Développement de matériaux à base de protéines extraites du byssus de la moule bleue Mytilus edulis

Le byssus est un amas de fibres que les moules produisent afin de s’ancrer aux surfaces immergées sous l’eau. Ces fibres sont pourvues de propriétés mécaniques impressionnantes combinant rigidité, élasticité et ténacité élevées. De plus, elles possèdent un comportement d’auto-guérison de leurs propriétés mécaniques en fonction du temps lorsque la contrainte initialement appliquée est retirée. Les propriétés mécaniques de ces fibres sont le résultat de l’agencement hiérarchique de protéines de type copolymère blocs riches en collagène et de la présence de métaux formant des liens sacrificiels réversibles avec certains acides aminés comme les DOPA et les histidines. Bien que cette fibre soit très intéressante pour la production de matériaux grâce à son contenu élevé en collagène potentiellement biocompatible, cette ressource naturelle est traitée comme un déchet par les mytiliculteurs. L’objectif de cette thèse était de valoriser cette fibre en extrayant les protéines pour générer une nouvelle classe de matériaux biomimétiques. Un hydrolysat de protéines de byssus (BPH) riche en acides aminés chargés, i.e. ~30 % mol, et permettant de former des films a pu être généré. Lorsque solubilisé à pH 10.5, le BPH forme un hydrogel contenant des structures en triple hélice de collagène et des feuillets β anti-parallèles intra- et inter-moléculaires. Suite à l’évaporation de l’eau, le film de BPH résultant est insoluble en milieu aqueux à cause des structures secondaires très stables agissant comme points de réticulation effectifs. Les propriétés mécaniques des films de BPH sont modulables en fonction du pH. Au point isoélectrique (pI = 4.5), les interactions électrostatiques entre les charges opposées agissent comme points de réticulation et augmentent la rigidité des films et leur contrainte à la rupture sans affecter la déformation à la rupture. À pH plus élevé ou plus bas que le pI, les performances mécaniques des films sont plus faibles à cause de la répulsion entre les groupements fonctionnels de même charge qui interagissent plutôt avec les molécules d’eau et causent le gonflement de la matrice protéique des films. Le BPH contenant un nombre élevé d’acides aminés chargés et réactifs, nous avons pu réticuler les films de manière covalente à l’aide d’EDC ou de glutaraldéhyde. Les propriétés mécaniques des films sont modulables en fonction de la concentration d’EDC utilisée lors de la réticulation ou en employant du glutaraldéhyde comme agent réticulant. Les films sont à la fois plus rigides et plus forts avec un degré de réticulation élevé, mais perdent leur extensibilité à mesure que les segments libres de s’étirer lors d’une traction deviennent entravés par les points de réticulation. La réticulation augmente également la résistance à la dégradation enzymatique par la collagénase, les films les plus fortement réticulés lui étant pratiquement insensibles. La spectroscopie infrarouge montre enfin que la réticulation entraîne une transition de feuillets β anti-parallèles inter-moléculaires vers des structures de type hélices de collagène/PPII hydratées. Des liens sacrificiels ont été formés dans les films de BPH par traitement au pI et/ou avec différents métaux, i.e. Na+, Ca2+, Fe3+, afin de moduler les propriétés mécaniques statiques et d’évaluer le rôle de ces traitements sur le comportement d’auto-guérison lors de tests mécaniques cycliques avec différents temps de repos. Plus la valence des ions métalliques ajoutés augmente, plus les propriétés mécaniques statiques affichent un module, une contrainte à la rupture et une ténacité élevés sans toutefois affecter la déformation à la rupture, confirmant la formation de liens sacrificiels. Les tests mécaniques cycliques montrent que les traitements au pI ou avec Ca2+ créent des liens sacrificiels ioniques réversibles qui mènent à un processus d’auto-guérison des performances mécaniques dépendant du pH. L’ajout de Fe3+ à différentes concentrations module les performances mécaniques sur un plus large intervalle et la nature plus covalente de son interaction avec les acides aminés permet d’atteindre des valeurs nettement plus élevées que les autres traitements étudiés. Le Fe3+ permet aussi la formation de liens sacrificiels réversibles menant à l’auto-guérison des propriétés mécaniques. Les spectroscopies Raman et infrarouge confirment que le fer crée des liaisons avec plusieurs acides aminés, dont les histidines et les DOPA. Les résultats dans leur ensemble démontrent que les films de BPH sont des hydrogels biomimétiques du byssus qui peuvent être traités ou réticulés de différentes façons afin de moduler leurs performances mécaniques. Ils pourraient ainsi servir de matrices pour des applications potentielles dans le domaine pharmaceutique ou en ingénierie tissulaire.

Études d'ingénierie du ribozyme VS de Neurospora

Les ribozymes sont des ARN catalytiques fréquemment exploités pour le développement d’outils biochimiques et d’agents thérapeutiques. Ils sont particulièrement intéressants pour effectuer l’inactivation de gènes, en permettant la dégradation d’ARNm ou d’ARN viraux associés à des maladies. Les ribozymes les plus utilisés en ce moment pour le développement d’agents thérapeutiques sont les ribozymes hammerhead et hairpin, qui permettent la reconnaissance spécifique d’ARN simple brin par la formation de structures secondaires stables. In vivo, la majorité des ARN adoptent des structures secondaires et tertiaires complexes et les régions simples brins sont parfois difficiles d’accès. Il serait intéressant de pouvoir cibler des ARN repliés et un motif d’ARN intéressant à cibler est la tige-boucle d’ARN qui peut être importante dans le repliement global des ARN et pour accomplir des fonctions biologiques. Le ribozyme VS de Neurospora fait la reconnaissance de son substrat replié en tigeboucle de façon spécifique par une interaction kissing-loop, mais il n’a jamais été exploité pour faire la reconnaissance d’un ARN cible très différent de son substrat naturel. Le but des travaux présentés dans cette thèse est de déterminer si le ribozyme VS possède l’adaptabilité nécessaire pour l’ingénierie de ribozymes qui clivent des ARN cibles différents du substrat naturel. Dans le cadre de cette thèse, le ribozyme VS a été modifié pour l’adapter à différents substrats et des études de cinétiques ont été réalisées pour évaluer l’impact de ces modifications sur l’activité de clivage du ribozyme. Dans un premier temps, le ribozyme a été modifié pour faire la reconnaissance et le clivage de substrats possédant différentes longueurs de tiges Ib. Le ribozyme a été adapté avec succès à ces substrats de différentes longueurs de tige Ib, avec une activité qui est similaire à celle du ribozyme avec un substrat sans modification. Dans un deuxième temps, c’est l’interaction kissing-loop I/V du ribozyme qui a été substituée de façon rationnelle, dans le but de savoir si un ribozyme VS mutant peut reconnaitre et cliver un substrat ayant une boucle différente de celle de son substrat naturel. L’interaction kissing-loop I/V a été substituée pour les interactions kissing-loop TAR/TAR* de l’ARN du VIH-1 et L22/L88 de l’ARN 23S de Deinococcus radiodurans. La réaction de iii clivage des ribozymes comportant ces nouvelles interactions kissing-loop est toujours observée, mais avec une activité diminuée. Finalement, la sélection in vitro (SELEX) de ribozymes a été effectuée pour permettre un clivage plus efficace d’un substrat mutant avec une nouvelle boucle. Le SELEX a permis la sélection d’un ribozyme qui clive un substrat avec une boucle terminale mutée pour celle de l’ARN TAR du VIH-1 et cela avec une activité de clivage très efficace. L’ensemble de ces études démontre que le ribozyme VS peut être modifié de diverses façons pour la reconnaissance spécifique de différents substrats, tout en conservant une bonne activité de clivage. Ces résultats montrent le grand potentiel d’ingénierie du ribozyme VS et sont prometteurs pour la poursuite d’études d’ingénierie du ribozyme VS, en vue du clivage d’ARN cibles repliés en tige-boucle complètement différents du substrat naturel du ribozyme VS.

Développement de matériaux à base de protéines extraites du byssus de la moule bleue Mytilus edulis

Le byssus est un amas de fibres que les moules produisent afin de s’ancrer aux surfaces immergées sous l’eau. Ces fibres sont pourvues de propriétés mécaniques impressionnantes combinant rigidité, élasticité et ténacité élevées. De plus, elles possèdent un comportement d’auto-guérison de leurs propriétés mécaniques en fonction du temps lorsque la contrainte initialement appliquée est retirée. Les propriétés mécaniques de ces fibres sont le résultat de l’agencement hiérarchique de protéines de type copolymère blocs riches en collagène et de la présence de métaux formant des liens sacrificiels réversibles avec certains acides aminés comme les DOPA et les histidines. Bien que cette fibre soit très intéressante pour la production de matériaux grâce à son contenu élevé en collagène potentiellement biocompatible, cette ressource naturelle est traitée comme un déchet par les mytiliculteurs. L’objectif de cette thèse était de valoriser cette fibre en extrayant les protéines pour générer une nouvelle classe de matériaux biomimétiques. Un hydrolysat de protéines de byssus (BPH) riche en acides aminés chargés, i.e. ~30 % mol, et permettant de former des films a pu être généré. Lorsque solubilisé à pH 10.5, le BPH forme un hydrogel contenant des structures en triple hélice de collagène et des feuillets β anti-parallèles intra- et inter-moléculaires. Suite à l’évaporation de l’eau, le film de BPH résultant est insoluble en milieu aqueux à cause des structures secondaires très stables agissant comme points de réticulation effectifs. Les propriétés mécaniques des films de BPH sont modulables en fonction du pH. Au point isoélectrique (pI = 4.5), les interactions électrostatiques entre les charges opposées agissent comme points de réticulation et augmentent la rigidité des films et leur contrainte à la rupture sans affecter la déformation à la rupture. À pH plus élevé ou plus bas que le pI, les performances mécaniques des films sont plus faibles à cause de la répulsion entre les groupements fonctionnels de même charge qui interagissent plutôt avec les molécules d’eau et causent le gonflement de la matrice protéique des films. Le BPH contenant un nombre élevé d’acides aminés chargés et réactifs, nous avons pu réticuler les films de manière covalente à l’aide d’EDC ou de glutaraldéhyde. Les propriétés mécaniques des films sont modulables en fonction de la concentration d’EDC utilisée lors de la réticulation ou en employant du glutaraldéhyde comme agent réticulant. Les films sont à la fois plus rigides et plus forts avec un degré de réticulation élevé, mais perdent leur extensibilité à mesure que les segments libres de s’étirer lors d’une traction deviennent entravés par les points de réticulation. La réticulation augmente également la résistance à la dégradation enzymatique par la collagénase, les films les plus fortement réticulés lui étant pratiquement insensibles. La spectroscopie infrarouge montre enfin que la réticulation entraîne une transition de feuillets β anti-parallèles inter-moléculaires vers des structures de type hélices de collagène/PPII hydratées. Des liens sacrificiels ont été formés dans les films de BPH par traitement au pI et/ou avec différents métaux, i.e. Na+, Ca2+, Fe3+, afin de moduler les propriétés mécaniques statiques et d’évaluer le rôle de ces traitements sur le comportement d’auto-guérison lors de tests mécaniques cycliques avec différents temps de repos. Plus la valence des ions métalliques ajoutés augmente, plus les propriétés mécaniques statiques affichent un module, une contrainte à la rupture et une ténacité élevés sans toutefois affecter la déformation à la rupture, confirmant la formation de liens sacrificiels. Les tests mécaniques cycliques montrent que les traitements au pI ou avec Ca2+ créent des liens sacrificiels ioniques réversibles qui mènent à un processus d’auto-guérison des performances mécaniques dépendant du pH. L’ajout de Fe3+ à différentes concentrations module les performances mécaniques sur un plus large intervalle et la nature plus covalente de son interaction avec les acides aminés permet d’atteindre des valeurs nettement plus élevées que les autres traitements étudiés. Le Fe3+ permet aussi la formation de liens sacrificiels réversibles menant à l’auto-guérison des propriétés mécaniques. Les spectroscopies Raman et infrarouge confirment que le fer crée des liaisons avec plusieurs acides aminés, dont les histidines et les DOPA. Les résultats dans leur ensemble démontrent que les films de BPH sont des hydrogels biomimétiques du byssus qui peuvent être traités ou réticulés de différentes façons afin de moduler leurs performances mécaniques. Ils pourraient ainsi servir de matrices pour des applications potentielles dans le domaine pharmaceutique ou en ingénierie tissulaire.

Étude S.AGES : recueil et suivi de nouveaux cas de syndromes d’apnées obstructives au cours du sommeil (SAOS), chez des sujets âgés de plus de 70 ans, diagnostiqués dans les structures de pneumologie et de gériatrie

International audience

Different coordination modes for disulfoxides towards diorganotin(IV) dichlorides. X-ray crystal structures of 1,2-cis-bis-(phenylsulfinyl)ethene (rac-,cis-cbpse) and adducts [{Ph2SnCl2(meso-bpse)}n] and [{n-Bu2SnCl2(pdtd)}2]

The reactions of meso-1,2-bis(phenylsulfinyl)ethane (meso-bpse) with Ph2SnCl2, 2-phenyl-1,3-dithiane trans-1-trans-3-dioxide (pdtd) with n-Bu2SnCl2 and 1,2-cis-bis-(phenylsulfinyl)ethene (rac-,cis-cbpse) with Ph2SnCl2, in 1:1 molar ratio, yielded [{Ph2SnCl2(meso-bpse)}n], [{n-Bu2SnCl2(pdtd)}2] and [{Ph2SnCl2(rac,cis-cbpse)}x] (x = 2 or n), respectively. All adducts were studied by IR, Mössbauer and 119Sn NMR spectroscopic methods, elemental analysis and single crystal X-ray diffractometry. The X-ray crystal structure of [{Ph2SnCl2(meso-bpse)}n] revealed the occurrence of infinite chains in which the tin(IV) atoms appear in a distorted octahedral geometry with Cl atoms in cis and Ph groups in trans positions. The X-ray crystal structure of [{n-Bu2SnCl2(pdtd)}2] revealed discrete centrosymmetric dimeric species in which the tin(IV) atoms possess a distorted octahedral geometry with bridging disulfoxides in cis and n-butyl moieties in trans positions. The spectroscopic data indicated that the adduct containing the rac,cis-cbpse ligand can be dimeric or polymeric. The X-ray structural analysis of the free rac-,cis-cbpse sulfoxide revealed that the crystals belong to the C2/c space group.

Nanochromics: old materials, new structures and architectures for high performance devices

Due to the development of nanoscience, the interest in electrochromism has increased and new assemblies of electrochromic materials at nanoscale leading to higher efficiencies and chromatic contrasts, low switching times and the possibility of color tuning have been developed. These advantages are reached due to the extensive surface area found in nanomaterials and the large amount of organic electrochromic molecules that can be easily attached onto inorganic nanoparticles, as TiO2 or SiO2. Moreover, the direct contact between electrolyte and nanomaterials produces high ionic transfer rates, leading to fast charge compensation, which is essential for high performance electrochromic electrodes. Recently, the layer-by-layer technique was presented as an interesting way to produce different architectures by the combination of both electrochromic nanoparticles and polymers. The present paper shows some of the newest insights into nanochromic science.

Two dimensional analysis of inflatable structures by the positional FEM

This paper presents a, simple two dimensional frame formulation to deal with structures undergoing large motions due to dynamic actions including very thin inflatable structures, balloons. The proposed methodology is based on the minimum potential energy theorem written regarding nodal positions. Velocity, acceleration and strain are achieved directly from positions, not. displacements, characterizing the novelty of the proposed technique. A non-dimensional space is created and the deformation function (change of configuration) is written following two independent mappings from which the strain energy function is written. The classical New-mark equations are used to integrate time. Dumping and non-conservative forces are introduced into the mechanical system by a rheonomic energy function. The final formulation has the advantage of being simple and easy to teach, when compared to classical Counterparts. The behavior of a bench-mark problem (spin-up maneuver) is solved to prove the formulation regarding high circumferential speed applications. Other examples are dedicated to inflatable and very thin structures, in order to test the formulation for further analysis of three dimensional balloons.

Power Secant Method applied to natural frequency extraction of Timoshenko beam structures

This work deals with an improved plane frame formulation whose exact dynamic stiffness matrix (DSM) presents, uniquely, null determinant for the natural frequencies. In comparison with the classical DSM, the formulation herein presented has some major advantages: local mode shapes are preserved in the formulation so that, for any positive frequency, the DSM will never be ill-conditioned; in the absence of poles, it is possible to employ the secant method in order to have a more computationally efficient eigenvalue extraction procedure. Applying the procedure to the more general case of Timoshenko beams, we introduce a new technique, named ""power deflation"", that makes the secant method suitable for the transcendental nonlinear eigenvalue problems based on the improved DSM. In order to avoid overflow occurrences that can hinder the secant method iterations, limiting frequencies are formulated, with scaling also applied to the eigenvalue problem. Comparisons with results available in the literature demonstrate the strength of the proposed method. Computational efficiency is compared with solutions obtained both by FEM and by the Wittrick-Williams algorithm.

The role of disulfide bridges in the 3-D structures of the antimicrobial peptides gomesin and protegrin-1: a molecular dynamics study

Some antimicrobial peptides have a broad spectrum of action against many different kinds of microorganisms. Gomesin and protegrin-1 are examples of such antimicrobial peptides, and they were studied by molecular dynamics in this research. Both have a beta-hairpin conformation stabilized by two disulfide bridges and are active against Gram-positive and Gram-negative bacteria, as well as fungi. In this study, the role of the disulfide bridge in the maintenance of the tertiary peptide structure of protegrin-1 and gomesin is analyzed by the structural characteristics of these peptides and two of their respective variants, gomy4 and proty4, in which the four cysteines are replaced by four tyrosine residues. The absence of disulfide bridges in gomy4 and proty4 is compensated by overall reinforcement of the original hydrogen bonds and extra attractive interactions between the aromatic rings of the tyrosine residues. The net effects on the variants with respect to the corresponding natural peptides are: i) maintenance of the original beta-hairpin conformation, with great structural similarities between the mutant and the corresponding natural peptide; ii) combination of positive F and. Ramachandran angles within the hairpin head region with a qualitative change to a combination of positive (F) and negative (.) angles, and iii) significant increase in structural flexibility. Experimental facts about the antimicrobial activity of the gomesin and protegrin-1 variants have also been established here, in the hope that the detailed data provided in the present study may be useful for understanding the mechanism of action of these peptides.

Fast ray-tracing algorithm for circumstellar structures (FRACS) II. Disc parameters of the B[e] supergiant CPD-57 degrees 2874 from VLTI/MIDI data

Context. B[e] supergiants are luminous, massive post-main sequence stars exhibiting non-spherical winds, forbidden lines, and hot dust in a disc-like structure. The physical properties of their rich and complex circumstellar environment (CSE) are not well understood, partly because these CSE cannot be easily resolved at the large distances found for B[e] supergiants (typically greater than or similar to 1 kpc). Aims. From mid-IR spectro-interferometric observations obtained with VLTI/MIDI we seek to resolve and study the CSE of the Galactic B[e] supergiant CPD-57 degrees 2874. Methods. For a physical interpretation of the observables (visibilities and spectrum) we use our ray-tracing radiative transfer code (FRACS), which is optimised for thermal spectro-interferometric observations. Results. Thanks to the short computing time required by FRACS (<10 s per monochromatic model), best-fit parameters and uncertainties for several physical quantities of CPD-57 degrees 2874 were obtained, such as inner dust radius, relative flux contribution of the central source and of the dusty CSE, dust temperature profile, and disc inclination. Conclusions. The analysis of VLTI/MIDI data with FRACS allowed one of the first direct determinations of physical parameters of the dusty CSE of a B[e] supergiant based on interferometric data and using a full model-fitting approach. In a larger context, the study of B[e] supergiants is important for a deeper understanding of the complex structure and evolution of hot, massive stars.

Depth-dependent local structures in thin films unraveled by grazing-incidence X-ray absorption spectroscopy

A method of using X-ray absorption spectroscopy together with resolved grazing-incidence geometry for depth profiling of atomic, electronic or chemical local structures in thin films is presented. The quantitative deconvolution of thickness-dependent spectral features is performed by fully considering both scattering and absorption formalisms. Surface oxidation and local structural depth profiles in nanometric FePt films are determined, exemplifying the application of the method.

Anomalous dephasing scattering rate of two-dimensional electrons in double quantum well structures

The results on the measurement of electrical conductivity and magnetoconductivity of a GaAs double quantum well between 0.5 and 1.1 K are reported. The zero magnetic-field conductivity is well described from the point of view of contributions made by both the weak localization and electron-electron interaction. At low field and low temperature, the magnetoconductivity is dominated by the weak localization effect only. Using the weak localization method, we have determined the electron dephasing times tau(phi) and tunneling times tau(t). Concerning tunneling, we concluded that tau(t) presents a minimum around the balance point; concerning dephasing, we observed an anomalous dependence on temperature and conductivity (or elastic mean free path) of tau(phi). This anomalous behavior cannot be explained in terms of the prevailing concepts for the electron-electron interaction in high-mobility two-dimensional electron systems.

Many-Body Effects on the rho(xx) Ringlike Structures in Two-Subband Wells

The longitudinal resistivity rho(xx) of two-dimensional electron gases formed in wells with two subbands displays ringlike structures when plotted in a density-magnetic-field diagram, due to the crossings of spin-split Landau levels (LLs) from distinct subbands. Using spin density functional theory and linear response, we investigate the shape and spin polarization of these structures as a function of temperature and magnetic-field tilt angle. We find that (i) some of the rings ""break'' at sufficiently low temperatures due to a quantum Hall ferromagnetic phase transition, thus exhibiting a high degree of spin polarization (similar to 50%) within, consistent with the NMR data of Zhang et al. [Phys. Rev. Lett. 98, 246802 (2007)], and (ii) for increasing tilting angles the interplay between the anticrossings due to inter-LL couplings and the exchange-correlation effects leads to a collapse of the rings at some critical angle theta(c), in agreement with the data of Guo et al. [Phys. Rev. B 78, 233305 (2008)].

Theoretical investigation of atomic and electronic structures of Ga(2)O(3)(ZnO)(6)

Transparent conducting oxides (TCO) are widely used in technological applications ranging from photovoltaics to thin-film transparent field-effect transistors. In this work we report a first-principles investigation, based on density-functional theory, of the atomic and electronic properties of Ga(2)O(3)(ZnO)(6) (GZO(6)), which is a promising candidate to be used as host oxide for wide band gap TCO applications. We identify a low-energy configuration for the coherent distribution of the Ga and Zn atoms in the cation positions within the experimentally reported orthorhombic GZO(6) structure. Four Ga atoms are located in four-fold sites, while the remaining 12 Ga atoms in the unit cell form four shared Ga agglomerates (a motif of four atoms). The Zn atoms are distributed in the remaining cation sites with effective coordination numbers from 3.90 to 4.50. Furthermore, we identify the natural formation of twin-boundaries in GZO(6), which can explain the zigzag modulations observed experimentally by high-resolution transmission electron microscopy in GZO(n) (n=9). Due to the intrinsic twin-boundary formation, polarity inversion in the ZnO tetrahedrons is present which is facilitated by the formation of the Ga agglomerates. Our analysis shows that the formation of fourfold Ga sites and Ga agglomerates are stabilized by the electronic octet rule, while the distribution of Ga atoms and the formation of the twin-boundary help alleviate excess strain. Finally we identify that the electronic properties of GZO(6) are essentially determined by the electronic properties of ZnO, i.e., there are slight changes in the band gap and optical absorption properties.

GEVREY SOLVABILITY AND GEVREY REGULARITY IN DIFFERENTIAL COMPLEXES ASSOCIATED TO LOCALLY INTEGRABLE STRUCTURES

In this work we study some properties of the differential complex associated to a locally integrable (involutive) structure acting on forms with Gevrey coefficients. Among other results we prove that, for such complexes, Gevrey solvability follows from smooth solvability under the sole assumption of a regularity condition. As a consequence we obtain the proof of the Gevrey solvability for a first order linear PDE with real-analytic coefficients satisfying the Nirenberg-Treves condition (P).