Sialic acids metabolic engineering : Synthesis of bioorthogonal derivatives

La plupart des cellules eucaryotes sont recouvertes d'une couche dense de glycanes, appelée Glycocalyx, et ces glycanes possèdent souvent comme monosaccharide terminal l'acide neuraminique, qui appartient à la famille des acides sialiques (SA).L'acide neuraminique est essentiel à de nombreux processus biologique tels que la reconnaissance hôte-pathogène ou l'adhésion cellulaire.La membrane externe des bactéries à Gram-négatif est elle aussi recouverte d'une couche dense de glycanes, appelés lipopolysaccharides (LPS). La composition de ces lipopolysaccharides diffère beaucoup suivant les souches bactériennes, et ils jouent un rôle dans le pouvoir pathogène de ces bactéries.Certaines bactéries pathogènes ont notamment développé des stratégies utilisant l'acide neuraminique ou d'autres acides sialiques afin de mimer le Glycocalyx de l'hôte, et ainsi échapper aux défenses immunitaires.Cette thèse porte sur la synthèse de composés permettant le marquage métabolique des glycanes de surface de bactéries pathogène, afin de développer une méthode rapide de détection et d'identification de ces bactéries. Ces outils permettront également l'étude des voies de métabolisation des acides sialiques chez les bactéries.Le marquage métabolique de glycane est une approche consistant à utiliser des monosaccharides modifiés pouvant être métaboliquement incorporés dans les glycanes des cellules pour marquer ces glycanes.Au cours de cette thèse, les molécules synthétisées sont des analogues des précurseurs métaboliques de l'acide légionaminique (dérivé de configuration manno) et de l'acide 8-épi-légionaminique (dérivé de configuration gulo), tous deux mimes de l'acide sialique. Ces analogues portent une fonction bio-orthogonale (azoture ou thiol) qui permettra leur détection par une ligation bioorthogonale.Plusieurs analogues du précurseur métabolique de l'acide légionaminique ont été synthétisés, en faisant varier le nombre de fonctions rapportrices (1 ou 2) et la position de cette fonction sur le monosaccharide (en C-2, 4 ou 6).Une voie de synthèse pour l'analogue azido du précurseur métabolique de l'acide 8-épi-légionaminique a également été développée avec comme étape clé l'inversion de configuration du carbone 5 d'un dérivé de configuration mannose afin d'obtenir un dérivé de configuration gulose.Ces molécules trouveront leurs applications biologiques dans des travaux ultérieurs.Most eukaryotic cells are covered by a dense layer of glycans, called Glycocalyx, and these glycans often have as terminal monosaccharide a neuraminic acid, which belongs to the sialic acid (SA) family.Neuraminic acid is essential for many biological processes such as host-pathogen recognition or cell adhesion.The outer membrane of Gram-negative bacteria is also covered with a dense layer of glycans, called lipopolysaccharides (LPS). The composition of these lipopolysaccharides differs greatly depending on the bacterial strain, and they play a role in the pathogenicity of these bacteria.Some pathogenic bacteria have developed strategies using neuraminic acid or other sialic acids in order to mimic the host Glycocalyx, and thus evade immune defenses.This thesis focuses on the synthesis of compounds allowing the metabolic labelling of the surface glycans of pathogenic bacteria, in order to develop a rapid method for the detection and identification of these bacteria. These tools will also allow the study of sialic acid metabolism pathways in bacteria.Metabolic glycan labeling is an approach consisting of using modified monosaccharides that can be metabolically incorporated into the glycans of cells in order to label these glycans.In this thesis, the molecules synthesized are analogues of the metabolic precursors of legionaminic acid (derived in the manno configuration) and 8-epi legionaminic acid (derived in the gulo configuration), both mimics of sialic acid. These analogues carry a bioorthogonal function (azide or thiol) which will allow their detection by bioorthogonal ligation.Several analogues of the metabolic precursor of legionaminic acid have been synthesized, varying the number of reporter functions (1 or 2) and the position of this function on the monosaccharide (at C-2, 4 or 6).A synthetic route for the azido analogue of the metabolic precursor of 8-epi legionaminic acid has also been developed, including as a key step the inversion of the configuration of carbon 5 of a derivative of mannose configuration in order to obtain a derivative of gulose configuration.These molecules will find their biological applications in future works