Synthèse et caractérisation d'analogues photoactivables de NADPH

Synthesis and characterization of photoactivatable NADPH mimics

• Auteur / Autrice : Clément Polese
• Direction : Juan Xie, Eric Deprez, Nicolas Bogliotti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 07/01/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes
• Partenaire(s) de recherche : référent : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Chimie (2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Photophysique et Photochimie Supramoléculaires et Macromoléculaires (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1993-....)
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Leray
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Juan Xie, Gilles Lemercier, Hamid Dhimane, Patricia Busca
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gilles Lemercier, Hamid Dhimane

Mots clés

Mots clés contrôlés

NADPH oxydase

NO-synthase

Monoxyde d'azote

Mots clés libres

Photoactivable

Analogue

Monoxyde d'azote (NO)

NO synthases (NOS)

Transfert d'électron

Synthèse multi-Étape

Photoactivatable

Analog

Nitric oxide (NO)

NO synthases (NOS)

Electron transfer

Multi-Step synthesis

Résumé

Le monoxyde d'azote (NO) est une molécule avec un rôle majeur de signalisation impliquée dans des processus biologiques variés. Impliqué dans la relaxation des muscles lisses induite par des dérivés nitrés, parmi lesquels certains sont utilisés depuis presque 150 ans dans le traitement de problèmes cardiaques. Plus récemment, il a été montré sa place centrale dans un mécanisme complexe de transduction du signal découvert à la fin des années 1980, en lien avec une régulation en amont de p53 et donc une capacité pro-apoptotique. De nombreuses physiopathologies ont été corrélées à une libération endogène ou exogène de NO, telles que certaines maladies cardiaques, rénales, l'obésité, l'impuissance ou le cancer. Dans l'optique d'élucider les processus biologiques régulés par NO et leurs mécanismes sous-jacents, une libération avec une excellente résolution spatiale et temporelle serait d'un intérêt primordial. A cette fin, l'utilisation de la lumière comme déclencheur des phénomènes est une méthodologie prometteuse, permettant la plus grande précision spatiotemporelle disponible. Plusieurs stratégies ont été développées dans le but de libérer du NO à l'aide de la lumière, parmi lesquelles une particulièrement intéressante repose sur l'utilisation de mimes photoactivables de NADPH, appelés nanodéclencheurs. Ces composés peuvent intéragir de manière compétitive avec l'enzyme productrice de NO, permettant le déclenchement de son cycle catalytique par transfert électronique photoinduit. Une nouvelle génération de ces analogues ont été synthétisés et caractérisés, comportant un dérivé d'adénosine pour reconnaître le domaine réductase de l'enzyme, ainsi qu'une structure basée sur un motif diarylbutadiène capable de donner des électrons dans un état excité. Les structures de ces derniers ont été conçues à l'aide de données de modélisation moléculaire de manière à cibler les Nitric Oxide Synthases (NOSs) et à améliorer l'efficacité du transfert électronique vers l'enzyme, grâce à un lien flexible entre les deux unités permettant un meilleur positionnement dans le poche de spécificité de l'enzyme. Ces nouveaux composés pourraient des études plus poussées des processus biologiques impliquant des doses précises de NO, par exemple pour l'étude d'un effet de seuil sur l'angiogénèse à une concentration submicromolaire.

Nitric oxide (NO) is a major signalling molecule in various biological processes. It is involved in the smooth muscle relaxation induced by nitrovasodilators, some of which are clinically used for more than 150 years in the treatment of cardiac pathologies. More recently, it was shown to play a key role in a complex signal transduction pathway discovered in the late 1980s, related to p53 upregulation and able to trigger apoptosis. Numerous physiopathologies were correlated with endogenous or exogenous release of NO, such as cardiovascular diseases, renal dysfunction, obesity, erectile dysfunction or cancer. In order to further elucidate the bioprocesses regulated by NO and their underlying mechanism, a highly resolved dose release both in space and time would be of the greatest interest. To that extent, light-triggered phenomena are the most promising methodology, achieving the most precise space-time control available. Several strategies towards light-induced NO release were developped but one of particular interest relies on photoactivatable mimics of NADPH, called nanotriggers. These compounds are able to competitively bind the NO-producing enzyme and trigger its catalytic transformation upon photo-induced electron transfer. A new generation of these analogs was synthesized and characterized, bearing an adenosine derivative towards recognition of the enzyme reductase domain alongside a diarylbutadiene moiety capable of giving away electrons while in an excited state. The latter were designed with insights from molecular modelling to be targeted at the Nitric Oxide Synthases (NOSs) and to improve the electron transfer efficiency to the enzyme, via a flexible linkage participating in a more potent positionning within the binding pocket. These new compounds could enable further investigations on biological processes involving precise NO-release, such as a fine probing of NO effect on angiogenesis at the submicromolar scale.