Synthèse et biosynthèse de substances défensives d'insectes

Dans le cadre de ce travail, nous nous sommes intéressés à la synthèse et à la biosynthèse de substances défensives d’insectes et, plus particulièrement, aux alcaloïdes de coccinelles.
Afin d’en déterminer la configuration absolue, nous avons, dans un premier temps, entrepris la synthèse énantiosélective de la calvine et de la 2-épicalvine, deux alcaloïdes isolés des coccinelles du genre Calvia. Pour cela, trois voies différentes ont été étudiées. Dans la première, l’étape clé consiste en la déprotonation asymétrique de la 9-méthoxycarbonyl-9-azabicyclo[3.3.1]nonan-3-one. Cette stratégie a dû être abandonnée car nous ne sommes pas parvenus à mener à bien cette réaction. Les deux autres voies de synthèse partent toutes les deux du (-)-3-phényloxazolo[3,2-a]pipéridine-5-carbonitrile. Les étapes clés de ces synthèses sont : i) l’introduction régio- et hautement stéréosélective (ee > 99%) d’une chaîne pentyle en  de l’atome d’azote ; ii) le greffage d’un groupement méthoxycarbonylméthyle en position ’, soit par une séquence oxydation anodique-substitution nucléophile, soit en utilisant la méthode « CN(R,S) » ; iii) l’hydroxyéthylation de l’atome d’azote suivie de lactonisation, ce qui nous a permis d'obtenir les deux molécules cibles dans un rapport 1 : 1 avec des rendements respectifs de 6 et 5.5% pour la deuxième synthèse testée et de 11 et 10% pour la troisième voie. La configuration absolue (2S,6S) de la (+)-calvine et celle (2R,6S) de la (+)-2-épicalvine ont été déterminées par comparaison des pouvoirs rotatoires des benzoates de synthèse avec ceux des benzoates dérivant des alcaloïdes naturels.
Afin de mieux cerner l’évolution des mécanismes de défense chimique de ces insectes, nous avons alors entrepris l’étude de la biosynthèse de deux composés isolés des coccinelles du genre Adalia : l’adaline et l’adalinine. Dans un premier temps, nous nous sommes proposé de déterminer la relation biogénétique existant entre ces deux molécules. Pour cela, nous avons synthétisé de l’adaline spécifiquement marquée au niveau de la chaîne pentyle par onze atomes de deutérium. Nous avons ensuite incorporé le produit marqué à des coccinelles du genre Adalia. L’analyse des gouttelettes d’hémolymphe par GC-MS a mis en évidence la présence d’adaline et d’adalinine marquées, suggérant donc une filiation entre ces deux molécules. Puis, afin de prouver l’origine polyacétate de l’adaline, nous avons établi un schéma de dégradation permettant d’obtenir le carbone du carbonyle de cette molécule sous forme d’acide benzoïque. Nous avons ensuite déterminé le pourcentage de radioactivité au niveau de ce carbone après incorporation de [1-14C] et de [2-14C]acétate de sodium. La comparaison des activités spécifiques relatives expérimentales et théoriques confirme sans ambiguïté que l’adaline est bien biosynthétisée par la condensation de 7 unités acétate.
Au cours de ce travail, nous avons également mis au point une méthode de production in vitro d’alcaloïdes défensifs de coccinelles au moyen d’une suspension de tissus. Cette technique nous a permis d’explorer de manière plus précise le schéma de biosynthèse de l’adaline et de la coccinelline, de déterminer l’origine biogénétique de l’atome d’azote ainsi que l'organe responsable de la synthèse des alcaloïdes chez ces insectes. Nous avons ainsi pu démontrer que : i) la L-glutamine est la source d’azote ; ii) le corps gras est l’organe responsable de la biosynthèse des alcaloïdes chez les coccinelles ; iii) ceux-ci sont formés via la condensation d’unités acétate selon la voie des acides gras. Cette méthode de suspension de tissus nous a également permis de démontrer que le crématofurane et l’isocrématofurane, deux diterpènes isolés des fourmis Crematogaster brevispinosa rochai, sont biosynthétisés selon la voie classique de l’acide mévalonique. Enfin, chez les termites Nasutitermes lujae, les résultats obtenus sont trop préliminaires pour pouvoir tirer de conclusions concernant l’organe responsable de la biosynthèse des diterpènes défensifs. Cependant, grâce à la technique de suspension de tissus, nous avons tout de même observé une incorporation de [2-14C]acétate de sodium lorsqu’on utilise le termite entier ou seulement sa tête.