Reconnaissance de l'ADN par des complexes peptidiques des lanthanides

269 Pages·2013·21.69 MB·French

THÈSE
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE GRENOBLE
Spécialité : Chimie Inorganique et Bio Inorganique
Arrêté ministériel : 7 août 2006

Présentée par
Laetitia ANCEL

Thèse dirigée par Pascale Delangle
Co-encadrée par Christelle Gateau

préparée au sein du Laboratoire de Chimie Inorganique et
Biologique
dans l'École Doctorale Chimie et Science du Vivant de
Grenoble…

Reconnaissance de l’ADN par des
complexes peptidiques des lanthanides

Thèse soutenue publiquement le « 22 novembre 2013 »,
devant le jury composé de :
Pr. Clotilde Policar
Professeur à l’Ecole Normale Supérieure, Paris (Rapporteur)
Dr. Loïc Charbonnière
Directeur de Recherche à l’Université de Strasbourg, Strasbourg
(Rapporteur,)
Pr.Claude Piguet
Professeur à l’Université de Genève, Genève, (Examinateur)
Pr. Fabrice Thomas
Professeur à l’Université Joseph Fourier, Grenoble (Examinateur)
Dr Pascale Delangle
Directeur de Recherche au CEA Grenoble, Grenoble Directrice de thèse
Dr Christelle Gateau
Ingénieur d’études eu CEA Grenoble, Grenoble (Examinateur)

Université Joseph Fourier / Université Pierre Mendès France /
Université Stendhal / Université de Savoie / Grenoble INP
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« Vis comme si tu devais mourir demain,
Apprends comme si tu devais vivre toujours »

Mahatma Gandhi

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Effectuer une thèse était pour moi un rêve de gosse, inatteignable, comme un mirage à l’horizon.
C’était pour moi comme bâtir une cathédrale avec pour seul outil une petite cuillère… Et finalement
voilà que je touche du doigt ce moment, après ce long parcours qui aura duré 8 ans, période à
laquelle j’ai commencé à étudier dans le supérieur. J’y ai découvert le monde fascinant de la chimie,
j’ai appris à apprendre, à être curieuse, et me suis prise de passion pour mes molécules et le monde
du vivant ! Tenter de réaliser ce rêve n’aurait pas été possible seule. Voilà pourquoi je tiens
sincèrement à remercier toutes les personnes qui ont croisé ma route durant ces années et qui m’ont
aidé à bâtir ma cathédrale.

Je tiens à remercier tout d’abord les membres de mon jury de thèse, le Dr. Loïc Charbonnière, le
professeur Clotilde Policar, le professeur Claude Piguet ainsi que le professeur Fabrice Thomas, pour
avoir accepté d’examiner mon travail.
Je remercie également les membres de mon comité de suivi de thèse, les Dr.Thierry Douki et Martine
Deumenynck, qui ont contribué à ce travail par leurs remarques, leurs idées et leurs encouragements.
Je ne serai cependant pas ici si le Dr. Pascale Maldivi n’avait pas accepté de me voir arpenter (courir
serait plus juste) dans les couloirs du bâtiment C . Merci de m’avoir laissé faire partie de l’équipe du
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RICC, qui durant ces trois années a été comme ma famille.

Un grand et profond merci, tout particulier au Dr Pascale DELANGLE, ma directrice de thèse. Tu (fini
le vouvoiement, du moins par écrit !) as cru en moi alors que moi-même je n’y croyais pas encore. Tes
encouragements et ton soutien m’ont permis de donner le meilleur de moi-même durant ces trois ans et
m’ont permis de prendre confiance en moi. Toutes nos discussions m’ont beaucoup apporté et m’ont
permis de progresser d’avantage. Merci pour le temps que tu as passé à lire mes écrits. Merci pour ta
rigueur, tes conseils, ta disponibilité, ta patience (et je sais qu’avec moi il en faut). Merci également
pour ta passion pour la recherche que tu sais si bien transmettre, mais surtout merci pour ton écoute, ta
sensibilité et ta générosité. Je n’aurais pas pu rêver mieux comme directrice !
Merci au Dr Christelle Gateau ma co-directrice de thèse. Ton dynamisme, tes millions d’idées à la
minute et ton écoute ont été de vrais cadeaux pendant ces trois années. Merci pour nos (trop)
nombreuses discutions nicotine, pour nos débats passionnés sur la chimie et sur Strasbourg. Merci
aussi d’avoir toujours répondu présente lorsque je te sollicitais pour résoudre une mésentente avec mes
molécules, mes présentations ou mon manuscrit.
Un grand merci également à toi Colette. Tu as été comme une seconde maman pour moi. Tu es le cœur
du RICC, sans toi rien ne serait possible. Tu manies ton spectro avec une main de maître !
Merci à Pierre-Alain Bayle, le grand manitou des spectro RMN, pour ta disponibilité quand je perdais
patience sur les shim et les accords de sondes.
Merci à Zorah, la fée du secrétariat. Sans ton dévouement, je pense que je serais toujours en train
d’essayer de comprendre comment fonctionne les missions CEA.
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Merci à Yves, un technicien échappé du monde imaginaire de Peter Pan. Merci pour ton entrain (qu’il
fallait souvent réfréner) lorsque nous avons travaillé ensemble. Et surtout merci d’avoir supporté mon
caractère de mitraillette. Merci également à mon stagiaire et grand acteur Vincent Revil-Baudard, pour
avoir fait preuve de beaucoup d’implication lors de ton stage. Et si jamais tu lis ma thèse, la sonde
partit dans l’évier a fonctionné !!! Merci à Vicky, Anne-solène et Agniezscka pour avoir supporté ma
schizophrénie passagère lorsque je parlais à mon ordinateur. Merci à Lydia, pour sa rapidité lorsque
que j’avais besoin d’un produit, ou pour m’avoir aidé à chercher partout dans le labo les choses dont
j’avais besoin. Tu as souvent été mes yeux !

Enfin comme je l’ai dit plus haut, le RICC a été ma famille pendant trois ans. Plus que des collègues,
certains sont devenus des amis, embarqués dans la même galère ! Merci, un grand et "hudge" merci.
Sans vous, votre bonne humeur, nos pauses caféines et nos apéros rien n’aurait été possible. Je radote
je radote mais merci à vous tous : Dr G pour ton humour, Victor pour ta générosité, Nicolas pour avoir
tenté de me sortir du monde des bisounours (ce fut un échec mais bien tenté), Jeremy B, Quentin D,
Graham, Valentin grand amateur de T et de bagarre de chips, à Bastien supernova, à qui une claque
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ne fait pas peur (hihi) et merci à Lucile, j’espère que la salle U ne te fera pas trop tourner en bourrique.
Merci à Clément et son accent du Tarn (Tu le vis ça ?), ta passion pour ton travail et tes connaissances
en chimie m’ont poussé vers le haut. Merci à Ronchonchon, mon mari de travail (alias M Starck),
Stéphane.O un stagiaire Rebel mais dans le bon sens et Céline ma tata chimie de la pièce 337. Il me
reste à remercier mes petits rayons de soleil, Julie ma rêveuse préférée, Marie mon petit cœur toujours
débordant d’attention pour tout le monde et Maria mon petit ange fosséen toujours optimiste du
laboratoire. Votre présence, votre soutien et vos sourires ont été des drogues plus efficaces que la
caféine.
Merci également aux autres membres du service, notamment Camille. Tu es été ma première rencontre
ici, et sans toi ces trois années aurait été difficiles.
Je remercie également tous mes amis grenoblois et ceux laissés en Alsace, qui ont toujours cru en moi.

Merci à ma famille, mes tatas et mes tontons, mes cousins et cousines sans qui je ne serais pas là
aujourd’hui. Vous m’avez toujours poussée en avant, merci du fond du cœur. Merci à mon
crapouillou, mon chenapan de filleul pour tes dessins, tes cartes et tes "je t’aime" qui m’ont réchauffés
le cœur. Un merci tout particulier aux deux autres membres du trio infernal des trois cloches, mes
cousines Elise et Fanny, qui sont pour moi comme mes sœurs. Vous avez été là à chaque étape de mon
parcours, à prendre soin de moi. Grâce à vous, et votre amour j’ai tenu bon. Enfin, merci à maman qui
a donné beaucoup de sa personne pour que je puisse être la aujourd’hui. Merci pour ta force, ton
courage et ton amour qui ont fait de moi celle que je suis. Sans toi, ma petite maman, cette aventure
aurait été impossible. Merci à mes anges gardiens de longue date, mon papa et mon frère Cédric. Vous
avez été mes guides, ma force et mon sourire tout au long de ces années.
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Pour terminer, je voudrais dédier ce manuscrit à un homme à qui je dois beaucoup. Son entêtement, sa
force, son courage et sa volonté ont été des exemples pour moi, mais c’est surtout son humour et sa
tendresse qui m’ont apporté de nombreux moments de bonheur et qui ont contribué à mener à bien
l’aventure de ma thèse. Les mots me semblent bien faible pour expliciter ce que je te dois, alors je te
dis juste Merci, ce travail est pour toi tonton Jojo.

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SOMMAIRE

ABREVIATIONS 15

Introduction Générale 19

Chapitre I
I L’Acide Désoxyribonucléique 27
I.1 Historique 29
I.2 Structure et fonction de l’ADN 29
I.1.1 Structure primaire 30
I.1.2 Structures secondaires 32
I.1.2.1 La conformation B 32
I.1.2.2 La conformation A 33
I.1.2.3 La conformation Z 34
I.1.3 Structures tertiaires 35
I.1.3.1 La famille des triplex d’ADN 35
I.1.3.2 Quadruplex et i-motif 36
I.2 De la cellule à l’être vivant 38
I.3 L’ADN en (inter)action 40
I.3.1 Reconnaissance de l’ADN par des protéines 41
I.3.1.1 Les protéines, en bref 41
I.3.1.2 Interactions protéines-ADN 44
I.3.2 Reconnaissance par des oligonucléotides 47
I.4 ADN, cible thérapeutique 47
I.4.1 Les acides nucléiques peptidiques 47
I.4.2 Les complexes métalliques 48
I.4.2.1 Les complexes de Pt(II) 49
I.4.2.2 Les complexes de Pt(IV) 52
I.4.2.3 Autres complexes métalliques 53
I.5 ADN et sondes 54
I.5.1 Phénomène d’intercalation 56
I.5.2 Les complexes de reconnaissance intercalant de l’ADN 57
II LES LANTHANIDES 63
II.1 Historique 65
II.2 La chimie des lanthanides 66
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II.2.1 Propriétes spectroscopiques des lanthanides 67
II.2.2 Propriétés magnétiques des lanthanides 68
II.2.3 Propriétés de luminescence 69
II.2.3.1 Définition 70
II.2.3.2 La luminescence des lanthanides 70
II.2.3.3 Sensibilisation et effet d’antenne 71
II.3 Exploitation des propriétés des lanthanides 76
II.3.1 Applications industrielles 76
II.3.2 Applications pour le vivant 77
II.3.2.1 Exploitation des propriétés magnétiques 77
II.3.2.2 Exploitation des propriétés de luminescence 78
II.4 Lanthanides et peptides 84
II.4.1 Interaction des lanthanides avec les sites à calcium des protéines 84
II.4.2 Insertion des lanthanides dans des peptides 85
II.4.2.1 Les complexes de lanthanides bioconjugués 85
II.4.2.2 Les peptides liant les lanthanides par les chaînes latérales des acides aminés 88
II.4.2.3 Hexapeptides incorporant des acides aminés chélatants non naturels 89
II.4.3 Élaboration de complexes peptides-lanthanides pour détecter l’ADN 91

Chapitre II Elaboration et Synthèse des sondes
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I Les noyaux intercalants 97
I.1 La proflavine 99
I.1.1 Comme sensibilisateur ? 99
I.1.2 Comme intercalant ? 101
I.2 Le naphthalimide 106
I.2.1 Comme sensibilisateur ? 106
I.2.2 Comme Intercalant ? 108
II De P22 aux sondes Intercalant-P22 111
II.1 Sondes de première génération 112
II.2 Sondes de deuxième génération : Introduction d’un espaceur 113
II.3 Sonde de troisième génération : peptide de haute denticité 115
II.4 Sonde de troisième génération : Noyau naphthalimide à cycle étendu 116
III Synthèse et caractérisation des sondes 117
III.1 Stratégie 117
III.1.1 Synthèses des intercalants 118
III.1.1.1 Synthèse du dérivé proflavine 3 118
III.1.1.2 Synthèse du dérivé naphthalimide 5 119
III.1.1.3 Synthèse du dérivé thiazolonaphthalimide 10 119
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