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Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
THÈSE Présentée pour l'obtention du grade de DOCTEUR DE L'UNIVERSITÉ LOUIS PASTEUR Discipline : Chimie Organique Spécialité : Pharmacochimie Par Maryline BOUROTTE Synthèse d'inhibiteurs de protéines kinases : approches pharmacochimiques. Soutenue le 22 juillet 2004 devant le jury composé de : MM. Pr. G.KIRSCH Rapporteur externe Pr. A. MARSURA Rapporteur externe Pr. F. COLOBERT Rapporteur interne Dr. J.-J. BOURGUIGNON Directeur de thèse Dr. M. SCHMITT Codirecteur de thèse
Voir
THÈSE Présentée pour l'obtention du grade de DOCTEUR DE L'UNIVERSITÉ LOUIS PASTEUR Discipline : Chimie Organique Spécialité : Pharmacochimie Par Maryline BOUROTTE Synthèse d'inhibiteurs de protéines kinases : approches pharmacochimiques. Soutenue le 22 juillet 2004 devant le jury composé de : MM. Pr. G.KIRSCH Rapporteur externe Pr. A. MARSURA Rapporteur externe Pr. F. COLOBERT Rapporteur interne Dr. J.-J. BOURGUIGNON Directeur de thèse Dr. M. SCHMITT Codirecteur de thèse
- protéines kinases dépendantes de la cycline
- laboratoire de pharmacochimie de la communication cellulaire
- introduction de chaînes fonctionnalisées
- marsura rapporteur externe
- protéine kinase
- univers de la pharmacochimie
- containing protein
- kinase
- bourguignon directeur de thèse dr.
THÈSE
Présentée pour l’obtention du grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ LOUIS PASTEUR
Discipline : Chimie Organique
Spécialité : Pharmacochimie Par
Maryline BOUROTTE
Synthèse d’inhibiteurs de protéines
kinases : approches pharmacochimiques.
Soutenue le 22 juillet 2004 devant le jury composé de :
MM.
Pr. G.KIRSCH Pr. A. MARSURA Pr. F. COLOBERT Dr. J.-J. BOURGUIGNON Dr. M. SCHMITT
Rapporteur externe Rapporteur externe Rapporteur interne Directeur de thèse Codirecteur de thèse
A mes parents, A Philippe, A Firmin.
REMERCIEMENTS
Ce travail a été réalisé au Laboratoire de Pharmacochimie de la Communication Cellulaire (Faculté de Pharmacie, Université Louis Pasteur- Strasbourg I). Je tiens à remercier M. le Prof. CG. WERMUTH et M. le Prof. M. HIBERT, directeurs successifs du Laboratoire de Pharmacochimie, pour m'avoir accueillie au sein de leur unité.
J'adresse envers M. le Dr. Jean-Jacques BOURGUIGNON ma profonde reconnaissance pour m'avoir accueillie au sein de son équipe et de m'avoir confié ce projet de thèse qui m'a fait découvrir l'univers de la pharmacochimie.
Je remercie très chaleureusement Mme le Dr. Martine SCHMITT pour ses conseils, son encadrement et son aide précieuse en chimie.
Je souhaite remercier Mme le Prof. Françoise COLOBERT, M. le Prof. Gilbert KIRSCH et M. le Prof. Alain MARSURA pour l'honneur qu'ils me font d'accepter de juger ce travail.
Je tiens également à remercier M. le Prof Jacques HAIECH avec qui nous avons collaboré durant toutes ces années et plus particulièrement Mme le Dr. Claire PIGAULT et Mme le Dr. Anny FOLLENIUS-WUND qui ont réalisé toutes les mesures des caractéristiques photophysiques de nos composés fluorescents, Mme le Dr. Helena RAMSTRÖM ainsi que M. le Dr. Claude PHILIPPE qui ont testé l'ensemble de nos composés bis-cationiques sur l'HPrK/P.
Je remercie Cyril Antheaume pour le temps qu'il m'a consacré pour l'étude RMN de mes composés.
Je remercie particulièrement le Dr. Nadia Pellegrini pour tous les bons moments passés ensemble et pour l'aide et le soutien qu'elle m'a apporté durant mes années de thèse. Je remercie également le Dr. Saïd Oumouch pour sa sympathie et sa collaboration à cette thèse.
Enfin je remercie chaleureusement toutes les personnes de l'UMR 7081 qui m'ont accompagnée durant ces années de thèse et plus particulièrement Cécile pour son soutien, sa sympathie… mais aussi Claude, Isabelle S., Laurent, Nicolas, Bruno, Patricia, Anh, Evelyne, Rachel, Isabelle P., Romain, Dominique, Sébastien, Benoît, Emmanuelle, Christelle, Joao, Patrick, Gilles, Céline et tant d'autres… sans oublier Françoise et Marlyse, toujours indispensables…
Et pour finir, je n'oublie pas de remercier mes parents, toute ma famille mais aussi mon amie Corinne pour leur soutien et leurs encouragements pendant toutes ces années qui s'achèvent. Toute ma gratitude à Philippe qui a toujours cru en moi.
La "myosin light chain kinase" ou MLCK ................................................13
Autres Ser/Thr protéines kinases................................................................15
Le récepteur de l’insuline ..........................................................................7
TABLE DES MATIERES
A-
3.1.2
3.
Les Tyrosine Kinases membranaires ou récepteurs à activité Tyrosine
Les Tyrosine Kinases cytosoliques...............................................................5
Les "Mitogen-Activated Protein Kinases" ou MAPK................................17
Une nouvelle protéine kinase bactérienne: L'Histidin-containing Protein Kinase/
Phosphatase ou l'HPrK/P ...............................................................................................17
Les protéines kinases dépendantes de la cycline (CDKs) ......................15
Les Sérine/Thréonine Kinases (S/TK) ................................................................11
Ligands compétitifs de l'ATP ..............................................................................21
Les inhibiteurs de protéines kinases ..........................................................................19
3.2.4
3.3
3.2.3.1
La famille des protéines kinases comme cibles thérapeutiques et analyse de leurs
3.2.3.2
Classification des protéines kinases.............................................................................3
3.2.3
3.2
3.1.2.1
2+ Les protéines kinases dépendantes du couple Ca /calmoduline ..............13
4.1
4.
principaux inhibiteurs............................................................................................................1
La "death-associated protein kinase" ou DAPK ......................................15
Les récepteurs des facteurs de croissance (GFR) ...................................9
Kinase (RTK) ................................................................................................................7
Les S/TK dépendantes des nucléotides cycliques......................................11
3.2.3.3
2.
1.
Introduction...................................................................................................................1
Généralités ...................................................................................................................3
Les protéines kinases C..............................................................................12
3.2.4.1
3.2.4.2
La CaMKII ...............................................................................................13
CHAPITRE I. LES PROTÉINES KINASES
Les Tyrosine Kinases ...........................................................................................5
3.1.2.2
3.1
3.1.1
3.2.2
3.2.1
B-
4.2
Ligands compétitifs du substrat ..........................................................................25
Introduction et objectifs des travaux de recherche...................................................26
Bibliographie du Chapitre I………………………………………………………………………29
CHAPITRE II.DÉVELOPPEMENT D’INHIBITEURS DE PROTÉINES KINASES
A- L’Histidin-containing Protein Kinase/Phosphatase..................................23................
1. Approche rationnelle...................................................................................................32
2. Criblage de la chimiothèque patrimoine .....................................................................36
2.1 Touches sur l’HPrK/P .........................................................................................36
2.2 Réactivité des amidines hétérocycliques............................................................37
2.3 Optimisation structurale de la touche bis-cationique ..........................................43
2.3.1 Alkylation en N1 du 2-aminobenzimidazole ................................................43
2.3.2 Accès aux bis-cations de 2-aminobenzimidazole .......................................45
2.3.3 Préparation des chaînes halogénées .........................................................45
2.3.3.1 Chaînes portant un précurseur d'amines ................................................45
2.3.3.2 Chaînes portant une fonction amide .......................................................47
2.3.3.3 Chaînes portant une fonction amide inversée ........................................47
2.3.3.4 Chaînes portant une amine aromatique..................................................48
2.3.3.5 Chaînes portant une guanidine ...............................................................49
2.3.4 Accès aux mono-cations.............................................................................49
2.3.4.1 Variations de la tête cationique ...............................................................49
2.3.4.2 Introduction de chaînes fonctionnalisées ................................................50
2.3.4.3 Stabilité des cations ................................................................................52
2.3.4.4 Oxydation des alcools 105m-n................................................................53
2.3.4.5 Déprotection des N-Boc 105r-t ...............................................................54
2.3.4.6 Substitution des dérivés bromés 105o-q.................................................55
2.4 Etudes des relations structure-activité................................................................57
2.4.1 Caractéristiques inhibitrices du composé chef de file .................................57
2.4.2 Optimisation ................................................................................................59
2.4.2.1 Importance de la tête cationique .............................................................59
2.4.2.2 Importance de la chaîne-espaceur .........................................................60
2.4.2.3 Importance du groupement benzylique en N1 du benzimidazole ...........61
2.4.2.4 Effet de l'introduction de groupements fonctionnels sur la chaîne
latérale…. ...............................................................................................................63
2.5 Conclusion .......................................................................................................... 67
B- La CaMKII..................................................................................................................68....
1. Criblage de la Chimiothèque : dérivé d’aminopyridazine ...........................................68
2. Optimisation structurale .............................................................................................. 70
2.1 Les 3-aminopyridazines : données bibliographiques..........................................70
2.1.1 Synthèse conventionnelle des 3-amino-6-arylpyridazines..........................71
2.1.2 Nouvelles voie d'accès aux pyridazines par couplage palladium ...............73
2.1.2.1 Introduction de diversité en position 6 des aminopyridazines.................73
2.1.2.2 Introduction de diversité en position 5 des pyridazinones et des 3-
chloropyridazines....................................................................................................73
2.1.2.3 Introduction de diversité en position 4 et/ou 5 des pyridazinones ..........74
2.2 Introduction de diversité en position 4 ................................................................75
2.2.1 Préparation du synthon 3-amino-4-nitro-6-phénylpyridazine ......................76
2.2.2 Préparation des 4-bromo-6-phénylaminopyridazines .................................79
2.2.3 Réactions pallado-catalysées : accès à des pyridazines diversement
substituées en position 4 ............................................................................................80
2.2.3.1 Couplage de type Suzuki ........................................................................80
2.2.3.2 Couplage de type Sonogashira...............................................................81
2.2.3.3 Déprotection des N-benzylaminopyridazines..........................................82
2.2.3.4 Accès aux 4-alkylpyridazines ..................................................................82
2.3 Construction des bis-cations...............................................................................82
3. Etude des relations structure activité..........................................................................83
C- Conclusion....................................................................................................................85
BibliographieduChapitre II................................................................................................86
CHAPITREIII.FLUOROPHORES DERIVES DU CHROMOPHORE DE LAGREEN
FLUORESCENT PROTEIN
A-
B-
Généralités sur la fluorescence..................................................................................89
1. Le processus de fluorescence.......................................................................................89
2. Les principales sondes fluorescentes.............................................................................93
3. La Green Fluorescent Protein........................................................................................93
3.1
3.2
3.3
3.4
Introduction.............................................................................................................93
La formation du chromophore de la GFP...............................................................95
Propriétés photophysiques.....................................................................................97
Classification des mutants de la GFP.....................................................................99
Synthèse de dérivés du chromophore de la GFP....................................................102
1. Les imidazolones..........................................................................................................102
1.1
Au départ des 4-arylidène-5-oxazolones : voie A.................................................103
1.1.1
1.1.2
1.1.3
Préparation des 4-arylidène-5-oxazolones...................................................103
Utilisation de 4-phosphoranylidène-5(4H)-oxazolones.................................106
Obtention des imidazolones.........................................................................107
1.1.3.1 Préparation des 2-alkylimidazolones........................................................108
1.1.3.2 Préparation des 2-arylimidazolones..........................................................109
1.1.3.3 Préparation des 5-(aryléthylidène)-4-imidazolones..................................111
1.1.4
Obtention des imidazolones par "Umpollung" : activation de la fonction
amide......................................................................................................................112
1.2
Au départ des amidines (Voie B)..........................................................................114
1.2.1
1.2.2
Préparation des amidines.............................................................................116
Obtention des imidazolones.........................................................................116
1.2.2.1 Aldéhydes aromatiques............................................................................116
1.3
Les buténolides....................................................................................................137
Préparation des triflates................................................................................128
Préparation des thioimidazolones.................................................................133
3. Les composés isostères des imidazolones..................................................................137
ȕ,Ȗ Synthèse desα-arylidène-Ȗ-aryl-∆-buténolides.........................................137
A partir des S-méthylthioimidazolones.................................................................129
Préparation des iminochlorures....................................................................129
3.2.1
2.2.1
3.2.2
2.2
3.2.2.1 Les pyrrolinones 186.................................................................................144
Les thiazolidinones...............................................................................................146
1.2.2.3 Configuration des imidazolones................................................................119
2.3.2.2 Couplage avec les organostannanes........................................................136
Configuration des pyrrolinones.....................................................................144
Alkylation en N1 des imidazolones......................................................................121
3.1
3.1.1
2.3
2.3.1
2.3.2
3.1.2
2. Préparation d'imidazolones par couplage palladium : nouvelle méthode de synthèse122
2.1
Préparation des 2-aminoimidazolin-4-ones..................................................123
2.1.1
3.2.2.2 Les pyrrolinones 187, 188 et 189..............................................................145
Les imidazopyridines............................................................................................147
2.3.2.1 Couplage avec les acides boroniques......................................................133
Au départ des iminoéthers (Voie C)......................................................................119
Les pyrrolinones...................................................................................................140
Synthèse des pyrrolinones...........................................................................140
1.2.2.2 Aldéhydes non aromatiques.....................................................................118
1.4
2.2.2
2.1.2
3.2
Préparation des dérivés halogénés..............................................................125
Configuration des buténolides......................................................................139
Données bibliographiques............................................................................129
3.3
4.1
4. Les analogues structuraux...........................................................................................147
A partir des 2-aminoimidazolin-4-ones.................................................................123
A partir des imidazolidine-2,4-diones....................................................................126
2.2.1
2.2
Conclusion............................................................................................................162
3. Propriétés spectrales des oxazolones..........................................................................163
6. Propriétés spectrales des thiazolidinones....................................................................169
Conclusion..................................................................................................................177
Effet de l'environnement.......................................................................................159
1. Introduction...................................................................................................................150
Propriétés photophysiques des dérivés..................................................................150
Comparaison des données photophysiques.........................................................173
Applications................................................................................................................177
4. Propriétés spectrales des buténolides..........................................................................165
5. Propriétés spectrales des pyrrolinones........................................................................167
Imidazolones portant un groupement électroattracteur en R1......................157
Etude RMN...........................................................................................................171
E-
2.3
2.1.4
2.1.3
4.2
C-
Les oxindoles........................................................................................................149
Effet de la température.................................................................................159
Fluorescence des imidazolones dans l’eau..................................................161
8.1
8.2
Imidazolones portant un groupement sur l'atome d'azote (R≠H)................157
2.1
Bibliographie du Chapitre III.............................................................................................179
CONCLUSION GENERALE..................................................................................................184
Imidazolones dérivés du chromophore modèle............................................153
Effet de substitution..............................................................................................153
Imidazolones portant un groupement électrodonneur en R1........................155
Imidazolones portant un groupement électrodonneur en R2........................155
2.1.2
2.1.1
2.1.5
2. Propriétés spectrales des imidazolones.......................................................................151
2.2.3
2.2.2
8. Etude comparative des 4 classes principales de fluorophores synthétisés..................171
D-
7. Propriétés spectrales des analogues structuraux.........................................................171
Fluorescence des imidazolones dans le glycérol.........................................161
ANNEXES............................................................................................................................186
PARTIE EXPÉRIMENTALE CHAPITRE II..........................................................................196
PARTIE EXPÉRIMENTALE CHAPITRE III.........................................................................241
