Development of 3D super-resolution tomographic STED microscopy and its application to studies on bone resorption

In this doctoral thesis, a tomographic STED microscopy technique for 3D super-resolution imaging was developed and utilized to observebone remodeling processes. To improve upon existing methods, wehave used a tomographic approach using a commercially available stimulated emission depletion (STED) microscope. A certain region of interest (ROI) was observed at two oblique angles: one at a standard inverted configuration from below (bottom view) and another from the side (side view) via a micro-mirror positioned close to the ROI. The two viewing angles were reconstructed into a final tomogram. The technique, named as tomographic STED microscopy, was able to achieve an axial resolution of approximately 70 nm on microtubule structures in a fixed biological specimen. High resolution imaging of osteoclasts (OCs) that are actively resorbing bone was achieved by creating an optically transparent coating on a microscope coverglass that imitates a fractured bone surface. 2D super-resolution STED microscopy on the bone layer showed approximately 60 nm of lateral resolution on a resorption associated organelle allowing these structures to be imaged with super-resolution microscopy for the first time. The developed tomographic STED microscopy technique was further applied to study resorption mechanisms of OCs cultured on the bone coating. The technique revealed actin cytoskeleton with specific structures, comet-tails, some of which were facing upwards and some others were facing downwards. This, in our opinion, indicated that during bone resorption, an involvement of the actin cytoskeleton in vesicular exocytosis and endocytosis is present. The application of tomographic STED microscopy in bone biology demonstrated that 3D super-resolution techniques can provide new insights into biological 3D nano-structures that are beyond the diffraction-limit when the optical constraints of super-resolution imaging are carefully taken into account.

What happens in the first 200 ms of word reading : ERP studies on visual word recognition with top-down and bottom-up approaches /

In this thesis, three main questions were addressed using event-related potentials (ERPs): (1) the timing of lexical semantic access, (2) the influence of "top-down" processes on visual word processing, and (3) the influence of "bottom-up" factors on visual word processing. The timing of lexical semantic access was investigated in two studies using different designs. In Study 1,14 participants completed two tasks: a standard lexical decision (LD) task which required a word/nonword decision to each target stimulus, and a semantically primed version (LS) of it using the same category of words (e.g., animal) within each block following which participants made a category judgment. In Study 2, another 12 participants performed a standard semantic priming task, where target stimulus words (e.g., nurse) could be either semantically related or unrelated to their primes (e.g., doctor, tree) but the order of presentation was randomized. We found evidence in both ERP studies that lexical semantic access might occur early within the first 200 ms (at about 170 ms for Study 1 and at about 160 ms for Study 2). Our results were consistent with more recent ERP and eye-tracking studies and are in contrast with the traditional research focus on the N400 component. "Top-down" processes, such as a person's expectation and strategic decisions, were possible in Study 1 because of the blocked design, but they were not for Study 2 with a randomized design. Comparing results from two studies, we found that visual word processing could be affected by a person's expectation and the effect occurred early at a sensory/perceptual stage: a semantic task effect in the PI component at about 100 ms in the ERP was found in Study 1 , but not in Study 2. Furthermore, we found that such "top-down" influence on visual word processing might be mediated through separate mechanisms depending on whether the stimulus was a word or a nonword. "Bottom-up" factors involve inherent characteristics of particular words, such as bigram frequency (the total frequency of two-letter combinations of a word), word frequency (the frequency of the written form of a word), and neighborhood density (the number of words that can be generated by changing one letter of an original word or nonword). A bigram frequency effect was found when comparing the results from Studies 1 and 2, but it was examined more closely in Study 3. Fourteen participants performed a similar standard lexical decision task but the words and nonwords were selected systematically to provide a greater range in the aforementioned factors. As a result, a total of 18 word conditions were created with 18 nonword conditions matched on neighborhood density and neighborhood frequency. Using multiple regression analyses, we foimd that the PI amplitude was significantly related to bigram frequency for both words and nonwords, consistent with results from Studies 1 and 2. In addition, word frequency and neighborhood frequency were also able to influence the PI amplitude separately for words and for nonwords and there appeared to be a spatial dissociation between the two effects: for words, the word frequency effect in PI was found at the left electrode site; for nonwords, the neighborhood frequency effect in PI was fovind at the right elecfrode site. The implications of otir findings are discussed.

Studies on oxamyl : analytical method development and investigation of fate in peach seedlings and corn seeds

A high performance liquid chromatographic method employing two columns connected in series and separated~y·a.switching valve has been developed for the analysis of the insecticide/ nematicide oxamyl (methyl-N' ,N'-dimethyl-N-[(methylcarbamoyl) oxy]-l-thiooxarnimidate) and two of its metabolites. A variation of this method involving two reverse phase columns was employed to monitor the persistence and translocation of oxamyl in treated peach seedlings. It was possible to simultaneously analyse for oxamyl and its corresponding oxime (methyl-N',N'-dimethyl-N-hydroxy-l-thiooxamimidate}, a major metabolite of oxamyl in plants, without prior cleanup of the samples. The method allowed detection of 0.058 pg oxamyl and 0.035 p.g oxime. On treated peach leaves oxamyl was found to dissipate rapidly during the first two-week period, followed by a period of slow decomposition. Movement of oxamyl or its oxime did not occur in detectable quantities to untreated leaves or to the root or soil. A second variation of the method which employed a size exclusion column as·the first column and a reverse phase column as the second was used to monitor the degradation of oxamyl in treated, planted corn seeds and was suitable for simultaneous analysis of oxamyl, its oxime and dimethylcyanoformamide (DMCF), a metabolite of oxamyl. The method allowed detection of 0.02 pg oxamyl, 0.02 p.g oxime and 0.005 pg DMCF. Oxamyl was found to persist for a period of 5 - 6 weeks, which is long enough to permit oxamyl seedtreatment to be considered as a potential means of protecting young corn plants from nematode attack. Decomposition was found to be more rapid in unsterilized soil than in sterililized soil. DMCF was found to have a nematostatic effect at high concentrations ( 2,OOOpprn), but at lower concentrations no effect on nematode mobility was observed. Oxamyl, on the other hand, was found to reduce the mobility of nematodes at concentrations down to 4 ppm.

Studies on the insecticide - nematicide-oxamyl and its quantitative determination by gas chromatographic method

Ox amyl , an insecticide/nematicide with the chemical name; methyl ~'. ~·-dimethyl-~-(methylcarbamoyl)oxy-l-thiooxamimidate, and its major degradation compound; oxime or oximino compound, methyl ~',~'-dimethyl-~-hydroxy-l-thiooxamimidate were studied in this work. NMR and mass spectrometry were utilized in the structural studies. An attempt was made to explain the fragmentation patterns of some major peaks in the mass spectra of oxamyl and oxime. A new gas chromatographic method for the detection and determination of submicrogram levels of intact oxamyl using a electron-capture detector was developed. The principle of this method is to produce a derivative which is highly sensitive to an electron-capture detector. The derivative described is dinitrophenyl methylamine( DNPMA ) • Experimental conditions such as pH , reaction temperature , reaction time, the amount of reagent ( Dinitrofluaro benzene) etc. were thoroughly investigated and optimized. This method was successfully applied to the determination of oxamyl residues in tobacco leaves and soil. Throughout this J9D:oject , thin layer chromatography was also used in the separation:and clean up of oxamyl and oxime samples.

Synthetic studies on prostaglandins: "synthesis of a new thia-PGEI analog"

A PGE1 analog, namely (±)-trans-2-(6'-carbomethoxyhexyl)-3- (E-3"-thia-1 "-octene)-4-hydroxycyclopentanone 71, has been prepared for the first time. Towards the synthesis of this compound, several synthetic approaches aimed at the preparation of the required acetylenic and E-halovinylic sulfides as building blocks were investigated. Among all the methods examined, it appeared evident that the best route to ethynyl n.pentyl sulfide 81 is via a double dehydrohalogenation of the corresponding 1,2-dibromoethyl sulfide with sodium amide in liquid ammonia. In addition, the isomerically pure E-2-iodoethenyl n.pentyl sulfide 85 is conveniently prepared in high yield and stereoselectivity by hydrozirconation-iodination of the terminal ethynyl sulfide 81. The classical hydroalumination and hydroboration reactions for the preparation of vinyl halides from alkynes gave only small yields when applied as methods towards the synthesis of 85 . The building block 2-(6'-carbomethoxyhexyl)-4-hydroxy-2- cyclopentenone (±)-1 carrying the upper side-chain of prostaglandin E 1 was prepared by a step-wise synthesis involving transformations of compounds possessing the required carbocyclic framework (see scheme 27). The synthesis proved to be convenient and gave a good overall yield of (±)-1 which was protected as the TH P-derivative 37 or the siloxy derivative 38. With the required building blocks 81 and 37 in hand, the target 1S-thia-PGE1 analog (±)-71 was prepared via the in situ higher cuprate formation-conjugate addition reaction. This method proved to be convenient and stereospecific. The standard cuprate method, involving an organocuprate reagent generated from an isolated vinyl iodide, did not work well in our case and gave a complicated mixture of products. The target compound will be submitted for assessment of bio log ical activity.

Mass spectrometric studies on aryltin compounds and alkali halides /

The fragmentation behavior of aryltin compounds [(p-ThAnis)nSnPh4.n (n=l-4); (p-ThAnis)3SnX (X=C1, Br, I); (o-CH30C6H4)3SnCl; Ph3Sn(o-pyr)] have been studied comparatively under EI and FAB ionization modes. Alkali halides were run under FAB mode. For the aryltin compounds, the effect of ligand type on the spectra have been explored in both EI and FAB modes. The fragmentation mechanisms have been examined with linked scans, such as fragment ion scans (B/E) and parent ion scans (B^/E). Ab Initio molecular orbital calculations were used to determine the structures of the fragments by comparing their relative stabilities. In the EI MS studies, negative ion EI mode has also been used for some of the aryltin compounds, to examine the possible ion molecule reactions under low pressures at 70eV. In the positive ion FAB MS studies, matrix optimization experiments have been carried out. Negative ion FAB experiments of all the compounds have been done in two different ways. Finally, the comparison of the two methods, EI MS and FAB MS, have been made.For alkali halides, the studies focused on the FAB MS behavior under different conditions. The intensities of cluster ions were reported, and the anomalies in the intensity distribution was also discussed.

Experimental and Computational Studies on Copper and Hydrobenzoin Derivatives in Catalytic Asymmetric Reactions

The use of theory to understand and facilitate catalytic enantioselective organic transformations involving copper and hydrobenzoin derivatives is reported. Section A details the use of theory to predict, facilitate, and understand a copper promoted amino oxygenation reaction reported by Chemler et al. Using Density Functional Theory (DFT), employing the hybrid B3LYP functional and a LanL2DZ/6-31G(d) basis set, the mechanistic details were studied on a N-tosyl-o-allylaniline and a [alpha]-methyl-[gamma]-alkenyl sulfonamide substrate. The results suggest the N-C bond formation proceeds via a cisaminocupration, and not through a radical-type mechanism. Additionally, the origin of diastereoselection observed with [alpha]-methyl-[gamma]-alkenyl sulfonamide arises from avoidance of unfavourable steric interactions between the methyl substituent and the N -protecting group. Section B details the computationally guided, experimental investigation of two hydrobenzoin derivatives as ligands/ catalysts, as well as the attempted synthesis of a third hydrobenzoin derivative. The bis-boronic acid derived from hydrobenzoin was successful as a Lewis acid catalyst in the Bignielli reaction and the Conia ene reaction, but provided only racemic products. The chiral diol derived from hydrobenzoin successfully increased the rate of the addition of diethyl zinc to benzaldehyde in the presence of titanium tetraisopropoxide, however poor enantioinduction was obseverved. Notably, the observed reactivity was successfully predicted by theoretical calculations.

Studies on the exaggerated inflammatory response caused by streptococcus suis at systemic and central nervous system levels

Streptococcus suis de type 2 est un microorganisme pathogène d’importance chez le porc. Il est la cause de différentes pathologies ayant comme caractéristique commune la méningite. C’est également un agent émergeant de zoonose : des cas cliniques humains ont récemment été rapportés en Asie. Cependant, la pathogénèse de S. suis n’est pas encore complètement élucidée. Jusqu’à présent, la réponse pro-inflammatoire initiée par S. suis n’a été étudiée qu’in vitro. L’étude du choc septique et de la méningite requiert toujours des modèles expérimentaux appropriés. Au cours de cette étude, nous avons développé un modèle in vivo d’infection chez la souris qui utilise la voie d’inoculation intra-péritonéale. Ce modèle a servi à l’étude de la réponse pro-inflammatoire associée à ce pathogène, tant au niveau systémique qu’au niveau du système nerveux central (SNC). Il nous a également permis de déterminer si la sensibilité aux infections à S. suis pouvait être influencée par des prédispositions génétiques de l’hôte. Le modèle d’infection par S. suis a été mis au point sur des souris de lignée CD1. Les résultats ont démontré une bactériémie élevée pendant les trois jours suivant l’infection. Celle-ci était accompagnée d’une libération rapide et importante de différentes cytokines pro-inflammatoires (TNF-α, IL-6, IL-12p40/p70, IFN-ɣ) et de chémokines (KC, MCP-1 and RANTES), qui ont entraîné un choc septique et la mort de 20 % des animaux. Ensuite, pour confirmer le rôle de l’inflammation sur la mortalité et pour déterminer si les caractéristiques génétiques de l’hôte pouvaient influencer la réponse inflammatoire et l’issue de la maladie, le modèle d’infection a été étendu à deux lignées murines consanguines différentes considérées comme résistante : la lignée C57BL/6 (B6), et sensible : la lignée A/J. Les résultats ont démontré une importante différence de sensibilité entre les souris A/J et les souris B6, avec un taux de mortalité atteignant 100 % à 20 h post-infection (p.i.) pour la première lignée et de seulement 16 % à 36 h p.i. pour la seconde. La quantité de bactéries dans le sang et dans les organes internes était similaire pour les deux lignées. Donc, tout comme dans la lignée CD1, la bactériémie ne semblait pas être liée à la mort des souris. La différence entre les taux de mortalité a été attribuée à un choc septique non contrôlé chez les souris A/J infectées par S. suis. Les souris A/J présentaient des taux exceptionnellement élevés de TNF-α, IL-12p40/p70, IL-1β and IFN- γ, significativement supérieurs à ceux retrouvés dans la lignée B6. Par contre, les niveaux de chémokines étaient similaires entre les lignées, ce qui suggère que leur influence est limitée dans le développement du choc septique dû à S. suis. Les souris B6 avaient une production plus élevée d’IL-10, une cytokine anti-inflammatoire, ce qui suppose que la cascade cytokinaire pro-inflammatoire était mieux contrôlée, entraînant un meilleur taux de survie. Le rôle bénéfique potentiel de l’IL-10 chez les souris infectées par S. suis a été confirmé par deux approches : d’une part en bloquant chez les souris B6 le récepteur cellulaire à l’IL-10 (IL-10R) par un anticorps monoclonal anti-IL-10R de souris et d’autre part en complémentant les souris A/J avec de l’IL-10 de souris recombinante. Les souris B6 ayant reçu le anticorps monoclonal anti-IL-10R avant d’être infectées par S. suis ont développé des signes cliniques aigus similaires à ceux observés chez les souris A/J, avec une mortalité rapide et élevée et des taux de TNF-α plus élevés que les souris infectées non traitées. Chez les souris A/J infectées par S. suis, le traitement avec l’IL-10 de souris recombinante a significativement retardé l’apparition du choc septique. Ces résultats montrent que la survie au choc septique dû à S. suis implique un contrôle très précis des mécanismes pro- et anti-inflammatoires et que la réponse anti-inflammatoire doit être activée simultanément ou très rapidement après le début de la réponse pro-inflammatoire. Grâce à ces expériences, nous avons donc fait un premier pas dans l’identification de gènes associés à la résistance envers S. suis chez l’hôte. Une des réussites les plus importantes du modèle d’infection de la souris décrit dans ce projet est le fait que les souris CD1 ayant survécu à la septicémie présentaient dès 4 jours p.i. des signes cliniques neurologiques clairs et un syndrome vestibulaire relativement similaires à ceux observés lors de méningite à S. suis chez le porc et chez l’homme. L’analyse par hybridation in situ combinée à de l’immunohistochimie des cerveaux des souris CD1 infectées a montré que la réponse inflammatoire du SNC débutait avec une augmentation significative de la transcription du Toll-like receptor (TLR)2 et du CD14 dans les microvaisseaux cérébraux et dans les plexus choroïdes, ce qui suggère que S. suis pourrait se servir de ces structures comme portes d’entrée vers le cerveau. Aussi, le NF-κB (suivi par le système rapporteur de l’activation transcriptionnelle de IκBα), le TNF-α, l’IL-1β et le MCP-1 ont été activés, principalement dans des cellules identifiées comme de la microglie et dans une moindre mesure comme des astrocytes. Cette activation a également été observée dans différentes structures du cerveau, principalement le cortex cérébral, le corps calleux, l’hippocampe, les plexus choroïdes, le thalamus, l’hypothalamus et les méninges. Partout, cette réaction pro-inflammatoire était accompagnée de zones extensives d’inflammation et de nécrose, de démyélinisation sévère et de la présence d’antigènes de S. suis dans la microglie. Nous avons mené ensuite des études in vitro pour mieux comprendre l’interaction entre S. suis et la microglie. Pour cela, nous avons infecté des cellules microgliales de souris avec la souche sauvage virulente (WT) de S. suis, ainsi qu’avec deux mutants isogéniques, un pour la capsule (CPS) et un autre pour la production d’hémolysine (suilysine). Nos résultats ont montré que la capsule était un important mécanisme de résistance à la phagocytose pour S. suis et qu’elle modulait la réponse inflammatoire, en dissimulant les composants pro-inflammatoires de la paroi bactérienne. Par contre, l’absence d’hémolysine, qui est un facteur cytotoxique potentiel, n’a pas eu d’impact majeur sur l’interaction de S. suis avec la microglie. Ces études sur les cellules microgliales ont permis de confirmer les résultats obtenus précédemment in vivo. La souche WT a induit une régulation à la hausse du TLR2 ainsi que la production de plusieurs médiateurs pro-inflammatoires, dont le TNF-α et le MCP-1. S. suis a induit la translocation du NF-kB. Cet effet était plus rapide dans les cellules stimulées par le mutant déficient en CPS, ce qui suggère que les composants de la paroi cellulaire représentent de puissants inducteurs du NF-kB. De plus, la souche S. suis WT a stimulé l’expression de la phosphotyrosine, de la PKC et de différentes cascades liées à l’enzyme mitogen-activated protein kinase (MAPK). Cependant, les cellules microgliales infectées par le mutant déficient en CPS ont montré des profils de phosphorylation plus forts et plus soutenus que celles infectées par le WT. Finalement, la capsule a aussi modulé l’expression de l’oxyde nitrique synthétase inductible (iNOS) induite par S. suis et par la production subséquente d’oxyde nitrique par la microglie. Ceci pourrait être lié in vivo à la neurotoxicité et à la vasodilatation. Nous pensons que ces résultats contribueront à une meilleure compréhension des mécanismes sous-tendant l’induction de l’inflammation par S. suis, ce qui devrait permettre, d’établir éventuellement des stratégies plus efficaces de lutte contre la septicémie et la méningite. Enfin, nous pensons que ce modèle expérimental d’infection chez la souris pourra être utilisé dans l’étude de la pathogénèse d’autres bactéries ayant le SNC pour cible.

Genetic studies on the role of type IA DNA topoisomerases in DNA metabolism and genome maintenance in Escherichia coli

Le surenroulement de l’ADN est important pour tous les processus cellulaires qui requièrent la séparation des brins de l’ADN. Il est régulé par l’activité enzymatique des topoisomérases. La gyrase (gyrA et gyrB) utilise l’ATP pour introduire des supertours négatifs dans l’ADN, alors que la topoisomérase I (topA) et la topoisomérase IV (parC et parE) les éliminent. Les cellules déficientes pour la topoisomérase I sont viables si elles ont des mutations compensatoires dans un des gènes codant pour une sous-unité de la gyrase. Ces mutations réduisent le niveau de surenroulement négatif du chromosome et permettent la croissance bactérienne. Une de ces mutations engendre la production d'une gyrase thermosensible. L’activité de surenroulement de la gyrase en absence de la topoisomérase I cause l’accumulation d’ADN hyper-surenroulé négativement à cause de la formation de R-loops. La surproduction de la RNase HI (rnhA), une enzyme qui dégrade l’ARN des R-loops, permet de prévenir l’accumulation d’un excès de surenroulement négatif. En absence de RNase HI, des R-loops sont aussi formés et peuvent être utilisés pour déclencher la réplication de l’ADN indépendamment du système normal oriC/DnaA, un phénomène connu sous le nom de « constitutive stable DNA replication » (cSDR). Pour mieux comprendre le lien entre la formation de R-loops et l’excès de surenroulement négatif, nous avons construit un mutant conditionnel topA rnhA gyrB(Ts) avec l’expression inductible de la RNase HI à partir d’un plasmide. Nous avons trouvé que l’ADN des cellules de ce mutant était excessivement relâché au lieu d'être hypersurenroulé négativement en conditions de pénurie de RNase HI. La relaxation de l’ADN a été montrée comme étant indépendante de l'activité de la topoisomérase IV. Les cellules du triple mutant topA rnhA gyrB(Ts) forment de très longs filaments remplis d’ADN, montrant ainsi un défaut de ségrégation des chromosomes. La surproduction de la topoisomérase III (topB), une enzyme qui peut effectuer la décaténation de l’ADN, a corrigé les problèmes de ségrégation sans toutefois restaurer le niveau de surenroulement de l’ADN. Nous avons constaté que des extraits protéiques du mutant topA rnhA gyrB(Ts) pouvaient inhiber l’activité de surenroulement négatif de la gyrase dans des extraits d’une souche sauvage, suggérant ainsi que la pénurie de RNase HI avait déclenché une réponse cellulaire d’inhibition de cette activité de la gyrase. De plus, des expériences in vivo et in vitro ont montré qu’en absence de RNase HI, l’activité ATP-dépendante de surenroulement négatif de la gyrase était inhibée, alors que l’activité ATP-indépendante de cette enzyme demeurait intacte. Des suppresseurs extragéniques du défaut de croissance du triple mutant topA rnhA gyrB(Ts) qui corrigent également les problèmes de surenroulement et de ségrégation des chromosomes ont pour la plupart été cartographiés dans des gènes impliqués dans la réplication de l’ADN, le métabolisme des R-loops, ou la formation de fimbriae. La deuxième partie de ce projet avait pour but de comprendre les rôles des topoisomérases de type IA (topoisomérase I et topoisomérase III) dans la ségrégation et la stabilité du génome de Escherichia coli. Pour étudier ces rôles, nous avons utilisé des approches de génétique combinées avec la cytométrie en flux, l’analyse de type Western blot et la microscopie. Nous avons constaté que le phénotype Par- et les défauts de ségrégation des chromosomes d’un mutant gyrB(Ts) avaient été corrigés en inactivant topA, mais uniquement en présence du gène topB. En outre, nous avons démontré que la surproduction de la topoisomérase III pouvait corriger le phénotype Par- du mutant gyrB(Ts) sans toutefois corriger les défauts de croissance de ce dernier. La surproduction de topoisomérase IV, enzyme responsable de la décaténation des chromosomes chez E. coli, ne pouvait pas remplacer la topoisomérase III. Nos résultats suggèrent que les topoisomérases de type IA jouent un rôle important dans la ségrégation des chromosomes lorsque la gyrase est inefficace. Pour étudier le rôle des topoisomérases de type IA dans la stabilité du génome, la troisième partie du projet, nous avons utilisé des approches génétiques combinées avec des tests de « spot » et la microscopie. Nous avons constaté que les cellules déficientes en topoisomérase I avaient des défauts de ségrégation de chromosomes et de croissance liés à un excès de surenroulement négatif, et que ces défauts pouvaient être corrigés en inactivant recQ, recA ou par la surproduction de la topoisomérase III. Le suppresseur extragénique oriC15::aph isolé dans la première partie du projet pouvait également corriger ces problèmes. Les cellules déficientes en topoisomérases de type IA formaient des très longs filaments remplis d’ADN d’apparence diffuse et réparti inégalement dans la cellule. Ces phénotypes pouvaient être partiellement corrigés par la surproduction de la RNase HI ou en inactivant recA, ou encore par des suppresseurs isolés dans la première partie du projet et impliques dans le cSDR (dnaT18::aph et rne59::aph). Donc, dans E. coli, les topoisomérases de type IA jouent un rôle dans la stabilité du génome en inhibant la réplication inappropriée à partir de oriC et de R-loops, et en empêchant les défauts de ségrégation liés à la recombinaison RecA-dépendante, par leur action avec RecQ. Les travaux rapportés ici révèlent que la réplication inappropriée et dérégulée est une source majeure de l’instabilité génomique. Empêcher la réplication inappropriée permet la ségrégation des chromosomes et le maintien d’un génome stable. La RNase HI et les topoisomérases de type IA jouent un rôle majeur dans la prévention de la réplication inappropriée. La RNase HI réalise cette tâche en modulant l’activité de surenroulement ATP-dependante de la gyrase, et en empêchant la réplication à partir des R-loops. Les topoisomérases de type IA assurent le maintien de la stabilité du génome en empêchant la réplication inappropriée à partir de oriC et des R-loops et en agissant avec RecQ pour résoudre des intermédiaires de recombinaison RecA-dépendants afin de permettre la ségrégation des chromosomes.

Studies on lipid production of microalgae under mixotrophic growth, utilizing glycerol as a carbon source, combined with nitrogen starvation

Rampant increases in oil prices and detrimental effects of fossil fuels on the environment have been the main impetus for the development of environmentally friendly and sustainable energy sources. Amongst the many possibilities, microalgae have been proposed as a new alternative energy source to fossil fuels, as their growth is both sustainable and ecologically safe. By definition, microalgae are unicellular photosynthetic microorganisms containing chlorophyll a. These organisms are capable of producing large quantities of oils, surpassing that of traditional oil-seed crops, which can be transformed, through chemical processes, into biofuels such as biodiesel or bio-gasoline. Thus, recent research has gone into discovering high lipid producing algal strains, optimising growth media for increased lipid production and developing metabolic engineering to make microalgae a source of biofuel that is competitive to more traditional sources of biofuel and even to fossil fuel. In this context, the research reported here focused on using a mixotrophic growth mode as a way to increase lipid production for certain strains of microalgae. In addition, nitrogen starvation combined with mixotrophy was studied to analyse its effects on lipid production. Mixotrophy is the parallel usage of two trophic modes, in our case photoautotrophy and heterotrophy. Consequently, 12 algal strains were screened for mixotrophic growth, using glycerol as a carbon source. Glycerol is a waste product of the current biodiesel industry; it is a cheap and abundant carbon source present in many metabolic pathways. From this initial screening, several strains were chosen for subsequent experiments involving nitrogen starvation. Nitrogen starvation has been shown to induce lipid accumulation. The results obtained show that a mixotrophic growth mode, using glycerol as a carbon source, enhances lipid production for certain strains. Moreover, lipid enhancement was shown for nitrogen starvation combined with mixotrophic growth mode. This was dependant on time spent under nitrogen starvation and on initial concentrations of the nitrogen source.

Studies on IL-18 in HIV infection : effects of the cytokine on intestinal integrity, and platelets as a new source of the cytokine

L'interleukine IL-18 (IL-18), un membre de la famille de l’IL-1, est une cytokine pro-inflammatoire multifonctionnelle. Elle est produite par les monocytes, les macrophages, les cellules dendritiques, les cellules épithéliales, les kératinocytes et le cortex surrénal dans le corps humain. Cette cytokine est d'abord produite comme une protéine précurseure inactive, qui est par la suite clivée en une forme mature par la caspase-1 activée. La caspase, en elle-même, existe comme précurseur inactif dans les cellules humaines et requiert l'assemblage d'inflammasomes pour son activation. L'IL-18 pour joue un rôle clé dans la médiation des conditions inflammatoires. Notre laboratoire et d'autres ont montré que l'infection par le VIH est accompagnée d'une augmentation des taux circulants d'IL-18 avec une diminution des niveaux de son antagoniste, l'interleukine-18 binding protein (IL-18BP). Dans cette thèse, nous démontrons pour que l'IL-18 est également produite et sécrétée par les plaquettes humaines lors de leur activation. Les plaquettes contiennent des composants de l'inflammasome. Ils assemblent et activent la caspase-1, qui ensuite traite le précurseur de l'IL-18 dans sa forme mature au cours du processus d'activation des plaquettes. La cytokine est synthétisée de novo lors de l'activation des plaquettes. Contrairement à l'IL-18, les plaquettes expriment constitutivement l’IL-18BP, et la libèrent de manière constitutive, ainsi que lors de l'activation. L'IL-18 et l'IL-18BP sont colocalisés avec CD63, un marqueur pour les granules α des plaquettes. L'IL-18 libéré des plaquettes constitue la source principale de cette cytokine dans la circulation humaine chez les individus sains. Nous avons identifié des concentrations faibles de cette cytokine dans les lysats de plaquettes chez les individus infectés par le VIH par rapport à ceux en santé. D'autre part, les concentrations ont été augmentées dans le sérum et le plasma pauvre en plaquettes chez les individus infectés. Des résultats similaires ont été obtenus avec l'IL-18BP dans les lysats de plaquettes d'individus sains et infectés par le VIH. Cependant, des quantités plus faibles de cet antagoniste ont été trouvées dans le sérum et le plasma pauvre en plaquettes d'individus infectés par le VIH par rapport à ceux en santé. Nos résultats ont des implications importantes pour les maladies inflammatoires chroniques dans laquelle une activité accrue de l'IL-18 joue un rôle pathogène. Le VIH est également accompagné par une inflammation intestinale et une diminution de l'intégrité intestinale, mesurée par la réparation de la muqueuse, la régénération et la perméabilité. Cependant, on en sait peu sur la relation entre le niveau élevé de l'IL-18 associé à l'infection au VIH et la perméabilité intestinale: ceci n'a jamais été étudié. Dans cette thèse, nous démontrons le rôle du virus et sa protéine Tat à augmenter la production d'IL-18 chez deux lignées de cellules épithéliales intestinales (HT29 et Caco2) ainsi qu'une diminution de l'IL-18BP. L'IL-18 induit une hyperperméabilité de la barrière épithéliale en perturbant à la fois les jonctions serrées et adhérentes, et ce, en modulant l'expression et la distribution de l'occludine, de claudine-2 et de la bêta-caténine. Une désorganisation de l'actine F a également été observée dans les cellules lors de l'incubation avec l'IL-18. Les mêmes observations ont été faites avec la protéine Tat du VIH-1. Après une incubation prolongée, l'IL-18 a causé la mort des cellules intestinales et induit l'apoptose par l'activation de la caspase-1 et la caspase-3. Fait intéressant, les taux plasmatiques de lipopolysaccharides chez trois catégories différentes de patients au VIH (ART-naïf, ART-traitée et contrôleurs élite) sont en corrélation avec les niveaux plasmatiques de l'IL-18. Enfin, nous avons étudié la voie de signalisation à travers laquelle l'IL-18 induit une perméabilité intestinale accrue. En bref, nos études identifient les plaquettes comme une source importante d'IL-18, et leur activation lors d'une infection à VIH contribue à des concentrations accrues de cette cytokine. Le virus entraine également l'augmentation de la production de cytokines par les cellules épithéliales intestinales. L'activité biologique accrue de ces cytokines contribue à la pathogenèse du sida en augmentant la perméabilité intestinale et en causant la mort des cellules intestinales. L'IL-18 pourrait servir de cible moléculaire pour retarder la progression du sida et réduire l'inflammation chronique dans un stade précoce d'une infection à VIH.

Studies on Some Aspects of the Physics of the Early Universe Using Gravitationally Coupled Scalar Field –

This thesis deals with some aspects of the Physics of the early universe, like phase transitions, bubble nucleations and premodial density perturbations which lead to the formation structures in the universe. Quantum aspects of the gravitational interaction play an essential role in retical high-energy physics. The questions of the quantum gravity are naturally connected with early universe and Grand Unification Theories. In spite of numerous efforts, the various problems of quantum gravity remain still unsolved. In this condition, the consideration of different quantum gravity models is an inevitable stage to study the quantum aspects of gravitational interaction. The important role of gravitationally coupled scalar field in the physics of the early universe is discussed in this thesis. The study shows that the scalar-gravitational coupling and the scalar curvature did play a crucial role in determining the nature of phase transitions that took place in the early universe. The key idea in studying the formation structure in the universe is that of gravitational instability.

Studies on the Synthesis and Transformations of A Few Dibenzoylalkene – Type Systems

The aim of the study is to synthesise several dibenzoylakene-type systems such as acenaphthenone-2-ylidene ketones 47 and phenanthrenone-9-ylidene ketones 48 by the condensation reaction of acenaphthenequinone and phenanthrenequinone with methyl ketones. Here studies the thermal and photochemical transformations of acenaphthaenone-2-ylidene ketones 3a-c.These acenaphthenone –2-ylidene ketones underwent extensive decomposition on heating. The objectives of present study is to synthesise acenaphthenone-2-ylidene ketones by the Claisen-Schmidt condensation of acenaphthenequinone and methyl ketones, it is to synthesise phenanthrenone –9-ylidene ketones by the Claisen-Schmidt condensation of phenanthrequinone and methyl ketones, thermal studies on acenaphthenone-2-ylidene ketones and phenanthrenone-9-ylidene ketones, photochemical studies on acenaphthenone-2-ylidene ketones and phenanthrenone –9-ylidene ketones to establish the generality of dibenzoyalkene rearrangement. Cyclic voltammetric studies on these dibezoyalkenes to compare their redox behaviour with that of the cis and trans isomers of dibenzoyl-ethylene, dibenzoylstilbene. These results should provide some information about their reactivity, and to assess and exploit the potential of these systems as quinonemethides. This study conclude that a number of new dibenzolalkene-type systems have been synthesized by the Claisen-Schmidt condensation of 1,2-diketones such as phenanthequinone and acenaphthenequinone with methyl ketones. Some of these compounds have been shown to undergo interesting photochemical transformations. Based on the results it is conclude that phenanthjrenone-9-ylidene ketones are excellent Michael acceptors. Methanol adds to these to yield the corresponding furanols. These furanols are unstable and are slowly converted to phenanthro-2 (3H)-furanones.

Studies On Supported Cobalt (Ii), Nickel (Ii) and Copper (Ii) Complexes Of O-Phenylenediamine and Schiff Bases Derived from 3-Hydroxyquinoxaline-2-Carboxaldehyde

The thesis deals with the synthesis, characterization and catalytic activity studies of supported cobalt(ii), nickel(II) and copper(II) complexes of O-phenylenediamine and Schiff bases derived from 3-hydroxyquinoxaline -2-carboxaldehyde. Zeolite encapsulation and polymer anchoring was employed for supporting the complexes. The characterization techniques proved that the encapsulation as well as polymer supporting has been successfully achieved. The catalytic activity studies revealed that the activities of the simple complexes are improved upon encapsulation. Various characterization techniques are used such as, chemical analysis, EPR, magnetic measurements, FTIR studies, thermal analysis, electronic spectra, XRD, SEM, surface area, and GC.The present study indicated that the that the mechanism of oxidation of catechol and DTBC by hydrogen peroxide is not altered by the change in the coordination sphere around the metal ion due to encapsulation. This fact suggests outer sphere mechanism for the reactions. The catalytic activity by zeolite encapsulated complex was found to be slower than that by the neat complex. The slowing down of the reaction in the zeolite case is probably due to the constraint imposed by the zeolite framework. The rate of DTBC ( 3,5-di-tert-butylchatechol)oxidation was found to be greater than the rate of catechol oxidation. This is obviously due to the presence of electron donating tertiary butyl groups.

Studies on Catalysis by Vanadia Supported On Metal Oxides

Catalysis is an essential technology in manufacturing industries. The investigation based on supported vanadia catalysts and it’s sulfated analogues. Vanadia is a transition metal oxide and is used in oxidation reactions in chemical industry. It is more active and selective catalysts on suitable supports. The work deals with preparation of vanadia incorporated tin oxide and zirconia systems by wet impregnation. Physico-chemical characterization using instrumental techniques like BET etc. The surface acidic properties were determined by the ammonia TPD studies, Perylene absorption studies and Cumene conversion reaction. The catalytic activities of the prepared systems are tested by Friedel-Crafts benzylation of arenes and Bechmann rearrangement of Cyclohexanol oxime. Here the rector reactions are relatively rare. So to test the application of the catalyst systems for the selective oxidation of cyclohexanol to cyclohexanone and finally evaluate the catalytic activity of the systems for the vapour phase oxidative dehydrogenation of Ethylbenzene, which leads to the formation of Industrially important compound ‘styrene’ is another objective of this work