Identification de nouveaux substrats des kinases Erk1/2 par une approche bio-informatique, pharmacologique et phosphoprotéomique

La phosphorylation est une modification post-traductionnelle omniprésente des protéines Cette modification est ajoutée et enlevée par l’activité enzymatique respective des protéines kinases et phosphatases. Les kinases Erk1/2 sont au cœur d’une voie de signalisation importante qui régule l’activité de protéines impliquées dans la traduction, le cycle cellulaire, le réarrangement du cytosquelette et la transcription. Ces kinases sont aussi impliquées dans le développement de l’organisme, le métabolisme du glucose, la réponse immunitaire et la mémoire. Différentes pathologies humaines comme le diabète, les maladies cardiovasculaires et principalement le cancer, sont associées à une perturbation de la phosphorylation sur les différents acteurs de cette voie. Considérant l’importance biologique et clinique de ces deux kinases, connaître l’étendue de leur activité enzymatique pourrait mener au développement de nouvelles thérapies pharmacologiques. Dans ce contexte, l’objectif principal de cette thèse était de mesurer l’influence de cette voie sur le phosphoprotéome et de découvrir de nouveaux substrats des kinases Erk1/2. Une étude phosphoprotéomique de cinétique d’inhibition pharmacologique de la voie de signalisation Erk1/2 a alors été entreprise. Le succès de cette étude était basé sur trois technologies clés, soit l’enrichissement des phosphopeptides avec le dioxyde de titane, la spectrométrie de masse haut débit et haute résolution, et le développement d’une plateforme bio-informatique nommée ProteoConnections. Cette plateforme permet d’organiser les données de protéomique, évaluer leur qualité, indiquer les changements d’abondance et accélérer l’interprétation des données. Une fonctionnalité distinctive de ProteoConnections est l’annotation des sites phosphorylés identifiés (kinases, domaines, structures, conservation, interactions protéiques phospho-dépendantes). Ces informations ont été essentielles à l’analyse des 9615 sites phosphorylés sur les 2108 protéines identifiées dans cette étude, soit le plus large ensemble rapporté chez le rat jusqu’à ce jour. L’analyse des domaines protéiques a révélé que les domaines impliqués dans les interactions avec les protéines, les acides nucléiques et les autres molécules sont les plus fréquemment phosphorylés et que les sites sont stratégiquement localisés pour affecter les interactions. Un algorithme a été implémenté pour trouver les substrats potentiels des kinases Erk1/2 à partir des sites identifiés selon leur motif de phosphorylation, leur cinétique de stimulation au sérum et l’inhibition pharmacologique de Mek1/2. Une liste de 157 substrats potentiels des kinases Erk1/2 a ainsi été obtenue. Parmi les substrats identifiés, douze ont déjà été rapportés et plusieurs autres ont des fonctions associées aux substrats déjà connus. Six substrats (Ddx47, Hmg20a, Junb, Map2k2, Numa1, Rras2) ont été confirmés par un essai kinase in vitro avec Erk1. Nos expériences d’immunofluorescence ont démontré que la phosphorylation de Hmg20a sur la sérine 105 par Erk1/2 affecte la localisation nucléocytoplasmique de cette protéine. Finalement, les phosphopeptides isomériques positionnels, soit des peptides avec la même séquence d’acides aminés mais phosphorylés à différentes positions, ont été étudiés avec deux nouveaux algorithmes. Cette étude a permis de déterminer leur fréquence dans un extrait enrichi en phosphopeptides et d’évaluer leur séparation par chromatographie liquide en phase inverse. Une stratégie analytique employant un des algorithmes a été développée pour réaliser une analyse de spectrométrie de masse ciblée afin de découvrir les isomères ayant été manqués par la méthode d’analyse conventionnelle.

Étude de la voie de signalisation de l’insuline chez la drosophile par une approche phosphoprotéomique

La phosphorylation est une modification post-traductionnelle modulant l’activité, la conformation ou la localisation d’une protéine et régulant divers processus. Les kinases et phosphatases sont responsables de la dynamique de phosphorylation et agissent de manière coordonnée. L’activation anormale ou la dérégulation de kinases peuvent conduire au développement de cancers ou de désordres métaboliques. Les récepteurs tyrosine kinase (RTKs) sont souvent impliqués dans des maladies et la compréhension des mécanismes régissant leur régulation permet de déterminer les effets anticipés sur leurs substrats. Dans ce contexte, le but de cette thèse est d’identifier les évènements de phosphorylation intervenant dans la voie de l’insuline chez la drosophile impliquant un RTK : le récepteur de l’insuline (InR). La cascade de phosphorylation déclenchée suite à l’activation du récepteur est conservée chez le mammifère. Afin d’étudier le phosphoprotéome de cellules S2 de drosophile, nous avons utilisé une étape d’enrichissement de phosphopeptides sur dioxyde de titane suivie de leur séparation par chromatographie liquide (LC) et mobilité ionique (FAIMS). Les phosphopeptides sont analysés par spectrométrie de masse en tandem à haute résolution. Nous avons d’abord démontré les bénéfices de l’utilisation du FAIMS comparativement à une étude conventionnelle en rapportant une augmentation de 50 % dans le nombre de phosphopeptides identifiés avec FAIMS. Cette technique permet de séparer des phosphoisomères difficilement distinguables par LC et l’acquisition de spectres MS/MS distincts où la localisation précise du phosphate est déterminée. Nous avons appliqué cette approche pour l’étude des phosphoprotéomes de cellules S2 contrôles ou traitées à l’insuline et avons identifié 32 phosphopeptides (sur 2 660 quantifiés) pour lesquels la phosphorylation est modulée. Étonnamment, 50 % des cibles régulées possèdent un site consensus pour la kinase CK2. Une stratégie d’inhibition par RNAi a été implémentée afin d’investiguer le rôle de CK2 dans la voie de l’insuline. Nous avons identifié 6 phosphoprotéines (CG30085, su(var)205, scny, protein CDV3 homolog, D1 et mu2) positivement régulées suite à l’insuline et négativement modulées après le traitement par RNAi CK2. Par essai kinase in vitro, nous avons identifié 29 cibles directes de CK2 dont 15 corrélaient avec les résultats obtenus par RNAi. Nous avons démontré que la phosphorylation de su(var)205 (S15) était modulée par l’insuline en plus d’être une cible directe de CK2 suite à l’expérience RNAi et à l’essai kinase. L’analyse des données phosphoprotéomiques a mis en évidence des phosphopeptides isomériques dont certains étaient séparables par FAIMS. Nous avons déterminé leur fréquence lors d’études à grande échelle grâce à deux algorithmes. Le script basé sur les différences de temps de rétention entre isomères a identifié 64 phosphoisomères séparés par LC chez la souris et le rat (moins de 1 % des peptides identifiés). Chez la drosophile, 117 ont été répertoriés en combinaison avec une approche ciblée impliquant des listes d’inclusion. Le second algorithme basé sur la présence d’ions caractéristiques suite à la fragmentation de formes qui co-éluent a rapporté 23 paires isomériques. L’importance de pouvoir distinguer des phosphoisomères est capitale dans le but d’associer une fonction biologique à un site de phosphorylation précis qui doit être identifié avec confiance.

Etude spectroscopique d’un plasma micro-onde à la pression atmosphérique et son application à la synthèse de nanostructures

L’objectif de ce mémoire de maîtrise est de caractériser la distribution axiale des plasmas tubulaires à la pression atmosphérique créés et entretenus par une onde électromagnétique de surface ainsi que d’explorer le potentiel de ces sources pour la synthèse de matériaux et de nanomatériaux. Un précédent travail de thèse, qui avait pour objectif de déterminer les mécanismes à l’origine de la contraction radiale du plasma créé dans des gaz rares, a mis en lumière un phénomène jusque-là inconnu dans les plasmas d’onde de surface (POS). En effet, la distribution axiale varie différemment selon la puissance incidente ce qui constitue une différence majeure par rapport aux plasmas à pression réduite. Dans ce contexte, nous avons réalisé une étude paramétrique des POS à la pression atmosphérique dans l’Ar. À partir de nos mesures de densité électronique, de température d’excitation et de densité d’atomes d’Ar dans un niveau métastable (Ar 3P2), résolues axialement, nous avons conclu que le comportement axial de l’intensité lumineuse avec la puissance n’est pas lié à un changement de la cinétique de la décharge (qui est dépendante de la température des électrons et de la densité d’atomes d’Ar métastables), mais plutôt à une distribution anormale de dissipation de puissance dans le plasma (reliée à la densité d’électrons). Plus précisément, nos résultats suggèrent que ce dépôt anormal de puissance provient d’une réflexion de l’onde dans le fort gradient de densité de charges en fin de colonne, un effet plus marqué pour de faibles longueurs de colonnes à plasma. Ensuite, nous avons effectué une étude spectroscopique du plasma en présence de précurseurs organiques, en particulier le HMDSO pour la synthèse de matériaux organosiliciés et l’IPT pour la synthèse de matériaux organotitaniques. Les POS à la PA sont caractérisés par des densités de charges très élevées (>10^13 cm^-3), permettant ainsi d’atteindre des degrés de dissociation des précurseurs nettement plus élevés que ceux d'autres plasmas froids à la pression atmosphérique comme les décharges à barrière diélectrique. Dans de tels cas, les matériaux synthétisés prennent la forme de nanopoudres organiques de taille inférieure à 100 nm. En présence de faibles quantités d’oxygène dans le plasma, nous obtenons plutôt des nanopoudres à base d’oxyde de silicium (HMDSO) ou à base de titanate de silicium (IPT), avec très peu de carbone.

Development of novel surface coatings based on acrylic copolymers

The present study describes the preparation of Vinyl acetate-Butyl acrylate copolymer lattices of varying compositions and solid contents by semicontinuous emulsion polymerization method. This copolymer lattices were used as binder to develop a new surface coating formulation. The properties of this surface coating were improved by using nano TiO2 colloidal sol as a pigment. Antimicrobial activity of surface coatings was improved by the addition of carboxymethyl chitosan as biocide. Uniformly dispersed tyre crumb was used to give a mat finish to the coating. The mechanical properties adhesive properties, thermal properties etc. of the coatings are presented in thesis.

Studies on Catalysis by Nano Titania Modified with Metals and Nonmetals

Semiconductor photocatalysis has received much attention during last three decades as a promising solution for both energy generation and environmental problems. Heterogeneous photocatalytic oxidation allows the degradation of organic compounds into carbon dioxide and water in the presence of a semiconductor catalyst and UV light source. The •OH radicals formed during the photocatalytic processes are powerful oxidizing agents and can mineralise a number of organic contaminants. Titanium dioxide (TiO2), due to its chemical stability, non-toxicity and low cost represents one of the most efficient photocatalyst. However, only the ultraviolet fraction of the solar radiation is active in the photoexcitation processes using pure TiO2 and although, TiO2 can treat a wide range of organic pollutants the effectiveness of the process for pollution abatement is still low. A more effective and efficient catalyst therefore must be formulated. Doping of TiO2 was considered with the aim of improving photocatalytic properties. In this study TiO2 catalyst was prepared using the sol-gel method. Metal and nonmetal doped TiO2 catalysts were prepared. The photoactivity of the catalyst was evaluated by the photodegradation of different dyes and pesticides in aqueous solution. High photocatalytic degradation of all the pollutants was observed with doped TiO2. Structural and optical properties of the catalysts were characterized using XRD, BET surface area, UV-Vis. DRS, CHNS analysis, SEM, EDX, TEM, XPS, FTIR and TG. All the catalysts showed the anatase phase. The presence of dopants shifts the absorption of TiO2 into the visible region indicating the possibility of using visible light for photocatalytic processes.

Estabilidade e eficácia de fotoprotetores contendo filtros inorgânicos e quercetina

A exposição ao sol traz benefícios à saúde, no entanto, o excesso pode ocasionar danos cutâneos dentre os quais se destacam as neoplasias. A fotoproteção é um método para a prevenção dos efeitos danosos da radiação ultravioleta (UV) e a biodiversidade Brasileira é campo fértil para pesquisas nesta área. Dessa forma, os objetivos deste estudo envolveram o desenvolvimento de formulações fotoprotetoras contendo quercetina (composto bioativo) e filtros solares físicos (dióxido de titânio e óxido de zinco), com posterior caracterização das formulações e avaliação da sua estabilidade. As formulações contendo o composto bioativo, isolado ou em associação com os filtros físicos, possuíram valores de pH biocompatíveis com a pele,intervalo de viscosidade aparente entre 10550 e 23600 cP; fator de proteção solar (FPS) estimado entre 2.1 e 22.5; e amplo espectro de proteção, com comprimentos de onda crítico acima de 379 nm. Constatou-se que não foi adequado utilizar a quercetina associada aos filtros solares físicos devido às interações negativas que ocorreram entre o composto e os metais, somente identificadas ao longo do estudo de estabilidade. No entanto, em função da eficácia estimada in vitro apresentada pelo flavonoide, seu uso ainda pode ser explorado como substituto alternativo aos filtros solares clássicos.

Spectroscopy of ultrathin epitaxial rutile TiO[sub 2](110) films grown on W(100)

Epitaxial ultrathin titanium dioxide films of 0.3 to similar to 7 nm thickness on a metal single crystal substrate have been investigated by high resolution vibrational and electron spectroscopies. The data complement previous morphological data provided by scanned probe microscopy and low energy electron diffraction to provide very complete characterization of this system. The thicker films display electronic structure consistent with a stoichiometric TiO2 phase. The thinner films appear nonstoichiometric due to band bending and charge transfer from the metal substrate, while work function measurements also show a marked thickness dependence. The vibrational spectroscopy shows three clear phonon bands at 368, 438, and 829 cm(-1) (at 273 K), which confirms a rutile structure. The phonon band intensity scales linearly with film thickness and shift slightly to lower frequencies with increasing temperature, in accord with results for single crystals. (c) 2007 American Institute of Physics.

Standardised ileal digestibility of crude protein and amino acids of UK-grown peas and faba beans by broilers

In view of the increasing interest in home-grown legumes as components of diets for non-ruminant livestock and in an attempt to reduce the reliance on imported soya bean meal (SBM), two experiments were conducted to evaluate samples of peas and faba beans for their standardised ileal digestibility (SID) of amino acids determined with young broiler chicks. Experiment 1 evaluated six faba bean and seven pea cultivars and Experiment 2 evaluated two faba bean and three pea cultivars as well as a sample of soya bean meal provided as a reference material. Peas and beans were added at 750g/kg as the only source of protein/amino acids in a semi-synthetic diet containing the inert marker titanium dioxide; SBM was added, in a control diet, at 500g/kg. Each diet was fed to six replicates of a cage containing two Ross-type broilers for 96h at which point birds were culled allowing removal of ileal digesta. Chemical analyses allowed the calculation of the coefficient of SID of amino acids. There were no differences between samples of the same pulse species (P>0.05) but peas had higher values (P<0.05), similar to SBM, than beans. Trypsin inhibitor content (expressed as g trypsin inhibitor units/mg sample) of all pea samples was low and in the range 0.83–1.77mg/kg. There was relatively little variation in bean tannin content and composition amongst the coloured-flowered varieties; however, the white-flowered cultivar had no tannins. There was no correlation between tannin content and coefficient of SID. The content of SID of amino acids (g/kg legume) was higher in SBM when compared with peas and beans by virtue of having higher total concentrations.

Microbiological Shelf Life of Pasteurized Milk in Bottle and Pouch

Shelf life of pasteurized milk in Brazil ranges from 3 to 8 d, mainly due to poor cold chain conditions that prevail throughout the country and subject the product to repeated and/or severe temperature abuse. This study evaluated the influence of storage temperature on the microbiological stability of homogenized whole pasteurized milk (75 degrees C/15 s) packaged in high-density polyethylene (HDPE) bottle and low-density polyethylene (LDPE) pouch, both monolayer materials pigmented with titanium dioxide (TiO(2)). The storage temperatures investigated were 2, 4, 9, 14, and 16 degrees C. Microbiological evaluation was based on mesophilic and psychrotrophic counts with 7 log CFU/mL and 6 log CFU/mL, respectively, set as upper limits of acceptability for maintaining the quality of milk. The microbiological stability for pasteurized milk packaged in HDPE bottle and stored at 2, 4, 9, 14, and 16 degrees C was estimated at 43, 36, 8, 5, and 3 d, respectively. For milk samples packaged in LDPE pouch, shelf life was estimated at 37, 35, 7, 3, and 2 d, respectively. The determination of Q(10) and z values demonstrated that storage temperature has a greater influence on microbiological shelf life of pasteurized milk packaged in LDPE pouch compared to HDPE bottle. Based on the results of this study, HDPE bottle was better for storing pasteurized milk as compared to LDPE pouch.

Chemical modification of a nanocrystalline TiO(2) film for efficient electric connection of glucose oxidase

A novel biosensor for glucose was prepared by adsorption of 1,1`-bis(4-carboxybenzyl)-4,4`-bipyridinium di-bromide compound (H(2)BpybcBr(2)) onto the surface of a nanocrystalline TiO(2) film deposited onto FTO glasses, which was used as a platform to assemble the enzyme glucose oxidase to the electrode surface. The H(2)BpybcBr(2)/TiO(2)/FTO modified electrode was characterized by scanning electron microscopy, X-ray fluorescence image, cyclic voltammograms and spectroelectrochemical measurements. The immobilization of GOD on functionalized TiO(2) film led to stable amperometric biosensing for glucose with a linear range from 153 mu mol L(-1) to 1.30 mmol L(-1) and a detection limit of 51 mu mol L(-1). The apparent Michaelis-Menten constant (K(m)) was estimated to be 3.76 mmol L(-1), which suggested a high enzyme-substrate affinity. The maximum electrode sensitivity was 1.25 mu A mmol L(-1). The study proved that the combination of viologen mediators with TiO(2) film retains the electrocatalytic activity of the enzyme, and also enhances the electron transfer process, and hence regenerating the enzyme in the reaction with glucose. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

Raman evidence of the interaction between multiwalled carbon nanotubes and nanostructured TiO(2)

Nanocomposites of carbon nanotubes and titanium dioxide (TiO(2)) have attracted much attention due to their photocatalytic properties. Although many examples in the literature have visualized these nanocomposites by electron microscopic images, spectroscopic characterization is still lacking with regard to the interaction between the carbon nanotube and TiO(2). In this work, we show evidence of the attachment of nanostructured TiO(2) to multiwalled carbon nanotubes(MWNTs) by Raman spectroscopy. The nanostructured TiO(2) was characterized by both full-width at half-maximum (FWHM) and the Raman shift of the TiO(2) band at ca 144 cm(-1), whereas the average diameter of the crystallite was estimated as approximately 7 nm. Comparison of the Raman spectra of the MWNTs and MWNTs/TiO(2) shows a clear inversion of the relative intensities of the G and D bands, suggesting a substantial chemical modification of the outermost tubes due to the attachment of nanostructured TiO(2). To complement the nanocomposite characterization, scanning electronic microscopy and X-ray diffraction were performed. Copyright (C) 2011 John Wiley & Sons, Ltd.

Surface-enhanced Raman study of electrochemical and photocatalytic degradation of the azo dye Janus Green B

The photocatalytic degradation of Janus Green B azo dye over silver modified titanium dioxide films was investigated by surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS). An optimized SERS-active substrate was employed to study the photodegradation reaction of Janus Green B. Considering that photocatalytic degradation processes of organic molecules adsorbed on TiO2 might involve either their oxidation or reduction reaction, the vibrational spectroelectrochemical study of the dye was also performed, in order to clarify the transformations involved in initial steps of its photochemical decomposition. In order to understand the changes in Raman spectra of Janus Green B after photodegradation and/or electrochemical processes, a vibrational assignment of the main Raman active modes of the dye was carried out, based on a detailed resonance Raman profile. Products formed by electrochemical and photochemical degradation processes were compared. The obtained results revealed that the first steps of the degradation process of Janus Green B involve a reductive mechanism. (C) 2007 Published by Elsevier B.V.

Hybrid photocatalysts for the degradation of trichloroethylene in air

Hybrid photocatalysts based on an adsorbent SiMgOx and a photocatalyst TiO(2) were developed in a plate shape. The ceramic surface was coated with TiO(2) by the slip-casting technique. The effect of the support in the photocatalytic degradation of trichloroethylene (TCE) was analyzed by modifying TiO(2) loading and the layer thickness. Photocatalysts were characterised by N(2) adsorption-desorption, mercury intrusion porosimetry, SEM, UV-vis spectroscopy and XRD. A direct relationship between the TiO(2) content and the photocatalytic activity was observed up to three layers of TiO(2) (0.66 wt.%). Our results indicate that intermediate species generated on the TiO(2) layer can migrate through relatively long distances to react with the OH(-) surface groups of the support. By increasing the TiO(2) loading of the photocatalyst two effects were observed: trichloroethylene conversion is enhanced, while the efficiency of the oxidation process is decreased at expenses of increasing the selectivity to COCl(2) and dichloroacetylchloride (DCAC). The results are discussed in terms of the layer thickness, TiO(2) amount, TCE conversion and CO(2), and COCl(2) selectivity. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Removal of phenol in high salinity media by a hybrid process (activated sludge plus photocatalysis)

The degradation of phenol by a hybrid process (activated sludge + photocatalysis) in a high salinity medium (50 g L-1 of chloride) has been investigated. The sludge used from a municipal wastewater facility was adapted to the high salt concentrations prior to use. The photocatalytic conditions were optimized by means of a factorial experimental design. TiO2 P25 from Degussa was used as the photocatalyst. The initial phenol concentration was approximately 200 mg L-1 and complete removal of phenol and a mineralization degree above 98% were achieved within 25 h of treatment (24 h of biological treatment and I h of photocatalysis). From HPLC analyses, five hydroxylated intermediates formed during oxidation have been identified. The main ones were catechol and hydroquinone, followed by 1,2,4-benzenetriol, 2-hydroxy- 1,4-benzoquinone, and pyrogallol, in this order. No formation of organochlorine compounds was observed. Therefore, the proposed hybrid process showed itself to be suited to treat phenol in the presence of high contents of salt. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

TiO(2)-PHOTOCATALYZED DEGRADATION OF PHENOL IN SALINE MEDIA IN AN ANNULAR REACTOR: HYDRODYNAMICS, LUMPED KINETICS, INTERMEDIATES, AND ACUTE TOXICITY

The photocatalytic degradation of phenol in aqueous suspensions of TiO(2) under different salt concentrations in an annular reactor has been investigated. In all cases, complete removal of phenol and mineralization degrees above 90% were achieved. The reactor operational parameters were optimized and its hydrodynamics characterized in order to couple mass balance equations with kinetic ones. The photodegradation of the organics followed a Langmuir-Hinshelwood-Hougen- Watson lumped kinetics. From GC/MS analyses, several intermediates formed during oxidation have been identified. The main ones were catechol, hydroquinone, and 3-phenyl-2-propenal, in this order. The formation of negligible concentrations of 4-chlorophenol was observed only in high salinity medium. Acute toxicity was determined by using Artemia sp. as the test organism, which indicated that intermediate products were all less toxic than phenol and a significant abatement of the overall toxicity was accomplished, regardless of the salt concentration.