PRESENTATION GENERALE ET RESUMEE DES TRAVAUX

Les êtres vivants, en particulier ceux du règne végétal, biosynthétisent une grande variété de molécules organiques, les substances naturelles. Plus fascinant encore, que la variation de leur structure ou de leur voie de biosynthèse, est leur rôle biologique, bien que souvent il demeure encore inconnu.

En effet, certaines de ces substances interviennent dans les interactions entre l'organisme qui les produit et son environnement. Elles sont alors soit des messagers chimiques, soit des armes offensives ou défensives. Leur activité biologique conduit parfois à des utilisations spectaculaires (pénicilline).

Enfin, si les unes ont une large répartition, d'autres sont caractéristiques d'une espèce et peuvent aider à la détermination.

La chimie des substances naturelles recouvre des aspects souvent complémentaires: - Isolement - Etablissement des structures - Etude des voies de biosynthèse - Synthèse chimique. Ce sont des étapes préalables à la compréhension de leurs fonctions biologiques.

Mes travaux ont concerné la chimie des produits naturels sous ces différents aspects. Eugène CHEVREUL définissait la chimie comme la science de l'analyse et de la synthèse et précisait que l'analyse généralement précède la synthèse. Cependant, dans cet exposé, je présenterai les travaux de synthèse organique avant ceux d'analyse parce qu'ils ont été effectués chronologiquement dans cet ordre, qui est pédagogique.

Sous la direction du Professeur Charles MENTZER, puis celle du Professeur Darius MOLHO, au Laboratoire de Chimie du Muséum, j'ai abordé la synthèse de substances naturelles. Le but en était, soit d'obtenir des produits d'intérêt biologique difficiles à extraire, soit de mieux comprendre les réactions chimiques permettant de transformer entre eux des composés dont les structures sont reliées.

C'est dans cet esprit que, intégré dans une équipe de chimistes, j'ai participé à la synthèse de sels de benzopyrylium et d'analogues ainsi qu'à l'étude de leur réactivité vis-à-vis de différents agents nucléophiles et de réactifs d'oxydation et de réduction. Le noyau benzopyrylium intervient dans la structure de composés naturels comme les anthocyanes. Des oxydations et des réductions appropriées des cations flavyliums (phényl-2 benzopyryliums) conduisent respectivement aux flavones et flavènes correspondants. Par différentes méthodes nous avons réalisé la synthèse de composés naturels ou celle du squelette de produits naturels de la classe des flavonoïdes.

La charge positive des sels de flavylium est délocalisée sur les atomes de carbone en position -2 et en position -4 impliquant de ce fait une réactivité des agents nucléophiles sur l'un ou l'autre de ces atomes. Nous avons mis en évidence l'influence de la nature du substituant en -3 sur l'orientation de la réaction avec les alcools et les réducteurs: les résultats obtenus avec les alcools permettent de prévoir le comportement vis-à-vis de l'oxydation chromique en flavone : ceux qui réagissent en -4 peuvent être oxydés en flavone. Le trinitrate de thallium est un agent d'oxydation utilisable pour réaliser cette même oxydation avec les sels réagissant en -2 avec les alcools. Certaines réactions observées entre les sels de benzopyrylium et les alcools ou les cétones ont été généralisées à d'autres ions carbéniums où la charge est stabilisée par une double liaison: ces ions avaient été formés par action d'un acide fort sur des diaryl-carbinols substitués.

Une autre partie de mes travaux de recherche concerne la chimie des substances naturelles sous l'angle analytique. Nous avons isolé de lichens et de champignons un certain nombre de substances originales dont nous avons déterminé les structures en utilisant les méthodes d'analyse spectrométrique et des modifications chimiques.

Le rôle biologique des substances lichéniques est encore mystérieux, mais leur utilité pour la détermination et la définition des espèces botaniques est précieuse. Les principales substances qu'ils produisent et qui les caractérisent sont les depsides et les depsidones. substances aromatiques. Nous avons isolé et identifié plusieurs métabolites nouveaux de ce type. Nous avons également extrait et caractérisé l'acide bourgéanique de plusieurs Ramalina : c'est le seul "depside aliphatique" des lichens. Sa structure a été élucidée par spectrométrie de masse, de RMN et des réactions chimiques, puis confirmée par la synthèse. La chiralité des huit centres d'asymétrie a été déterminée par des méthodes physico-chimiques et vérifiée par une étude radiocristallographique. Enfin, nous avons montré que l'acide bourgéanique est biosynthétisé par la voie acétique-polymalonique, donc comme les autres depsides, et que les nombreuses ramifications méthyles proviennent de méthylations par la méthionine.

Plusieurs acides aliphatiques nouveaux, issus d'une biosynthèse mixte utilisant la voie acétique-polymalonique et le cycle des acides tricarboxyliques ont été isolés de lichens: acides neuropogolique, isomuronique et w-acétoxy-lichestérinique. Nous avons montré que l'acide spiculisporique, métabolite de la même classe, produit par un Penicillium biosynthétisé par condensation d'une molécule d'acide laurique issue de la voie acétique-polymalonique avec une molécule d'acide a-cétoglutarique provenant du cycle de Krebs.

L'étude des constituants chimiques des carpophores de champignons collectés en Guyane qui interviennent dans les processus de décomposition du bois a conduit à l'isolement des acides ganodériques M et N, nouveaux triterpènes cytotoxiques dérivés du lanostane et qui présentent un degré d'oxydation élevé, de deux nouveaux stérols et d'une naphtyl-napthoquinone apparentée à la juglone, l'hypoxylone.

Le développement de ces travaux d'isolement et d'analyse structurale de produits naturels nous a conduit à rechercher plus particulièrement les substances qui sont impliquées dans les interactions entre un champignon et un autre .organisme vivant du règne végétal. Deux axes sont actuellement suivis: l'un concerne la recherche de substances émises par des champignons du genre Trichoderma qui interviennent dans leur action antagoniste contre d'autres champignons (en choisissant comme cible des phytopathogènes). L'autre concerne la recherche de phytotoxines émises par un champignon (Hypoxylon mammatum) agent du chancre des peupliers trembles.

Pour expliquer le pouvoir pathogène de H. mammatum sur les peupliers trembles plusieurs phytopathologistes avaient émis l'hypothèse de l'implication de toxines spécifiques et avaient mis au point des tests d'activité toxique in vitro représentatifs de la maladie. Nous avons entrepris, en étroite collaboration avec des phytopathogistes et des forestiers et avec l'appui du CNRS (ATP Messagers chimiques), la recherche de ces toxines. Nous avons actuellement isolé plusieurs phytotoxines et déterminé les structures des deux principales, les hymatoxines A et B qui sont des diterpènes comportant une fonction sulfate. Ces produits sont utilisés par les phytopathologistes pour étudier la sensibilité des différents clones de tremble aux toxines dans le but d'essayer d'obtenir une méthode de sélection rapide de clones résistants et d'étudier le rôle des toxines dans la pathogénéité.

L'action antagoniste des Trichoderma (champignons saprophytes, très répandus, qui ont un rôle biologique essentiel dans l'équilibre des sols) contre ' d'autres microorganismes est explicable en partie par la production de substances antibiotiques-antifongiques. Nous avons caractérisé dans plusieurs espèces des substances ayant ces propriétés.

Une partie de ces recherches a été initiée par une collaboration avec la société ORSAN qui souhaitait comprendre les raisons de l'activité antagoniste remarquable d'une souche de T. harzianum dont elle avait mis au point la production industrielle. Nous avons expliqué l'action observée par la production d'une lactone (pentyl-6 pyrone-2) dont nous avons mis en évidence l'activité antifongique et de peptides originaux, les trichorzianines.

Les trichorzianines sont des peptides linéaires que nous avons extraits d'une culture sporulée de T. harzianum et dont les structures sont caractérisées par: - un poids moléculaire de 1900-2000 dallons, - la présence de 18 amino-acides, la plupart hydrophobes avec une forte teneur en méthylalanine, - un résidu amino-acide N-terminal acétyle et un amino-alcool comme résidu C-terminal (Trpol ,ou Phéol). Ces peptides forment un mélange microhétérogène particulièrement complexe: nous avons isolé par chromatographie liquide haute performance plus de quinze constituants se répartissant en deux groupes, les trichorzianines A neutres et les trichorzianines B acides.

Les séquences des 13 principales trichorzianines A et B ont été déterminées par l'utilisation complémentaire de la spectrométrie de masse FAB et de la RMN 2D à haut champ, les méthodes classiques d'analyse des protéines n'étant pas applicables à ces peptides. L'étude de leur conformation en solution a été entreprise par RMN et dichroïsme circulaire et conclut à l'organisation en hélice droite. principalement de type 3₁₀

L'hydrophobicité des trichorzianines suggère une interaction avec les membranes. Aussi nous avons entrepris l'étude de cette interaction, principalement par les techniques de fluorescence et observé non seulement une insertion des peptides dans des bicouches de phospholipides organisés en vésicules, mais encore une modification de la perméabilité de cette bicouche provoquée par l'addition des peptides. Profitant de la diversité naturelle des trichorzianines nous avons commencé une étude de relation structure-activité et observé une variation parallèle de leur activité sur des modèles de membranes (lyposomes) et des cellules vivantes (amibes).

Le développement de ces recherches aura pour but de préciser cette relation structure-activité et de déterminer la nature des modifications membranaires. Il est soutenu par une action du CNRS (Interface Chimie-Biologie) dans le cadre d'une collaboration avec des biologistes et des biophysiciens.

En dehors de ces travaux qui concernent la chimie des cryptogames, nous apportons notre soutien scientifique à d'autres recherches sur des substances naturelles impliquées dans des activités biologiques ou posant des problèmes particuliers et qui font appel aux mêmes méthodes physicochimiques d'analyse.

Ainsi en collaboration avec des chercheurs de l'Université de Yaoundé, nous étudions des constituants de plantes médicinales du Cameroun et avec un chercheur de l'Institut agronomique de Rabat, nous avons identifié les principales toxines d'une Ombellifère. Une étude sur les compositions chimiques de cires de cochenille a été effectuée à la demande d'entomologistes du Muséum National d'Histoire Naturelle.