Synthèse d’analogues de bisubstrats pour l’étude de méthyltransférases d’ARN

RNA methyltransferases (RNMTs) catalyze the methylation of RNA using S-adenosyl-L-methionine (SAM) as the methyl-donor. Methylation at the N-6 position of adenosine is the most abundant modification found in nearly all classes of RNAs. It contributes to the regulation of many biological processes in the three domains of life and disturbance of this methylation process is correlated to human diseases. However, this family of enzymes remains relatively unexplored by the medicinal chemistry community and new molecules are needed for their studies. In this context, the objective of my PhD was the synthesis of chemical tools to perform structural studies in order to improve our understanding of RNA nucleotide methylation in different types of RNA. These chemical tools are bisubstrate analogues for RNMTs obtained by tethering a SAM analogue to a RNA substrate surrogate using different types of linker. Firstly, adenosine was chosen as the RNA surrogate and the synthesis of four SAM-adenosine conjugates bearing an alkyl linker was performed. The key step of the synthetic strategy consisted of the functionalization of an adenosine at the position 6 performed using the electrophilic activated O6-benzotriazolyl-inosine. To mimic the number of atoms of the transition state of the methylation reaction, urea was introduced as a linker which afforded two additional bisubstrates.Click chemistry such as the 1,3-dipolar Huisgen-Sharpless cycloaddition were also used to obtain two additional analogues bearing a triazole ring. Interestingly, this approach led to the formation of analogues modified at the N1 or N6 position of the adenosine. The second part of my work was to extend the RNA surrogate part of the conjugates. For that, dinucleotides were post-functionalized with a SAM analogue using an electrophilic activated O6-benzotriazolyl-inosine. Finally, structural studies performed with our compounds on the rRNA m6A MTase RlmJ led to the first co-crystal structure of a RNMT and a bisubstrate analogue. These data are essential for the future development of potent inhibitors of RNMTs.Les méthyltransférases d'ARN (RNMTs) catalysent la méthylation d'ARN avec la S-adénosyl-L-méthionine (SAM) comme donneur du groupement méthyle. La méthylation en position N-6 de l'adénosine est la modification la plus abondante présente sur la plupart des ARN. Elle contribue à la régulation de différents processus biologiques dans les trois domaines de la vie et la perturbation de ce processus de méthylation est relié à certaines maladies chez l'Homme.Cependant, cette famille d'enzymes reste relativement peu explorée par la communauté de chimie médicinale et de nouvelles molécules sont nécessaires à leurs études. Dans ce contexte, l'objectif de ma thèse est la synthèse d'outils chimiques pour réaliser des études structurales destinées à améliorer notre compréhension du mécanisme de méthylation. Ces outils chimiques sont des analogues de bisubstrats pour les RNMT, obtenus par création d'un lien covalent entre un analogue de SAM et un mime du substrat ARN via différents espaceurs. Tout d'abord, l'adénosine a été choisi comme mime de substrat pour la synthèse de quatre conjugués SAM-adénosine portant des chaînes alkyles comme espaceurs. L'étape clef de la stratégie de synthèse consiste en la fonctionnalisation d'une adénosine sur la position N-6. Cette fonctionnalisation a été réalisée par substitution nucléophile aromatique d'un électrophile activé, la O6-benzotriazolyl-inosine. Pour mimer le nombre d'atomes impliqués dans l'état de transition de la réaction de méthylation, le motif urée a été introduit en tant que linker, ce qui a conduit à l'obtention de deux nouveaux bisubstrats. La cycloaddition 1,3-dipolaire de Huisgen-Sharpless a aussi été utilisée pour obtenir deux analogues supplémentaires portant un lien triazole. Cette approche a mené à la formation d'analogues modifiés en positions N-1 ou N-6 de l'adénosine. Dans un deuxième temps, afin d'étendre la partie mimant le substrat ARN, des di-nucléotides ont été post-fonctionnalisés avec un analogue de SAM par substitution nucléophile aromatique. Finalement, les études structurales réalisées par nos collaborateurs sur la RNMT d'ARN ribosomal RlmJ ont mené à la première structure d'un complexe formé par une RNMT et un conjugué SAM-adénosine. Les données sont essentielles pour une meilleure compréhension du mécanisme de méthylation et le développement futur d'inhibiteurs de RNMT