sélectifs des a-glucosidases. Des études conformationelles par RMN et par calcul DFT, ainsi que des études cristallographiques des complexes iminosucre/a-glucosidase ont permis de comprendre le mode d’interaction de notre nouvelle famille d’iminosucres avec ces enzymes.Iminosugars are a promising class of glycomimetics for the treatment of many diseases due to their ability to inhibit and/or stabilize glycosidases. These enzymes, which are present in all living organisms, are involved in different biological processes and are important therapeutic targets for the treatment of various diseases. Nowadays, identifying new selective iminosugars matching with a specific type of glycosidase represents a real scientific challenge. Tackling this challenge is crucial for the delivery of new therapies against diabetes, viral infections, certain cancers and certain lysosomal diseases. The objective of this thesis was firstly to develop synthetic routes towards quinolizidine and conidine iminosugars bearing a hydroxymethyl substituent at the ring junction, and secondly to study their interactions with different glycosidases.Five polyhydroxylated quinolizidines and four polyhydroxylated conidines were obtained from the same L-sorbose-derived ketonitrone. The key steps in the synthesis of quinolizidines are a diastereoselective C-allylation of this nitrone and a ring-closing olefin metathesis. Applying this approach, other analogues can be synthesized in the future by exploiting various possibilities for functionalization of the alkene formed upon ring-closing metathesis. The polyhydroxylated conidines were synthesized from bicyclic b-lactams, obtained either by a 1,3-dipolar cycloaddition followed by rearrangement of the formed isoxazolines (DeShong method) or by the Kinugasa reaction. The syntheses developed herein involve few steps and give access to the target iminosugars with good yields.The inhibitory potency of these iminosugars was evaluated on a panel of commercial and on human glycosidases. Most are selective inhibitors of a-glucosidases. Conformational studies by NMR and DFT calculations, as well as crystallographic studies of iminosugar/a-glucosidase complexes, clarified the mode of interaction of our new family of iminosugars with these enzymes