Light-activated phytotoxic thiophenes in Flaveria linearis L.

Chromatographic analyses of crude leaf extracts of Flaveria linearis L. revealed the presence of four acetylenic monothiophenes. Three of these metabolites were purified and structurally characterized by UV, NMR, IR, and GC-MS. Germination, growth, and survival/mortality studies with and without UVA, the activating wavelengths of these metabolites, were conducted with the crude leaf extracts and the purified compounds (taken individually and combined) against selected crop species (lettuce, radish, and carrot). Results suggest that acetylenic metabolites are phytotoxic against lettuce, carrot, and radish, but with variability in response among species. These variations in sensitivity and the allelopathic potential of F. linearis is discussed.

Effects of in situ CO2 enrichment on structural characteristics, photosynthesis, and growth of the Mediterranean seagrass Posidonia oceanica

Seagrass is expected to benefit from increased carbon availability under future ocean acidification. This hypothesis has been little tested by in situ manipulation. To test for ocean acidification effects on seagrass meadows under controlled CO2/pH conditions, we used a Free Ocean Carbon Dioxide Enrichment (FOCE) system which allows for the manipulation of pH as continuous offset from ambient. It was deployed in a Posidonia oceanica meadow at 11 m depth in the Northwestern Mediterranean Sea. It consisted of two benthic enclosures, an experimental and a control unit both 1.7 m**3, and an additional reference plot in the ambient environment (2 m**2) to account for structural artifacts. The meadow was monitored from April to November 2014. The pH of the experimental enclosure was lowered by 0.26 pH units for the second half of the 8-month study. The greatest magnitude of change in P. oceanica leaf biometrics, photosynthesis, and leaf growth accompanied seasonal changes recorded in the environment and values were similar between the two enclosures. Leaf thickness may change in response to lower pH but this requires further testing. Results are congruent with other short-term and natural studies that have investigated the response of P. oceanica over a wide range of pH. They suggest any benefit from ocean acidification, over the next century (at a pH of 7.7 on the total scale), on Posidonia physiology and growth may be minimal and difficult to detect without increased replication or longer experimental duration. The limited stimulation, which did not surpass any enclosure or seasonal effect, casts doubts on speculations that elevated CO2 would confer resistance to thermal stress and increase the buffering capacity of meadows.

Data compilation on the biological response to ocean acidification: environmental and experimental context of data sets and related literature

The exponential growth of studies on the biological response to ocean acidification over the last few decades has generated a large amount of data. To facilitate data comparison, a data compilation hosted at the data publisher PANGAEA was initiated in 2008 and is updated on a regular basis (doi:10.1594/PANGAEA.149999). By January 2015, a total of 581 data sets (over 4 000 000 data points) from 539 papers had been archived. Here we present the developments of this data compilation five years since its first description by Nisumaa et al. (2010). Most of study sites from which data archived are still in the Northern Hemisphere and the number of archived data from studies from the Southern Hemisphere and polar oceans are still relatively low. Data from 60 studies that investigated the response of a mix of organisms or natural communities were all added after 2010, indicating a welcomed shift from the study of individual organisms to communities and ecosystems. The initial imbalance of considerably more data archived on calcification and primary production than on other processes has improved. There is also a clear tendency towards more data archived from multifactorial studies after 2010. For easier and more effective access to ocean acidification data, the ocean acidification community is strongly encouraged to contribute to the data archiving effort, and help develop standard vocabularies describing the variables and define best practices for archiving ocean acidification data.

Regulation of T cell response by a new member of the TNF receptor family

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

The optical response of nanostructured surfaces and the composite diffracted evanescent wave model

Investigations of the optical response of subwavelength-structure arrays milled into thin metal films have revealed surprising phenomena, including reports of unexpectedly high transmission of light. Many studies have interpreted the optical coupling to the surface in terms of the resonant excitation of surface plasmon polaritons (SPPs), but other approaches involving composite diffraction of surface evanescent waves (CDEW) have also been proposed. Here we present a series of measurements on very simple one-dimensional subwavelength structures to test the key properties of the surface waves, and compare them to the CDEW and SPP models. We find that the optical response of the silver metal surface proceeds in two steps: a diffractive perturbation in the immediate vicinity (2–3 mu m) of the structure, followed by excitation of a persistent surface wave that propagates over tens of micrometres. The measured wavelength and phase of this persistent wave are significantly shifted from those expected for resonance excitation of a conventional SPP on a pure silver surface.

Improving the use of G-CSF during chemotherapy using physiological mathematical modelling : a quantitative systems pharmacology approach

La diminution des doses administrées ou même la cessation complète d'un traitement chimiothérapeutique est souvent la conséquence de la réduction du nombre de neutrophiles, qui sont les globules blancs les plus fréquents dans le sang. Cette réduction dans le nombre absolu des neutrophiles, aussi connue sous le nom de myélosuppression, est précipitée par les effets létaux non spécifiques des médicaments anti-cancéreux, qui, parallèlement à leur effet thérapeutique, produisent aussi des effets toxiques sur les cellules saines. Dans le but d'atténuer cet impact myélosuppresseur, on administre aux patients un facteur de stimulation des colonies de granulocytes recombinant humain (rhG-CSF), une forme exogène du G-CSF, l'hormone responsable de la stimulation de la production des neutrophiles et de leurs libération dans la circulation sanguine. Bien que les bienfaits d'un traitement prophylactique avec le G-CSF pendant la chimiothérapie soient bien établis, les protocoles d'administration demeurent mal définis et sont fréquemment déterminés ad libitum par les cliniciens. Avec l'optique d'améliorer le dosage thérapeutique et rationaliser l'utilisation du rhG-CSF pendant le traitement chimiothérapeutique, nous avons développé un modèle physiologique du processus de granulopoïèse, qui incorpore les connaissances actuelles de pointe relatives à la production des neutrophiles des cellules souches hématopoïétiques dans la moelle osseuse. À ce modèle physiologique, nous avons intégré des modèles pharmacocinétiques/pharmacodynamiques (PK/PD) de deux médicaments: le PM00104 (Zalypsis®), un médicament anti-cancéreux, et le rhG-CSF (filgrastim). En se servant des principes fondamentaux sous-jacents à la physiologie, nous avons estimé les paramètres de manière exhaustive sans devoir recourir à l'ajustement des données, ce qui nous a permis de prédire des données cliniques provenant de 172 patients soumis au protocol CHOP14 (6 cycles de chimiothérapie avec une période de 14 jours où l'administration du rhG-CSF se fait du jour 4 au jour 13 post-chimiothérapie). En utilisant ce modèle physio-PK/PD, nous avons démontré que le nombre d'administrations du rhG-CSF pourrait être réduit de dix (pratique actuelle) à quatre ou même trois administrations, à condition de retarder le début du traitement prophylactique par le rhG-CSF. Dans un souci d'applicabilité clinique de notre approche de modélisation, nous avons investigué l'impact de la variabilité PK présente dans une population de patients, sur les prédictions du modèle, en intégrant des modèles PK de population (Pop-PK) des deux médicaments. En considérant des cohortes de 500 patients in silico pour chacun des cinq scénarios de variabilité plausibles et en utilisant trois marqueurs cliniques, soient le temps au nadir des neutrophiles, la valeur du nadir, ainsi que l'aire sous la courbe concentration-effet, nous avons établi qu'il n'y avait aucune différence significative dans les prédictions du modèle entre le patient-type et la population. Ceci démontre la robustesse de l'approche que nous avons développée et qui s'apparente à une approche de pharmacologie quantitative des systèmes (QSP). Motivés par l'utilisation du rhG-CSF dans le traitement d'autres maladies, comme des pathologies périodiques telles que la neutropénie cyclique, nous avons ensuite soumis l'étude du modèle au contexte des maladies dynamiques. En mettant en évidence la non validité du paradigme de la rétroaction des cytokines pour l'administration exogène des mimétiques du G-CSF, nous avons développé un modèle physiologique PK/PD novateur comprenant les concentrations libres et liées du G-CSF. Ce nouveau modèle PK a aussi nécessité des changements dans le modèle PD puisqu’il nous a permis de retracer les concentrations du G-CSF lié aux neutrophiles. Nous avons démontré que l'hypothèse sous-jacente de l'équilibre entre la concentration libre et liée, selon la loi d'action de masse, n'est plus valide pour le G-CSF aux concentrations endogènes et mènerait en fait à la surestimation de la clairance rénale du médicament. En procédant ainsi, nous avons réussi à reproduire des données cliniques obtenues dans diverses conditions (l'administration exogène du G-CSF, l'administration du PM00104, CHOP14). Nous avons aussi fourni une explication logique des mécanismes responsables de la réponse physiologique aux deux médicaments. Finalement, afin de mettre en exergue l’approche intégrative en pharmacologie adoptée dans cette thèse, nous avons démontré sa valeur inestimable pour la mise en lumière et la reconstruction des systèmes vivants complexes, en faisant le parallèle avec d’autres disciplines scientifiques telles que la paléontologie et la forensique, où une approche semblable a largement fait ses preuves. Nous avons aussi discuté du potentiel de la pharmacologie quantitative des systèmes appliquées au développement du médicament et à la médecine translationnelle, en se servant du modèle physio-PK/PD que nous avons mis au point.

Regulation of T cell response by a new member of the TNF receptor family

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Growth and photosynthesis of a diatom Cylindrotheca closterium grown under elevated CO2 in the presence of solar UV radiation

The combination of elevated CO2 and the increased acidity in surface oceans is likely to have an impact on photosynthesis via its effects on inorganic carbon speciation and on the overall energetics of phytoplankton. Exposure to UV radiation (UVR) may also have a role in the response to elevated CO2 and acidification, due to the fact that UVR may variously impact on photosynthesis and because of the energy demand of UVR defense. The cell may gain energy by down-regulating the CO2 concentrating mechanism, which may lead to a greater ability to cope with UVR and/or higher growth rates. In order to clarify the interplay of cell responses to increasing CO2 and UVR, we investigated the photosynthetic response of the marine and estuarine diatom Cylindrotheca closterium f. minutissima cultured at either 390 (ambient) or 800 (elevated) ppmv CO2, while exposed to solar radiation with or without UVR (UVR, 280-400 nm). After a 6 day acclimation period, the growth rate of cells was little affected by elevated CO2 and no obvious correlation with the radiation dose (for both PAR and PAR + UV treatments) could be detected. However, the relative electron transport rate was reduced and was more sensitive to UVR in cells main - tained at elevated CO2 as compared to cells cultured at ambient CO2. The CO2 concentrating mechanism was down regulated at 800 ppmv CO2, but was apparently not completely switched off. These data are discussed with respect to their significance in the context of global climate change.

Assessment of the cortisol awakening response: Real-time analysis and curvilinear effects of sample timing inaccuracy

The cortisol awakening response (CAR) is typically measured in the domestic setting. Moderate sample timing inaccuracy has been shown to result in erroneous CAR estimates and such inaccuracy has been shown partially to explain inconsistency in the CAR literature. The need for more reliable measurement of the CAR has recently been highlighted in expert consensus guidelines where it was pointed out that less than 6% of published studies provided electronic-monitoring of saliva sampling time in the post-awakening period. Analyses of a merged data-set of published studies from our laboratory are presented. To qualify for selection, both time of awakening and collection of the first sample must have been verified by electronic-monitoring and sampling commenced within 15 min of awakening. Participants (n = 128) were young (median age of 20 years) and healthy. Cortisol values were determined in the 45 min post-awakening period on 215 sampling days. On 127 days, delay between verified awakening and collection of the first sample was less than 3 min (‘no delay’ group); on 45 days there was a delay of 4–6 min (‘short delay’ group); on 43 days the delay was 7–15 min (‘moderate delay’ group). Cortisol values for verified sampling times accurately mapped on to the typical post-awakening cortisol growth curve, regardless of whether sampling deviated from desired protocol timings. This provides support for incorporating rather than excluding delayed data (up to 15 min) in CAR analyses. For this population the fitted cortisol growth curve equation predicted a mean cortisol awakening level of 6 nmols/l (±1 for 95% CI) and a mean CAR rise of 6 nmols/l (±2 for 95% CI). We also modelled the relationship between real delay and CAR magnitude, when the CAR is calculated erroneously by incorrectly assuming adherence to protocol time. Findings supported a curvilinear hypothesis in relation to effects of sample delay on the CAR. Short delays of 4–6 min between awakening and commencement of saliva sampling resulted an overestimated CAR. Moderate delays of 7–15 min were associated with an underestimated CAR. Findings emphasize the need to employ electronic-monitoring of sampling accuracy when measuring the CAR in the domestic setting.

Material Evaluation of an Elastomer, Epoxy and Lightweight Concrete Rail Attachment System for Direct Fixation Light Rail Applications

Thesis (Master's)--University of Washington, 2016-08

Postharvest light treatments increase skin blush in mango fruit

Skin colour is an important quality parameter that influences mango fruit marketability. The mango industry is interested in controlled induction of skin blush in mangoes. It is desirable to understand the control of anthocyanin accumulation in mango skin. Among environmental factors known to induce anthocyanin accumulation in plants, light is the most studied. Light exposure induces pigmentation in various fruits, including apple, strawberry and grape. The effect of different light qualities on skin blush in mango fruit has received relatively little attention. The objective of this study was to assess anthocyanin accumulation and blush in response to blue, red and far red light from light-emitting diodes (LEDs) as applied to harvested mango fruit skin during storage at 12°C. Except for red light, the other wavelengths induced anthocyanin accumulation and skin blush as compared to the dark control treatment. Anthocyanin concentration and a∗ values were highest in blue light exposed fruit skin. This wavelength enhanced phenylalanine ammonia lyase activity in the mango skin, which may be associated with increased pigmentation. LED light treatment did not affect other fruit quality parameters at 21 days of storage, including firmness, total soluble solids and titratable acidity. Overall, the findings suggest that postharvest treatment with blue light can induce skin blush in mango fruit, which potentially may enhance their commercial value.

Design of passive methane oxidation biosystems considering their response to the presence of capillary barrier effect

La construction des biosystèmes d’oxydation passive du méthane (BOPM) est une option économique et durable pour réduire les émissions de méthane des sites d’enfouissement de déchets et des effets subséquents du réchauffement climatique. Les BOPM sont constitués de deux couches principales: la couche d'oxydation du méthane (MOL) et la couche de distribution du gaz (GDL). L'oxydation du méthane se produit dans la MOL par les réactions biochimiques des bactéries méthanotrophes, et la GDL est construite sous la MOL pour intercepter et distribuer les émissions fugitives de biogaz à la base de la MOL. Fondamentalement, l'efficacité d'un BOPM est définie en fonction de l'efficacité d'oxydation du méthane dans la MOL. Par conséquent, il est indispensable de fournir des conditions adéquates pour les activités bactériennes des méthanotrophes. En plus des paramètres environnementaux, l'intensité et la distribution du biogaz influencent l'efficacité des BOPM, et ils peuvent rendre le matériau de la MOL - avec une grande capacité d'accueillir les activités bactériennes - inutilisables en termes d'oxydation du méthane sur place. L'effet de barrière capillaire le long de l'interface entre la GDL et la MOL peut provoquer des émissions localisées de méthane, due à la restriction ou la distribution non uniforme de l’écoulement ascendant du biogaz à la base de la MOL. L'objectif principal de cette étude est d'incorporer le comportement hydraulique non saturé des BOPM dans la conception des BOPM, afin d’assurer la facilité et la distribution adéquates de l'écoulement du biogaz à la base de la MOL. Les fonctions de perméabilité à l'air des matériaux utilisés pour construire la MOL des BOPM expérimentaux au site d’enfouissement des déchets de St Nicéphore (Québec, Canada), ainsi que celles d'autres de la littérature technique, ont été étudiés pour évaluer le comportement d'écoulement non saturé du gaz dans les matériaux et pour identifier le seuil de migration sans restriction du gaz. Ce dernier seuil a été introduit en tant que un paramètre de conception avec lequel le critère de conception recommandé ici, c’est à dire la longueur de la migration sans restriction de gaz (LMSG), a été défini. La LMSG est considérée comme la longueur le long de l'interface entre la GDL et la MOL où le biogaz peut migrer à travers la MOL sans restriction. En réalisant des simulations numériques avec SEEP/W, les effets de la pente de l'interface, des paramètres définissant la courbe de rétention d'eau, de la fonction de la conductivité hydraulique du matériau de la MOL sur la valeur de la LMSG (représentant la facilité d'écoulement du biogaz à l'interface) et de la distribution de l'humidité (et par conséquent celle du biogaz) ont été évalués. Selon les résultats des simulations, la conductivité hydraulique saturée et la distribution des tailles de pores du matériau de la MOL sont les paramètres les plus importants sur la distribution de l'humidité le long de l'interface. Ce dernier paramètre influe également sur la valeur du degré de saturation et donc la facilité du biogaz à la base de la MOL. La densité sèche du matériau de MOL est un autre paramètre qui contrôle la facilité d'écoulement ascendant du biogaz. Les limitations principales de la présente étude sont associées au nombre de matériaux de MOL testés et à l'incapacité de SEEP/W de considérer l'évapotranspiration. Toutefois, compte tenu des hypothèses raisonnables dans les simulations et en utilisant les données de la littérature, on a essayé de réduire ces limitations. En utilisant les résultats des expériences et des simulations numériques, des étapes et des considérations de conception pour la sélection du matériau de MOL et de la pente d'interface ont été proposées. En effet,le comportement hydraulique non saturé des matériaux serait intégré dans les nécessités de conception pour un BOPM efficace, de sorte que la capacité maximale possible d'oxydation du méthane du matériau de la MOL soit exploitée.

Improving the use of G-CSF during chemotherapy using physiological mathematical modelling : a quantitative systems pharmacology approach

La diminution des doses administrées ou même la cessation complète d'un traitement chimiothérapeutique est souvent la conséquence de la réduction du nombre de neutrophiles, qui sont les globules blancs les plus fréquents dans le sang. Cette réduction dans le nombre absolu des neutrophiles, aussi connue sous le nom de myélosuppression, est précipitée par les effets létaux non spécifiques des médicaments anti-cancéreux, qui, parallèlement à leur effet thérapeutique, produisent aussi des effets toxiques sur les cellules saines. Dans le but d'atténuer cet impact myélosuppresseur, on administre aux patients un facteur de stimulation des colonies de granulocytes recombinant humain (rhG-CSF), une forme exogène du G-CSF, l'hormone responsable de la stimulation de la production des neutrophiles et de leurs libération dans la circulation sanguine. Bien que les bienfaits d'un traitement prophylactique avec le G-CSF pendant la chimiothérapie soient bien établis, les protocoles d'administration demeurent mal définis et sont fréquemment déterminés ad libitum par les cliniciens. Avec l'optique d'améliorer le dosage thérapeutique et rationaliser l'utilisation du rhG-CSF pendant le traitement chimiothérapeutique, nous avons développé un modèle physiologique du processus de granulopoïèse, qui incorpore les connaissances actuelles de pointe relatives à la production des neutrophiles des cellules souches hématopoïétiques dans la moelle osseuse. À ce modèle physiologique, nous avons intégré des modèles pharmacocinétiques/pharmacodynamiques (PK/PD) de deux médicaments: le PM00104 (Zalypsis®), un médicament anti-cancéreux, et le rhG-CSF (filgrastim). En se servant des principes fondamentaux sous-jacents à la physiologie, nous avons estimé les paramètres de manière exhaustive sans devoir recourir à l'ajustement des données, ce qui nous a permis de prédire des données cliniques provenant de 172 patients soumis au protocol CHOP14 (6 cycles de chimiothérapie avec une période de 14 jours où l'administration du rhG-CSF se fait du jour 4 au jour 13 post-chimiothérapie). En utilisant ce modèle physio-PK/PD, nous avons démontré que le nombre d'administrations du rhG-CSF pourrait être réduit de dix (pratique actuelle) à quatre ou même trois administrations, à condition de retarder le début du traitement prophylactique par le rhG-CSF. Dans un souci d'applicabilité clinique de notre approche de modélisation, nous avons investigué l'impact de la variabilité PK présente dans une population de patients, sur les prédictions du modèle, en intégrant des modèles PK de population (Pop-PK) des deux médicaments. En considérant des cohortes de 500 patients in silico pour chacun des cinq scénarios de variabilité plausibles et en utilisant trois marqueurs cliniques, soient le temps au nadir des neutrophiles, la valeur du nadir, ainsi que l'aire sous la courbe concentration-effet, nous avons établi qu'il n'y avait aucune différence significative dans les prédictions du modèle entre le patient-type et la population. Ceci démontre la robustesse de l'approche que nous avons développée et qui s'apparente à une approche de pharmacologie quantitative des systèmes (QSP). Motivés par l'utilisation du rhG-CSF dans le traitement d'autres maladies, comme des pathologies périodiques telles que la neutropénie cyclique, nous avons ensuite soumis l'étude du modèle au contexte des maladies dynamiques. En mettant en évidence la non validité du paradigme de la rétroaction des cytokines pour l'administration exogène des mimétiques du G-CSF, nous avons développé un modèle physiologique PK/PD novateur comprenant les concentrations libres et liées du G-CSF. Ce nouveau modèle PK a aussi nécessité des changements dans le modèle PD puisqu’il nous a permis de retracer les concentrations du G-CSF lié aux neutrophiles. Nous avons démontré que l'hypothèse sous-jacente de l'équilibre entre la concentration libre et liée, selon la loi d'action de masse, n'est plus valide pour le G-CSF aux concentrations endogènes et mènerait en fait à la surestimation de la clairance rénale du médicament. En procédant ainsi, nous avons réussi à reproduire des données cliniques obtenues dans diverses conditions (l'administration exogène du G-CSF, l'administration du PM00104, CHOP14). Nous avons aussi fourni une explication logique des mécanismes responsables de la réponse physiologique aux deux médicaments. Finalement, afin de mettre en exergue l’approche intégrative en pharmacologie adoptée dans cette thèse, nous avons démontré sa valeur inestimable pour la mise en lumière et la reconstruction des systèmes vivants complexes, en faisant le parallèle avec d’autres disciplines scientifiques telles que la paléontologie et la forensique, où une approche semblable a largement fait ses preuves. Nous avons aussi discuté du potentiel de la pharmacologie quantitative des systèmes appliquées au développement du médicament et à la médecine translationnelle, en se servant du modèle physio-PK/PD que nous avons mis au point.

Predicting Plant Performance Under Simultaneously Changing Environmental Conditions-The Interplay Between Temperature, Light, and Internode Growth

Plant performance is significantly influenced by prevailing light and temperature conditions during plant growth and development. For plants exposed to natural fluctuations in abiotic environmental conditions it is however laborious and cumbersome to experimentally assign any contribution of individual environmental factors to plant responses. This study aimed at analyzing the interplay between light, temperature and internode growth based on model approaches. We extended the light-sensitive virtual plant model L-Cucumber by implementing a common Arrhenius function for appearance rates, growth rates, and growth durations. For two greenhouse experiments, the temperature-sensitive model approach resulted in a precise prediction of cucumber mean internode lengths and number of internodes, as well as in accurately predicted patterns of individual internode lengths along the main stem. In addition, a system's analysis revealed that environmental data averaged over the experimental period were not necessarily related to internode performance. Finally, the need for a species-specific parameterization of the temperature response function and related aspects in modeling temperature effects on plant development and growth is discussed.