Synthèse et caractérisation de nouveaux dérivés du [2.2]paracyclophane pour la conception de ligands spécifiques et sélectifs de structures tridimensionnelles de l'ARN

Synthesis and functionalisation of new [2.2]paracyclophane derivatives for the design of specific and selective ligands of RNA three-dimensional structures

• Auteur / Autrice : Simon Felder
• Direction : Erica Benedetti, Laurent Micouin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 21/02/2022
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Médicament, toxicologie, chimie, imageries (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie et de Biochimie Pharmacologiques et Toxicologiques
• Jury : Président / Présidente : Arnaud Gautier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Arnaud Gautier, Kevin Cariou, Anton Granzhan, Maria Duca
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Kevin Cariou, Anton Granzhan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interactions ARN-ligand

Méthode SELEX

Fluorescence

Chiralité

ARN

Synthèse (chimie)

Ligands

Mots clés libres

Ligands d'ARN

PCp

Chiralité

Tridimensionnalité

Fluorescence

Selex

RNA binders

PCp

Chirality

Three-Dimensionality

Fluorescence

Selex

Résumé

De par leur implication dans de nombreux processus de régulation cellulaires, les ARN sont désormais considérés comme d'importantes cibles thérapeutiques. La meilleure compréhension de ces biomolécules, de leur fonctionnement et de leurs interactions pourraient mener à de nouvelles applications biomédicales. Dans cet objectif, il apparait donc essentiel de pouvoir cibler les ARN avec de petites molécules afin de pouvoir mieux connaître, identifier et éventuellement moduler leurs actions. Plusieurs classes de molécules sont connues pour leur capacité à se lier aux acides nucléiques avec de bonnes affinités, par exemple, les composés chargés via des interactions électrostatiques ou les molécules aromatiques par des liaisons '. De nombreux ligands ont été synthétisés et décrits comme présentant de bonnes affinités pour différents ARN. Mais les modes d'interaction qu'ils adoptent ne sont généralement pas sources de sélectivité et ne permettent pas de fortement discriminer l'ARN par rapport à l'ADN. Pour pallier à ce déficit de sélectivité, plusieurs équipes ont utilisé des motifs aromatiques non plans afin moduler les modes d'interaction de petites molécules avec l'ARN. La capacité des molécules aromatiques non planes à s'associer sélectivement à des structures secondaires des ARN soulignent l'importance de l'arrangement tridimensionnel de ces interactions. Toutefois, malgré ces efforts, il n'existe pas, à ce jour, de règles clairement établies afin d'élaborer rationnellement des ligands sélectifs et spécifiques de structures tridimensionnelles de l'ARN choisies. Notre équipe s'intéresse à l'exploration de nouveaux espaces chimiques pour la conception et la synthèse de ligands d'ARN. Sur la base des résultats décrits ci-dessus, nous avons envisagé d'utiliser un motif aromatique non plan, le [2.2]paracyclophane (pCp), comme plateforme pour développer de nouveaux ligands de structures tridimensionnelles de l'ARN. Le pCp devrait pouvoir former des liaisons ' avec les bases non appariées des acides nucléiques via ses cycles benzéniques, sans pour autant être un agent intercalant grâce à son architecture stériquement encombrée. Cette molécule particulière possède également des propriétés de fluorescence potentiellement intéressantes à exploiter pour suivre ses interactions avec l'ARN. Toutefois, l'accès à des pCp polysubstitués est compliqué et l'éventail de modifications décrites a encore de nombreuses lacunes en terme de régio-, diastéréo- et énantiosélectivité. Cette thèse étudie ainsi l'utilisation du motif pCp pour la conception de molécules permettant des interactions sélectives avec des ARN. Après un chapitre bibliographique, un second chapitre présente l'élaboration de stratégies de synthèse régio- et énantiosélective permettant d'accéder à des [2.2]paracyclophanes polysubstitués pouvant jouer le rôle d'intermédiaires clés dans la préparation de molécules structurellement plus complexes. Le troisième chapitre est ensuite centré sur la synthèse de fluorophores dérivés du pCp et l'analyse de leurs propriétés optiques. Enfin, dans le quatrième chapitre de ce manuscrit, les interactions de différents dérives du [2.2]paracyclophane avec des ARN sont étudiées par spectroscopie de fluorescence et via la méthode SELEX.

Due to their involvement in many cellular regulatory processes, RNAs are nowadays considered important therapeutic targets. A better understanding of these biomolecules, their functioning and their interactions could lead to new biomedical applications. For this purpose, it therefore appears essential to be able to target RNAs with small molecules in order to be able to better understand, identify and possibly modulate their actions. Several classes of molecules are known for their ability to bind nucleic acids with good affinities, for example, compounds charged via electrostatic interactions or aromatic molecules via ' bonds. Many ligands have been synthesized and described as having good affinities for different RNAs. But the modes of interaction they adopt are generally not a source of selectivity and do not strongly discriminate between RNA and DNA. To overcome this selectivity deficit, several teams have used nonplanar aromatic motifs to modulate the modes of interaction of small molecules with RNA. The ability of nonplanar aromatic molecules to selectively associate with RNA secondary structures highlights the importance of the three-dimensional arrangement of these interactions. However, despite these efforts, to date, there are no clearly established rules for the rational design of ligands that are selective and specific for the three-dimensional RNA structures chosen. Our team is interested in exploring new chemical spaces for the design and synthesis of RNA ligands. Based on the results described above, we considered using a nonplanar aromatic motif, [2.2] paracyclophan (pCp), as a platform to develop new ligands of three-dimensional RNA structures. The pCp should be able to form ' bonds with the unpaired bases of the nucleic acids via its benzene rings, without however being an intercalating agent thanks to its sterically hindered architecture. This peculiar molecule also has potentially interesting fluorescence properties to exploit to monitor its interactions with RNA. However, access to polysubstituted pCps is complicated and the range of modifications described still have many shortcomings in terms of regio-, diastereo- and enantioselectivity. This thesis thus studies the use of the pCp motif for the design of molecules allowing selective interactions with RNAs. After a bibliographic chapter, a second chapter presents the development of regio- and enantioselective synthesis strategies allowing access to [2.2] polysubstituted paracyclophanes that can play the role of key intermediates in the preparation of structurally more complex molecules. The third chapter then focuses on the synthesis of fluorophores derived from pCp and the analysis of their optical properties. Finally, in the fourth chapter of this manuscript, the interactions of different derivatives of [2.2] paracyclophane with RNAs are studied by fluorescence spectroscopy and via the SELEX method.