Membrane properties of structurally modified ceramides : effects on lipid lateral distribution and sphingomyelin-interactions in artificial bilayer membranes

Ceramides comprise a class of sphingolipids that exist only in small amounts in cellular membranes, but which have been associated with important roles in cellular signaling processes. The influences that ceramides have on the physical properties of bilayer membranes reach from altered thermodynamical behavior to significant impacts on the molecular order and lateral distribution of membrane lipids. Along with the idea that the membrane physical state could influence the physiological state of a cell, the membrane properties of ceramides have gained increasing interest. Therefore, membrane phenomena related to ceramides have become a subject of intense study both in cellular as well as in artificial membranes. Artificial bilayers, the so called model membranes, are substantially simpler in terms of contents and spatio-temporal variation than actual cellular membranes, and can be used to give detailed information about the properties of individual lipid species in different environments. This thesis focuses on investigating how the different parts of the ceramide molecule, i.e., the N-linked acyl chain, the long-chain sphingoid base and the membrane-water interface region, govern the interactions and lateral distribution of these lipids in bilayer membranes. With the emphasis on ceramide/sphingomyelin(SM)-interactions, the relevance of the size of the SMhead group for the interaction was also studied. Ceramides with methylbranched N-linked acyl chains, varying length sphingoid bases, or methylated 2N (amide-nitrogen) and 3O (C3-hydroxyl) at the interface region, as well as SMs with decreased head group size, were synthesized and their bilayer properties studied by calorimetric and fluorescence spectroscopic techniques. In brief, the results showed that the packing of the ceramide acyl chains was more sensitive to methyl-branching in the mid part than in the distal end of the N-linked chain, and that disrupting the interfacial structure at the amide-nitrogen, as opposed to the C3-hydroxyl, had greater effect on the interlipid interactions of ceramides. Interestingly, it appeared that the bilayer properties of ceramides could be more sensitive to small alterations in the length of the long-chain base than what was previously reported for the N-linked acyl chain. Furthermore, the data indicated that the SM-head group does not strongly influence the interactions between SMs and ceramides. The results in this thesis illustrate the pivotal role of some essential parts of the ceramide molecules in determining their bilayer properties. The thesis provides increased understanding of the molecular aspects of ceramides that possibly affect their functions in biological membranes, and could relate to distinct effects on cell physiology.

Ecological distribution of stream macroalgae in different spatial scales using taxonomic and morphological groups

We examined the ecological distribution of macroalgal communities in streams using species groups (taxonomic units = algal phyla, and morphological = morphological types) with similar structures and functions instead of the species themselves. The study was conducted from June to July/2007 in two drainage basins located in mid-southern region of Paraná State , Brazil. Evaluations of macroalgal communities took into consideration the following spatial scales: the drainage basin (the Pedras river and Marrecas river basins), shading regime (open and shaded stream segments), mesohabitats (riffles and pools), and microhabitats (sampling units of 0.05m2). A total of 29 taxa (23 subgeneric, one generic, and five vegetative groups) were identified. On these, 12 taxa belong to Chlorophyta, 11 to Cyanobacteria, four to Heterokontophyta, and two to Rhodophyta. The proportions of morphological types were: 24% free filaments, 17.25% mats, tufts, gelatinous colonies, and gelatinous filaments, 7% crusts. In terms of spatial scales, we observed a predominance of Chlorophyta in open stream segments and Cyanobacteria in shaded stream segments, reflecting the loss of competitive advantage of green algae in sites with low energy availability. In the mesohabitats, the morphological types recorded in pools were predominantly poorly adapted to fast currents (free filaments), while those found in riffles (mats, tufts and gelatinous filaments) were highly resistant to fast water flows. As such, the use of species groupings based on algal taxonomy associated with morphological characteristics proved to be useful to understanding the distributions of these organisms in lotic environments.

Heparan sulfates and heparins: similar compounds performing the same functions in vertebrates and invertebrates?

The distribution and structure of heparan sulfate and heparin are briefly reviewed. Heparan sulfate is a ubiquitous compound of animal cells whose structure has been maintained throughout evolution, showing an enormous variability regarding the relative amounts of its disaccharide units. Heparin, on the other hand, is present only in a few tissues and species of the animal kingdom and in the form of granules inside organelles in the cytoplasm of special cells. Thus, the distribution as well as the main structural features of the molecule, including its main disaccharide unit, have been maintained through evolution. These and other studies led to the proposal that heparan sulfate may be involved in the cell-cell recognition phenomena and control of cell growth, whereas heparin may be involved in defense mechanisms against bacteria and other foreign materials. All indications obtained thus far suggest that these molecules perform the same functions in vertebrates and invertebrates.

Relationships between dendritic morphology, spatial distribution and firing patterns in rat layer 1 neurons

The cortical layer 1 contains mainly small interneurons, which have traditionally been classified according to their axonal morphology. The dendritic morphology of these cells, however, has received little attention and remains ill defined. Very little is known about how the dendritic morphology and spatial distribution of these cells may relate to functional neuronal properties. We used biocytin labeling and whole cell patch clamp recordings, associated with digital reconstruction and quantitative morphological analysis, to assess correlations between dendritic morphology, spatial distribution and membrane properties of rat layer 1 neurons. A total of 106 cells were recorded, labeled and subjected to morphological analysis. Based on the quantitative patterns of their dendritic arbor, cells were divided into four major morphotypes: horizontal, radial, ascendant, and descendant cells. Descendant cells exhibited a highly distinct spatial distribution in relation to other morphotypes, suggesting that they may have a distinct function in these cortical circuits. A significant difference was also found in the distribution of firing patterns between each morphotype and between the neuronal populations of each sublayer. Passive membrane properties were, however, statistically homogeneous among all subgroups. We speculate that the differences observed in active membrane properties might be related to differences in the synaptic input of specific types of afferent fibers and to differences in the computational roles of each morphotype in layer 1 circuits. Our findings provide new insights into dendritic morphology and neuronal spatial distribution in layer 1 circuits, indicating that variations in these properties may be correlated with distinct physiological functions.

The political role of the State in Cambridge theories of growth and distribution

In this paper we extend Kaldor’s Neo-Pasinetti theorem to the scope of budgetary interventions based on political orientations. First, we take into account a system of taxes and expenditures. Second, we introduce different reaction functions for public spending showing the political role of the State in Cambridge theory of distribution. It turns out that the validity of Kaldorian results depends on the political orientation adopted by government, which diminishes the range of application of the Neo-Pasinetti theorem.

Water and electrolyte content and distribution in tissues of thermally-acclimated rainbow trout, Salmo gairdneri

The primary objective of this investigation was that of providing a comprehensive tissue-by-tissue assessment of water-electrolyte status in thermally-acclimated rainbow trout, Salmo gairdneri. To this end levels of water and the major ions, sodium, chloride and potassium were evaluated in the plasma, at three skeletal muscle sites, and in cardiac muscle, liver, spleen, gut and brain of animals acclimated to 2°, 10° and 18°C. The occurrence of possible seasonal variations in water-electrolyte balance was evaluated by sampling sununer and late fall-early winter populations of trout. On the basis of values for water and electrolyte content, estimates of extracellular and cellular phase volumes, cellular electrolyte concentrations and Nernst equilibrium potentials were made. Since accurate assessment of the extracellular phase volume is critical in the estimation of cellular electrolyte concentrations and parameters based on assumed cellular ion levels, [14 C]-polyethylene glycol-4000, which is assumed to be confined to the extracellular space, was employed to provide comparisons with various ion-defined spaces (H20~~s, H20~~/K and H20~~s). Subsequently, the ion-defined space yielding the most realistic estimate of extracellular phase volume for each tissue was used in cellular electrolyte calculations. Water and electrolyte content and distribution varied with temperature. Tissues, such as liver, spleen and brain appeared to be the most thermosensitive, whereas skeletal and cardiac muscle and gut tissue were less influenced. 'Summer' series trout appeared to be more capable of maintaining their water- electrolyte balance than the ~fall-winter' series animals. i The data are discussed in terms of their possible effect on maintenance of appropriate cellular metabolic and electrophysiological functions.

Plasticité intermodale chez le hamster énucléé à la naissance : Études de la distribution des interneurones CaBPir dans les cortex visuel et auditif primaires.

La période postnatale et l’expérience sensorielle sont critiques pour le développement du système visuel. Les interneurones inhibiteurs exprimant l’acide γ-aminobutyrique (GABA) jouent un rôle important dans le contrôle de l’activité neuronale, le raffinement et le traitement de l’information sensorielle qui parvient au cortex cérébral. Durant le développement, lorsque le cortex cérébral est très susceptible aux influences extrinsèques, le GABA agit dans la formation des périodes critiques de sensibilité ainsi que dans la plasticité dépendante de l’expérience. Ainsi, ce système inhibiteur servirait à ajuster le fonctionnement des aires sensorielles primaires selon les conditions spécifiques d’activité en provenance du milieu, des afférences corticales (thalamiques et autres) et de l’expérience sensorielle. Certaines études montrent que des différences dans la densité et la distribution de ces neurones inhibiteurs corticaux reflètent les caractéristiques fonctionnelles distinctes entre les différentes aires corticales. La Parvalbumine (PV), la Calretinine (CR) et la Calbindine (CB) sont des protéines chélatrices du calcium (calcium binding proteins ou CaBPs) localisées dans différentes sous-populations d’interneurones GABAergiques corticaux. Ces protéines tamponnent le calcium intracellulaire de sorte qu’elles peuvent moduler différemment plusieurs fonctions neuronales, notamment l’aspect temporel des potentiels d’action, la transmission synaptique et la potentialisation à long terme. Plusieurs études récentes montrent que les interneurones immunoréactifs (ir) aux CaBPs sont également très sensibles à l’expérience et à l’activité sensorielle durant le développement et chez l’adulte. Ainsi, ces neurones pourraient avoir un rôle crucial à jouer dans le phénomène de compensation ou de plasticité intermodale entre les cortex sensoriels primaires. Chez le hamster (Mesocricetus auratus), l’énucléation à la naissance fait en sorte que le cortex visuel primaire peut être recruté par les autres modalités sensorielles, telles que le toucher et l’audition. Suite à cette privation oculaire, il y a établissement de projections ectopiques permanentes entre les collicules inférieurs (CI) et le corps genouillé latéral (CGL). Ceci a pour effet d’acheminer l’information auditive vers le cortex visuel primaire (V1) durant le développement postnatal. À l’aide de ce modèle, l’objectif général de ce projet de thèse est d’étudier l’influence et le rôle de l’activité sensorielle sur la distribution et l’organisation des interneurones corticaux immunoréactifs aux CaBPs dans les aires sensorielles visuelle et auditive primaires du hamster adulte. Les changements dans l’expression des CaBPs ont été déterminés d’une manière quantitative en évaluant les profils de distribution laminaire de ces neurones révélés par immunohistochimie. Dans une première expérience, nous avons étudié la distribution laminaire des CaBPs dans les aires visuelle (V1) et auditive (A1) primaires chez le hamster normal adulte. Les neurones immunoréactifs à la PV et la CB, mais non à la CR, sont distribués différemment dans ces deux cortex primaires dédiés à une modalité sensorielle différente. Dans une deuxième étude, une comparaison a été effectuée entre des animaux contrôles et des hamsters énucléés à la naissance. Cette étude montre que le cortex visuel primaire de ces animaux adopte une chimioarchitecture en PV similaire à celle du cortex auditif. Nos recherches montrent donc qu’une suppression de l’activité visuelle à la naissance peut influencer l’expression des CaBPs dans l’aire V1 du hamster adulte. Ceci suggère également que le type d’activité des afférences en provenance d’autres modalités sensorielles peut moduler, en partie, une circuiterie corticale en CaBPs qui lui est propre dans le cortex hôte ou recruté. Ainsi, nos travaux appuient l’hypothèse selon laquelle il serait possible que certaines de ces sous-populations d’interneurones GABAergiques jouent un rôle crucial dans le phénomène de la plasticité intermodale.

Utilisation de splines monotones afin de condenser des tables de mortalité dans un contexte bayésien

Dans ce mémoire, nous cherchons à modéliser des tables à deux entrées monotones en lignes et/ou en colonnes, pour une éventuelle application sur les tables de mortalité. Nous adoptons une approche bayésienne non paramétrique et représentons la forme fonctionnelle des données par splines bidimensionnelles. L’objectif consiste à condenser une table de mortalité, c’est-à-dire de réduire l’espace d’entreposage de la table en minimisant la perte d’information. De même, nous désirons étudier le temps nécessaire pour reconstituer la table. L’approximation doit conserver les mêmes propriétés que la table de référence, en particulier la monotonie des données. Nous travaillons avec une base de fonctions splines monotones afin d’imposer plus facilement la monotonie au modèle. En effet, la structure flexible des splines et leurs dérivées faciles à manipuler favorisent l’imposition de contraintes sur le modèle désiré. Après un rappel sur la modélisation unidimensionnelle de fonctions monotones, nous généralisons l’approche au cas bidimensionnel. Nous décrivons l’intégration des contraintes de monotonie dans le modèle a priori sous l’approche hiérarchique bayésienne. Ensuite, nous indiquons comment obtenir un estimateur a posteriori à l’aide des méthodes de Monte Carlo par chaînes de Markov. Finalement, nous étudions le comportement de notre estimateur en modélisant une table de la loi normale ainsi qu’une table t de distribution de Student. L’estimation de nos données d’intérêt, soit la table de mortalité, s’ensuit afin d’évaluer l’amélioration de leur accessibilité.

Irrégularités dans la distribution des nombres premiers et des suites plus générales dans les progressions arithmétiques

Le sujet principal de cette thèse est la distribution des nombres premiers dans les progressions arithmétiques, c'est-à-dire des nombres premiers de la forme $qn+a$, avec $a$ et $q$ des entiers fixés et $n=1,2,3,\dots$ La thèse porte aussi sur la comparaison de différentes suites arithmétiques par rapport à leur comportement dans les progressions arithmétiques. Elle est divisée en quatre chapitres et contient trois articles. Le premier chapitre est une invitation à la théorie analytique des nombres, suivie d'une revue des outils qui seront utilisés plus tard. Cette introduction comporte aussi certains résultats de recherche, que nous avons cru bon d'inclure au fil du texte. Le deuxième chapitre contient l'article \emph{Inequities in the Shanks-Rényi prime number race: an asymptotic formula for the densities}, qui est le fruit de recherche conjointe avec le professeur Greg Martin. Le but de cet article est d'étudier un phénomène appelé le <>, qui s'observe dans les <>. Chebyshev a observé qu'il semble y avoir plus de premiers de la forme $4n+3$ que de la forme $4n+1$. De manière plus générale, Rubinstein et Sarnak ont montré l'existence d'une quantité $\delta(q;a,b)$, qui désigne la probabilité d'avoir plus de premiers de la forme $qn+a$ que de la forme $qn+b$. Dans cet article nous prouvons une formule asymptotique pour $\delta(q;a,b)$ qui peut être d'un ordre de précision arbitraire (en terme de puissance négative de $q$). Nous présentons aussi des résultats numériques qui supportent nos formules. Le troisième chapitre contient l'article \emph{Residue classes containing an unexpected number of primes}. Le but est de fixer un entier $a\neq 0$ et ensuite d'étudier la répartition des premiers de la forme $qn+a$, en moyenne sur $q$. Nous montrons que l'entier $a$ fixé au départ a une grande influence sur cette répartition, et qu'il existe en fait certaines progressions arithmétiques contenant moins de premiers que d'autres. Ce phénomène est plutôt surprenant, compte tenu du théorème des premiers dans les progressions arithmétiques qui stipule que les premiers sont équidistribués dans les classes d'équivalence $\bmod q$. Le quatrième chapitre contient l'article \emph{The influence of the first term of an arithmetic progression}. Dans cet article on s'intéresse à des irrégularités similaires à celles observées au troisième chapitre, mais pour des suites arithmétiques plus générales. En effet, nous étudions des suites telles que les entiers s'exprimant comme la somme de deux carrés, les valeurs d'une forme quadratique binaire, les $k$-tuplets de premiers et les entiers sans petit facteur premier. Nous démontrons que dans chacun de ces exemples, ainsi que dans une grande classe de suites arithmétiques, il existe des irrégularités dans les progressions arithmétiques $a\bmod q$, avec $a$ fixé et en moyenne sur $q$.

Sur la distribution des valeurs de la fonction zêta de Riemann et des fonctions L au bord de la bande critque

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

A class of bivariate Erlang distributions and ruin probabilities in multivariate risk models

Nous y introduisons une nouvelle classe de distributions bivariées de type Marshall-Olkin, la distribution Erlang bivariée. La transformée de Laplace, les moments et les densités conditionnelles y sont obtenus. Les applications potentielles en assurance-vie et en finance sont prises en considération. Les estimateurs du maximum de vraisemblance des paramètres sont calculés par l'algorithme Espérance-Maximisation. Ensuite, notre projet de recherche est consacré à l'étude des processus de risque multivariés, qui peuvent être utiles dans l'étude des problèmes de la ruine des compagnies d'assurance avec des classes dépendantes. Nous appliquons les résultats de la théorie des processus de Markov déterministes par morceaux afin d'obtenir les martingales exponentielles, nécessaires pour établir des bornes supérieures calculables pour la probabilité de ruine, dont les expressions sont intraitables.

Bivariate semi-Pareto distributions and processes

A bivariate semi-Pareto distribution is introduced and characterized using geometric minimization. Autoregressive minification models for bivariate random vectors with bivariate semi-Pareto and bivariate Pareto distributions are also discussed. Multivariate generalizations of the distributions and the processes are briefly indicated.

Some characterization problems associated with the bivariate exponential and geometric distributions

It is highly desirable that any multivariate distribution possessescharacteristic properties that are generalisation in some sense of the corresponding results in the univariate case. Therefore it is of interest to examine whether a multivariate distribution can admit such characterizations. In the exponential context, the question to be answered is, in what meaning— ful way can one extend the unique properties in the univariate case in a bivariate set up? Since the lack of memory property is the best studied and most useful property of the exponential law, our first endeavour in the present thesis, is to suitably extend this property and its equivalent forms so as to characterize the Gumbel's bivariate exponential distribution. Though there are many forms of bivariate exponential distributions, a matching interest has not been shown in developing corresponding discrete versions in the form of bivariate geometric distributions. Accordingly, attempt is also made to introduce the geometric version of the Gumbel distribution and examine several of its characteristic properties. A major area where exponential models are successfully applied being reliability theory, we also look into the role of these bivariate laws in that context. The present thesis is organised into five Chapters

Momentum distribution in nuclear matter and finite nuclei

A simple method is presented to evaluate the effects of short-range correlations on the momentum distribution of nucleons in nuclear matter within the framework of the Greens function approach. The method provides a very efficient representation of the single-particle Greens function for a correlated system. The reliability of this method is established by comparing its results to those obtained in more elaborate calculations. The sensitivity of the momentum distribution on the nucleon-nucleon interaction and the nuclear density is studied. The momentum distributions of nucleons in finite nuclei are derived from those in nuclear matter using a local-density approximation. These results are compared to those obtained directly for light nuclei like 16O.