Synthèse et étude de complexes polyazaaromatiques de RuII fonctionnalisés par des plateformes modulables en vue de leur internalisation cellulaire

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Service de Chimie et Physicochimie Organiques

Synthèse et étude de complexes polyazaaromatiques

de Ru

II

_{fonctionnalisés par des plateformes modulables}

en vue de leur internalisation cellulaire

Sofia Kajouj

Thèse de doctorat présentée en Décembre 2016 en vue de

l’obtention du titre de Docteur en Sciences de l’Université Libre de

(2)

v

Table des matières

Remerciements ... i

Table des matières ... v

Résumé ... ix

Liste des abréviations ... xi

Liste des publications ...xiv

INTRODUCTION GÉNÉRALE ... 1

I. Chapitre I - Préambule sur le cancer ... 1

1. Le matériel génétique ... 1

2. Le processus de cancérisation ... 3

2.1. Mécanisme de cancérogenèse ... 3

2.2. La néo-angiogenèse tumorale ... 5

3. Dépistage et traitements traditionnels des cancers ... 7

3.1. Dépistage ... 7

3.2. Principaux traitements ... 8

II. Chapitre II - Utilisation de complexes métalliques en chimiothérapie ... 11

1. Les complexes de Pt ... 11

2. Les complexes de Ru ... 13

3. Les complexes polyazaaromatiques de RuII_{... 16}

4. La pénétration cellulaire des complexes polypyridiniques de RuII_{... 19}

III. Chapitre III - La vectorisation en cancérologie ... 23

1. Stratégie ciblée en cancérologie ... 23

1.1. Anticorps monoclonaux ... 23

1.2. Ligands des récepteurs membranaires ... 24

2. Les vecteurs cellulaires ... 27

2.1. Les vecteurs viraux ... 27

2.2. Les vecteurs non viraux ... 28

3. Conception de vecteurs multivalents ... 30

3.1. L’effet de multivalence ... 30

3.2. Les RAFT ... 31

3.3. Les calixarènes... 33

OBJECTIFS DE LA RECHERCHE ... 37

RÉSULTATS ET DISCUSSION ... 41

IV. Chapitre IV – Etudes photophysiques de complexes de RuII_{à base de ligands} 1,4,5,8-tétraazaphénanthrène et 2,2’-bipyrazine ... 43

1. Introduction ... 43

2. Résultats et discussion ... 48

2.1. Synthèse et caractérisation ... 48

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vi

2.3. Propriétés photophysiques ... 53

3. Conclusion... 67

V. Chapitre V - Etude de complexes de RuII_{ancrés sur oligopeptide en vue de leur internalisation cellulaire} 69 1. Introduction sur le peptide TAT (CPP) ... 69

1.1. Cell Penetrating Peptides (CPP) ... 69

1.2. Conjugués RuII_{-TAT ... 70}

1.3. Inductively coupled plasma – mass spectrometry (ICP-MS) ... 73

2.1. Analyse de la pénétration cellulaire par ICP-MS ... 75

2.2. Etude de la toxicité et de la phototoxicité des conjugués Ru-TAT ... 79

2.3. Etude de la localisation cellulaire des conjugués Ru-TAT... 81

2.4. Mesure des rendements quantiques de photosensibilisation d'oxygène singulet ... 82

3. Conclusion... 83

VI. Chapitre VI - Synthèse et caractérisation des conjugués RuII_{-plateforme ... 85}

1. Synthèse des ligands ... 85

1.1. Synthèse du 1,4,5,8-tétraazaphénanthrène (TAP) ... 86

1.2. Synthèse du ligand phen''-Boc ... 86

1.3. Synthèse du ligand phenGG-Boc ... 89

2. Synthèse des complexes ... 91

2.1. Complexes bischélates précurseurs ... 91

2.2. Complexes [Ru(L)2phen''-Boc]2+ ... 92

2.3. Complexes [Ru(L)2phenGG-Boc]2+ ... 95

3. Synthèse des plateformes de vectorisation ... 97

3.1. Synthèse des conjugués RuII_{-RAFT-(c-[RGDfK])} 4 ... 97

3.2. Synthèse des conjugués RuII_{-calix[4]arène-[c-(RGDfK)]} 4 ... 104

4. Conclusion et perspectives ... 124

VII. Chapitre VII – Etudes photophysiques des conjugués RuII_{-plateforme ... 125}

1. Spectroscopie d’absorption et d’émission ... 125

1.1. Les complexes dérivatisés [Ru(L)2phen'']2+ et [Ru(L)2phenGG]2+ ... 125

1.2. Les conjugués RuII_{-RAFT-(c-[RGDfK])} 4 et RuII-calix[4]arène-(c-[RGDfK])4 ... 126

2. Durées de vie de luminescence ... 128

2.1. Les complexes dérivatisés [Ru(L)2phen'']2+ et [Ru(L)2phenGG]2+ ... 128

2.2. Les conjugués RuII_{-RAFT-(c-[RGDfK])} 4 et RuII-calix[4]arène-(c-[RGDfK])4 ... 129

3. Conclusion... 137

VIII. Chapitre VIII – Etude de la photoréactivité de conjugués RuII_{-plateforme en présence de matériel} génétique ... 139

1. Etudes préliminaires en présence de guanosine-5’-monophosphate ... 139

1.1. Etudes cinétiques du quenching de luminescence par la GMP ... 139

1.2. Mesure par photolyse éclair laser en présence de GMP... 141

1.3. Photoréaction en présence de GMP ... 143

2. Etude des conjugués RuII_{-plateforme en présence d’oligonucléotides ... 147}

2.1. Titrages suivis par spectroscopie d’émission ... 147

2.2. Modélisations moléculaires des conjugués RuII_{-RAFT-(c-[RGDfK])} 4 et RuII -calix[4]arène-(c-[RGDfK])4 ... 153

IX. Chapitre IX – Etude in vitro des conjugués RuII_{-plateforme ... 157}

(4)

vii

2. Etude de la localisation cellulaire des conjugués par microscopie confocale ... 161

3. Etude de la toxicité et de la photocytotoxicité des conjugués ... 163

X. Chapitre X - Etude de complexes polyazaaromatiques de RuII_{en présence de Tel22 par dichroïsme} circulaire ... 167

1. Introduction ... 167

1.1. Les G-quadruplexes ... 167

1.2. Le dichroïsme circulaire... 172

1.3. Interaction de complexes de RuII_{avec les G-quadruplexes ... 175}

2.1. Étude par dichroïsme circulaire en milieu potassique ... 179

2.2. Étude par dichroïsme circulaire en milieu sodique ... 182

2.3. Étude de l'interaction des complexes de RuII_{avec les G4 par "FRET melting assays" ... 184}

2.4. Étude de l'interaction des complexes de RuII_{avec les G4 par mesure des temps de vie de} luminescence des états excités ... 188

CONCLUSION GÉNÉRALE ET PERSPECTIVES ... 195

PARTIE EXPÉRIMENTALE ... 201

XI. Chapitre XI - Techniques instrumentales ... 203

1. Spectrophotométrie d'absorption UV-Visible ... 203

2. Emission stationnaire ... 203

3. Illumination stationnaire ... 203

4. Time-Correlated Single Photon Counting ... 203

5. Photolyse éclair laser ... 204

6. High Performance Liquid Chromatography ... 205

7. Spectroscopie de Résonance Magnétique Nucléaire ... 206

8. Spectrométrie de masse ... 206

8.1. Spectrométrie de masse en mode electrospray (MS-ESI) ... 206

8.2. Spectrométrie de masse MALDI ... 206

8.3. Inductively coupled plasma – mass spectrometry (ICP-MS) ... 206

9. Réacteur micro-ondes... 207

10. Modélisation des structures Ru-plateforme ... 208

11. Microscopie confocale ... 208

XII. Chapitre XII - Syntheses protocols ... 209

1. Ligands synthesis ... 209

1.1. Synthesis of 1,4,5,8-tetraazaphenanthrene 195_{... 209}

1.2. Synthesis of phen''-Boc 264_{... 211}

1.3. Synthesis of phenGG-Boc ... 214

2. Synthesis of rutheniumII_{complexes ... 215}

2.1. Synthesis of rutheniumII_{precursor [Ru(L)} 2Cl2] ... 215

2.2. Synthesis of [Ru(TAP)nbpz(3-n)]2+ complexes ... 217

2.3. Synthesis of [Ru(L)2phen'']2+ complexes ... 218

2.4. Synthesis of [Ru(L)2phenGG]2+ complexes ... 219

3. Synthesis of vectorization platforms and RuII_{conjugates... 220}

3.1. Synthesis of RuII_{-RAFT-[c-(RGDfK)]} 4 conjugates ... 220

(5)

viii

XIII. Chapitre XIII - Cells cultures protocols ... 233

1. ICP-MS experiments for Whole-Cell Ruthenium levels ... 233

2. Determination of cytotoxicity (MTT experiments) ... 234

3. Preparation for confocal microscopy experiments... 234

XIV. Annexes ... 237