Quadruplexes de guanines et acridines,de la reconnaissance moléculaire au drug design

Bien qu existant très majoritairement sous sa forme double-hélice, l'ADN peut également adopter des structures alternatives stables possédant pour la plupart une fonction biologique établie. Par exemple, il est connu depuis le début des années 60 que les séquences d'acides nucléiques riches en guanines -G- ont la capacité de former in vitro et in vivo des structures supramoléculaires à quatre brins, extrêmement stables, et ceci en présence de cations physiologiques monovalents. Les G-quadruplexes (G4) ont été établis comme des cibles thérapeutiques de choix depuis que des études concordantes tendent à démontrer que ces structures existent in vivo, à l'extrémité des télomères ou dans la région des promoteurs de gènes. Par conséquent, des ligands capables de reconnaître et de stabiliser ces structures possèdent potentiellement une activité anti cancéreuse. Ici, nous avons développé avec succès trois approches originales pour cibler des quadruplexes d'ADN et d'ARN de façon structure et/ou séquence spécifique. Dans une première partie, nous avons développé une nouvelle famille de ligands reposant sur l'association d'une molécule d'acridone et un analogue peptidique d'acide nucléique (PNA). Nous avons notamment synthétisé une molécule de type PNA-acridone et démontré sa capacité à interagir avec un fragment de l'ADN télomérique pour former une structure hybride impliquant notamment la formation de tétrades de guanines hybrides PNA:ADN. Dans une deuxième partie, nous nous sommes intéressés à la capacité pour un ligand à reconnaître de façon spécifique un quadruplex d'ARN et à discriminer entre ce quadruplex et d'autres structures secondaires d'ARN, y compris d'autres quadruplexes d'ARN. Nous avons synthétisé une molécule de type PNA1-acridone-PNA2 capable de cibler la structure même du quadruplex (reconnaissance structurale par le noyau acridone) mais également ses deux ARN simples-brins adjacents (reconnaissance séquence-spécifique par les deux PNAs). Nous avons démontré que ce ligand ne stabilisait fortement que le quadruplex d'ARN dont les séquences simple-brin en amont et aval étaient complémentaires à celles des deux PNA du ligand. Dans une dernière partie, nous avons mis en évidence une propriété chimique encore inconnue des acridines substituées en position 9. Nous avons alors démontré que les 9-amino acridines pouvaient subir une réaction d'échange d'amine en milieu physiologique aqueux et que cette réaction était réversible. Cette nouvelle propriété chimique des 9-amino acridines permet d'envisager l'utilisation du concept de chimie dynamique combinatoire pour identifier de nouveaux ligands de G4 ou pour optimiser la structure de ligands existants. Enfin, cette découverte a également des implications quant à la compréhension du possible mode d'action de ces drogues in vivo.Although existing mainly under its double-helix form, DNA can also adopt alternative secondary structures which often prove biologically relevant. For example, it is known since the beginning of 60 s that guanine-rich nucleic acid sequences can form highly stable four-stranded supramolecular structures in vitro in the presence of physiological monovalent cations such as K+ or Na+. These so-called G-quadruplexes (G4) were recently established as highly promising therapeutic targets since there are now increasing evidences that such structures form in vivo, either at the end of telomeres or in the promoter regions of genes. Therefore, ligands that can bind to and stabilize these G4 may potentially exhibit interesting therapeutic (e.g. anti-cancer) properties. Here, we successfully developed three original approaches to target DNA and RNA quadruplexes in a structure and/or specific sequence manner. In a first chapter, we developed a new family of G4 ligands that combine on a single scaffold an acridone derivative and a nucleic acid peptidic analogue (PNA). We designed and synthesized a PNA-acridone conjugate and demonstrated its capacity to interact with telomeric DNA to form a hybrid quadruplex structure implying the formation of PNA: DNA hybrid G-tetrads. In a second part, we were interested in designing a small molecule that would recognize a unique intramolecular RNA G-quadruplex of interest and would also be capable to discriminate between this quadruplex and other RNA secondary structures, including others RNA G-quadruplexes. We synthesized a ligand of the type PNA1-acridone-PNA2 that could target the quadruplex core structure (via the acridone ligand in a structure specific manner) but also its two single stranded flanking regions (via both PNAs, in a sequence specific manner). We demonstrated that this ligand was capable to strongly stabilize the only RNA quadruplex that contains flanking arms complementary in sequence to the ligand PNA sequences. Finally, we highlighted a still unknown chemical property of 9-amino substituted acridines. We demonstrated that 9-aminoacridines could undergo an amine exchange reaction under aqueous and near physiological conditions and that this reaction was reversible. This new chemical property of the 9-aminoacridines enables to consider using a dynamic combinatorial chemistry approach to (i) identify new G4 ligands or (ii) optimize existing G4 ligands. The discovery of this reversible reaction has also implications on the understanding of the possible mode of action of these drugs in vivo