The topography of transmembrane segment six is altered during the catalytic cycle of P-glycoprotein

Structural evidence has demonstrated that P-glycoprotein (P-gp) undergoes considerable conformational changes during catalysis, and these alterations are important in drug interaction. Knowledge of which regions in P-gp undergo conformational alterations will provide vital information to elucidate the locations of drug binding sites and the mechanism of coupling. A number of investigations have implicated transmembrane segment six (TM6) in drug-P-gp interactions, and a cysteine-scanning mutagenesis approach was directed to this segment. Introduction of cysteine residues into TM6 did not disturb basal or drug-stimulated ATPase activity per se. Under basal conditions the hydrophobic probe coumarin maleimide readily labeled all introduced cysteine residues, whereas the hydrophilic fluorescein maleimide only labeled residue Cys-343. The amphiphilic BODIPY-maleimide displayed a more complex labeling profile. The extent of labeling with coumarin maleimide did not vary during the catalytic cycle, whereas fluorescein maleimide labeling of F343C was lost after nucleotide binding or hydrolysis. BODIPY-maleimide labeling was markedly altered during the catalytic cycle and indicated that the adenosine 5'-(beta,gamma-imino)triphosphate-bound and ADP/vanadate-trapped intermediates were conformationally distinct. Our data are reconciled with a recent atomic scale model of P-gp and are consistent with a tilting of TM6 in response to nucleotide binding and ATP hydrolysis.

Responsiveness of voltage-gated calcium channels in SH-SY5Y human neuroblastoma cells on quasi-three-dimensional micropatterns formed with poly (l-lactic acid)

Introduction: In this study, quasi-three-dimensional (3D) microwell patterns were fabricated with poly (l-lactic acid) for the development of cell-based assays, targeting voltage-gated calcium channels (VGCCs). Methods and materials: SH-SY5Y human neuroblastoma cells were interfaced with the microwell patterns and found to grow as two dimensional (2D), 3D, and near two dimensional (N2D), categorized on the basis of the cells’ location in the pattern. The capability of the microwell patterns to support 3D cell growth was evaluated in terms of the percentage of the cells in each growth category. Cell spreading was analyzed in terms of projection areas under light microscopy. SH-SY5Y cells’ VGCC responsiveness was evaluated with confocal microscopy and a calcium fluorescent indicator, Calcium GreenTM-1. The expression of L-type calcium channels was evaluated using immunofluorescence staining with DM-BODIPY. Results: It was found that cells within the microwells, either N2D or 3D, showed more rounded shapes and less projection areas than 2D cells on flat poly (l-lactic acid) substrates. Also, cells in microwells showed a significantly lower VGCC responsiveness than cells on flat substrates, in terms of both response magnitudes and percentages of responsive cells, upon depolarization with 50 mM K+. This lower VGCC responsiveness could not be explained by the difference in L-type calcium channel expression. For the two patterns addressed in this study, N2D cells consistently exhibited an intermediate value of either projection areas or VGCC responsiveness between those for 2D and 3D cells, suggesting a correlative relation between cell morphology and VGCC responsiveness. Conclusion: These results suggest that the pattern structure and therefore the cell growth characteristics were critical factors in determining cell VGCC responsiveness and thus provide an approach for engineering cell functionality in cell-based assay systems and tissue engineering scaffolds.

Développement et caractérisation de dérivés dipyrrométhène pour des applications dans le domaine du photovoltaïque

Ce projet de recherche mené en collaboration industrielle avec St-Jean Photochimie Inc. / PCAS Canada vise le développement et la caractérisation de dérivés dipyrrométhène pour des applications dans le domaine du photovoltaïque. La quête du récoltage des photons se situant dans le proche-infrarouge a été au centre des modifications structurales explorées afin d’augmenter l’efficacité de conversion des cellules solaires de type organique et à pigments photosensibles. Trois familles de composés intégrant le motif dipyrrométhène ont été synthétisées et caractérisées du point de vue spectroscopique, électrochimique, structural ainsi que par modélisation moléculaire afin d’établir des relations structures-propriétés. La première famille comporte six azadipyrrométhènes au potentiel de coordination tétradentate sur des centres métalliques. Le développement d’une nouvelle voie synthétique asymétrique combinée à l’utilisation d’une voie symétrique classique ont permis d’obtenir l’ensemble des combinaisons de substituants possibles sur les aryles proximaux incluant les noyaux 2-hydroxyphényle, 2-méthoxyphényle et 2- pyridyle. La modulation du maximum d’absorption dans le rouge a pu être faite entre 598 et 619 nm. De même, la présence de groupements méthoxyle ou hydroxyle augmente l’absorption dans le violet (~410 nm) tel que démontré par modélisation. La caractérisation électrochimique a montré que les dérivés tétradentates étaient en général moins stables aux processus redox que leur contre-parti bidentate. La deuxième famille comporte dix dérivés BODIPY fusionnés de façon asymétrique en position [b]. L’aryle proximal a été modifié de façon systématique afin de mieux comprendre l’impact des substituents riches en électron et de la fusion de cycles aromatiques. De plus, ces dérivés ont été mis en relation avec une vaste série de composés analogues. Les résultats empiriques ont montré que les propriétés optoélectroniques de la plateforme sont régies par le degré de communication électronique entre l’aryle proximal, le pyrrole sur lequel il est attaché et le noyau indolique adjacent à ce dernier. Les maximums d’absorption dans le rouge sont modulables entre 547 et 628 nm et la fluorescence des composés se situe dans le proche- infrarouge. L’un des composé s’est révélé souhaitable pour une utilisation en photovoltaïque ainsi qu’à titre de sonde à pH. La troisième famille comporte cinq complexes neutres de RuII basés sur des polypyridines et portant un ligand azadipyrrométhène cyclométalé. Les composés ont montré une forte absorption de photons dans la région de 600 à 800 nm (rouge à proche- infrarouge) et qui a pu être étendue au-delà de 1100 nm dans le cas des dérivés portant un ligand terpyridine. L’analyse des propriétés optoélectroniques de façon empirique et théorique a montré un impact significatif de la cyclométalation et ouvert la voie pour leur étude en tant que photosensibilisateurs en OPV et en DSSC. La capacité d’un des complexes à photo-injecter un électron dans la bande de conduction du semi-conducteur TiO2 a été démontré en collaboration avec le groupe du Pr Gerald J. Meyer à University of North Carolina at Chapel Hill, premier pas vers une utilisation dans les cellules solaires à pigments photosensibles. La stabilité des complexes en solution s’est toutefois avérée problématique et des pistes de solutions sont suggérées basées sur les connaissances acquises dans le cadre de cette thèse.

Développement et caractérisation de dérivés dipyrrométhène pour des applications dans le domaine du photovoltaïque

Ce projet de recherche mené en collaboration industrielle avec St-Jean Photochimie Inc. / PCAS Canada vise le développement et la caractérisation de dérivés dipyrrométhène pour des applications dans le domaine du photovoltaïque. La quête du récoltage des photons se situant dans le proche-infrarouge a été au centre des modifications structurales explorées afin d’augmenter l’efficacité de conversion des cellules solaires de type organique et à pigments photosensibles. Trois familles de composés intégrant le motif dipyrrométhène ont été synthétisées et caractérisées du point de vue spectroscopique, électrochimique, structural ainsi que par modélisation moléculaire afin d’établir des relations structures-propriétés. La première famille comporte six azadipyrrométhènes au potentiel de coordination tétradentate sur des centres métalliques. Le développement d’une nouvelle voie synthétique asymétrique combinée à l’utilisation d’une voie symétrique classique ont permis d’obtenir l’ensemble des combinaisons de substituants possibles sur les aryles proximaux incluant les noyaux 2-hydroxyphényle, 2-méthoxyphényle et 2- pyridyle. La modulation du maximum d’absorption dans le rouge a pu être faite entre 598 et 619 nm. De même, la présence de groupements méthoxyle ou hydroxyle augmente l’absorption dans le violet (~410 nm) tel que démontré par modélisation. La caractérisation électrochimique a montré que les dérivés tétradentates étaient en général moins stables aux processus redox que leur contre-parti bidentate. La deuxième famille comporte dix dérivés BODIPY fusionnés de façon asymétrique en position [b]. L’aryle proximal a été modifié de façon systématique afin de mieux comprendre l’impact des substituents riches en électron et de la fusion de cycles aromatiques. De plus, ces dérivés ont été mis en relation avec une vaste série de composés analogues. Les résultats empiriques ont montré que les propriétés optoélectroniques de la plateforme sont régies par le degré de communication électronique entre l’aryle proximal, le pyrrole sur lequel il est attaché et le noyau indolique adjacent à ce dernier. Les maximums d’absorption dans le rouge sont modulables entre 547 et 628 nm et la fluorescence des composés se situe dans le proche- infrarouge. L’un des composé s’est révélé souhaitable pour une utilisation en photovoltaïque ainsi qu’à titre de sonde à pH. La troisième famille comporte cinq complexes neutres de RuII basés sur des polypyridines et portant un ligand azadipyrrométhène cyclométalé. Les composés ont montré une forte absorption de photons dans la région de 600 à 800 nm (rouge à proche- infrarouge) et qui a pu être étendue au-delà de 1100 nm dans le cas des dérivés portant un ligand terpyridine. L’analyse des propriétés optoélectroniques de façon empirique et théorique a montré un impact significatif de la cyclométalation et ouvert la voie pour leur étude en tant que photosensibilisateurs en OPV et en DSSC. La capacité d’un des complexes à photo-injecter un électron dans la bande de conduction du semi-conducteur TiO2 a été démontré en collaboration avec le groupe du Pr Gerald J. Meyer à University of North Carolina at Chapel Hill, premier pas vers une utilisation dans les cellules solaires à pigments photosensibles. La stabilité des complexes en solution s’est toutefois avérée problématique et des pistes de solutions sont suggérées basées sur les connaissances acquises dans le cadre de cette thèse.

Physiology and biochemistry of the effect of abiotic stress on the autochthonous CTP4 strain, a candidate microalga for biofuel production in Algarve

Dissertação de Mestrado, Biologia Marinha, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2014

DESIGN, SYNTHESIS AND APPLICATIONS OF FLUORESCENT AND ELECTROCHEMICAL PROBES

“Seeing is believing” the proverb well suits for fluorescent imaging probes. Since we can selectively and sensitively visualize small biomolecules, organelles such as lysosomes, neutral molecules, metal ions, anions through cellular imaging, fluorescent probes can help shed light on the physiological and pathophysiological path ways. Since these biomolecules are produced in low concentrations in the biochemical pathways, general analytical techniques either fail to detect or are not sensitive enough to differentiate the relative concentrations. During my Ph.D. study, I exploited synthetic organic techniques to design and synthesize fluorescent probes with desirable properties such as high water solubility, high sensitivity and with varying fluorescent quantum yields. I synthesized a highly water soluble BOIDPY-based turn-on fluorescent probe for endogenous nitric oxide. I also synthesized a series of cell membrane permeable near infrared (NIR) pH activatable fluorescent probes for lysosomal pH sensing. Fluorescent dyes are molecular tools for designing fluorescent bio imaging probes. This prompted me to design and synthesize a hybrid fluorescent dye with a functionalizable chlorine atom and tested the chlorine re-activity for fluorescent probe design. Carbohydrate and protein interactions are key for many biological processes, such as viral and bacterial infections, cell recognition and adhesion, and immune response. Among several analytical techniques aimed to study these interactions, electrochemical bio sensing is more efficient due to its low cost, ease of operation, and possibility for miniaturization. During my Ph.D., I synthesized mannose bearing aniline molecule which is successfully tested as electrochemical bio sensor. A Ferrocene-mannose conjugate with an anchoring group is synthesized, which can be used as a potential electrochemical biosensor.