Iminosydnones, new tools for bioorthogonal chemistry

Le développement de réactions chimiques compatibles avec les milieux biologiques est un défi scientifique de taille. Les outils dont actuellement disponibles pour le marquage spécifique d’entités biologiques se sont multipliés pendant cette dernière décennie. Parmi les réactions vedettes du domaine, on trouve les réactions de Diels-Alder entre alcènes tendus et tétrazines ou encore les cycloadditions entre les cycloalcynes et les azotures (SPAAC). En revanche, les réactions de clivage bioorthogonal ont retenu une attention plus faible de la part de la communauté scientifique. Récemment notre groupe a identifié une réaction bioorthogonale entre une iminosydnone et un cycloalcyne permettant d’effectuer simultanément le clivage d’un composé et la ligation de deux entités. Ces travaux de thèse ont été entièrement dirigés vers cette nouvelle réactivité.En premier lieu, nous avons étudié la synthèse et la fonctionnalisation du partenaire iminosydnone dans le but d’obtenir une librairie de composés pour l’étude de la cinétique de la réaction de click & release avec les cycloalcynes. Dans un second temps, nous avons utilisé les outils synthétiques développés pour concevoir des sondes iminosydnones à double exaltation de fluorescence. Cela a marqué l’entrée de ces composés dans le contexte de la chimie bioorthogonale puisque la sonde la plus prometteuse a été utilisée sur des cellules vivantes.Enfin, la capacité des iminosydnones à être clivées par les cycloalcynes a été exploitée sous la forme d’espaceurs clivables dans deux applications. Nous avons tout d’abord conçu des outils pour le target-fishing. Les sondes obtenues ont permis l’immobilisation de protéines sur un support solide. La libération du support des protéines a pu être effectuée de manière quantitative tout en leur apposant une étiquette fluorescente. Le second objet exploitant les propriétés d’espaceurs clivables des iminosydnones est un ADC. Celui en développement dans cette thèse est destiné à traiter les infections bactériennes, cible atteignable uniquement en employant un espaceur clivable par un agent exogène.The development of chemical reactions compatible with the biological medium is a major challenge. The availability of chemical tools for the specific labeling of biological entities increased dramatically during the last decade. The Diels-Alder reactions between tetrazines and strained alkenes or the Strained Promoted Azide Alkyne Cycloaddition (SPAAC) are among the most popular reactions for bioorthogonal ligations. On the other hand, moderate attention was given to bioorthogonal cleavage reactions. Recently our group identified a new bioorthogonal reaction between an iminosydnone and a cycloalkyne, enabling a cleavage and the ligation of two partners at the same time.The first aim of this PhD thesis was to study the synthesis and functionalisation of the iminosydnone partner. With the large library of compounds in our hands, we could study the kinetic properties of the click & release reaction.Next, using this transformation, we synthesized double fluorogenic iminosydnone probes. The most promising probe was then used on living cells, underlining the bioorthogonality of the reaction.Finally, we took advantage of the iminosydnone properties to use them as cleavable linkers in two applications. The first field we explored was target-fishing. The tools we developped allowed protein immobilization on a solid support. The quantitative release from the support of labeled proteins was achieved using the click & release reaction. The second object using iminosydnones as cleavable linkers we considered was an ADC. The one developped in this PhD thesis is aimed at bacteria. For treatment with ADCs, this target can only be reached using a linker cleavable with an external agent