Comprendre et maîtriser le passage de type I à type II de puits quantiques d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) sur substrat de GaSb

Les antimoniures sont des semi-conducteurs III-V prometteurs pour le développement de dispositifs optoélectroniques puisqu'ils ont une grande mobilité d'électrons, une large gamme spectrale d'émission ou de détection et offrent la possibilité de former des hétérostructures confinées dont la recombinaison est de type I, II ou III. Bien qu'il existe plusieurs publications sur la fabrication de dispositifs utilisant un alliage d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) qui émet ou détecte à une certaine longueur d'onde, les détails, à savoir comment sont déterminés les compositions et surtout les alignements de bande, sont rarement explicites. Très peu d'études fondamentales sur l'incorporation d'indium et d'arsenic sous forme de tétramères lors de l'épitaxie par jets moléculaires existent, et les méthodes afin de déterminer l'alignement des bandes des binaires qui composent ces alliages donnent des résultats variables. Un modèle a été construit et a permis de prédire l'alignement des bandes énergétiques des alliages d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) avec celles du GaSb pour l'ensemble des compositions possibles. Ce modèle tient compte des effets thermiques, des contraintes élastiques et peut aussi inclure le confinement pour des puits quantiques. De cette manière, il est possible de prédire la transition de type de recombinaison en fonction de la composition. Il est aussi montré que l'indium ségrègue en surface lors de la croissance par épitaxie par jets moléculaires d'In(x)Ga(1-x)Sb sur GaSb, ce qui avait déjà été observé pour ce type de matériau. Il est possible d'éliminer le gradient de composition à cette interface en mouillant la surface d'indium avant la croissance de l'alliage. L'épaisseur d'indium en surface dépend de la température et peut être évaluée par un modèle simple simulant la ségrégation. Dans le cas d'un puits quantique, il y aura une seconde interface GaSb sur In(x)Ga(1-x)Sb où l'indium de surface ira s'incorporer. La croissance de quelques monocouches de GaSb à basse température immédiatement après la croissance de l'alliage permet d'incorporer rapidement ces atomes d'indium et de garder la seconde interface abrupte. Lorsque la composition d'indium ne change plus dans la couche, cette composition correspond au rapport de flux d'atomes d'indium sur celui des éléments III. L'arsenic, dont la source fournit principalement des tétramères, ne s'incorpore pas de la même manière. Les tétramères occupent deux sites en surface et doivent interagir par paire afin de créer des dimères d'arsenic. Ces derniers pourront alors être incorporés dans l'alliage. Un modèle de cinétique de surface a été élaboré afin de rendre compte de la diminution d'incorporation d'arsenic en augmentant le rapport V/III pour une composition nominale d'arsenic fixe dans l'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y). Ce résultat s'explique par le fait que les réactions de deuxième ordre dans la décomposition des tétramères d'arsenic ralentissent considérablement la réaction d'incorporation et permettent à l'antimoine d'occuper majoritairement la surface. Cette observation montre qu'il est préférable d'utiliser une source de dimères d'arsenic, plutôt que de tétramères, afin de mieux contrôler la composition d'arsenic dans la couche. Des puits quantiques d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) sur GaSb ont été fabriqués et caractérisés optiquement afin d'observer le passage de recombinaison de type I à type II. Cependant, celui-ci n'a pas pu être observé puisque les spectres étaient dominés par un niveau énergétique dans le GaSb dont la source n'a pu être identifiée. Un problème dans la source de gallium pourrait être à l'origine de ce défaut et la résolution de ce problème est essentielle à la continuité de ces travaux.

Représentations et fusion des algèbres de Temperley-Lieb originale et diluée

Les algèbres de Temperley-Lieb originales, aussi dites régulières, apparaissent dans de nombreux modèles statistiques sur réseau en deux dimensions: les modèles d'Ising, de Potts, des dimères, celui de Fortuin-Kasteleyn, etc. L'espace d'Hilbert de l'hamiltonien quantique correspondant à chacun de ces modèles est un module pour cette algèbre et la théorie de ses représentations peut être utilisée afin de faciliter la décomposition de l'espace en blocs; la diagonalisation de l'hamiltonien s'en trouve alors grandement simplifiée. L'algèbre de Temperley-Lieb diluée joue un rôle similaire pour des modèles statistiques dilués, par exemple un modèle sur réseau où certains sites peuvent être vides; ses représentations peuvent alors être utilisées pour simplifier l'analyse du modèle comme pour le cas original. Or ceci requiert une connaissance des modules de cette algèbre et de leur structure; un premier article donne une liste complète des modules projectifs indécomposables de l'algèbre diluée et un second les utilise afin de construire une liste complète de tous les modules indécomposables des algèbres originale et diluée. La structure des modules est décrite en termes de facteurs de composition et par leurs groupes d'homomorphismes. Le produit de fusion sur l'algèbre de Temperley-Lieb originale permet de «multiplier» ensemble deux modules sur cette algèbre pour en obtenir un autre. Il a été montré que ce produit pouvait servir dans la diagonalisation d'hamiltoniens et, selon certaines conjectures, il pourrait également être utilisé pour étudier le comportement de modèles sur réseaux dans la limite continue. Un troisième article construit une généralisation du produit de fusion pour les algèbres diluées, puis présente une méthode pour le calculer. Le produit de fusion est alors calculé pour les classes de modules indécomposables les plus communes pour les deux familles, originale et diluée, ce qui vient ajouter à la liste incomplète des produits de fusion déjà calculés par d'autres chercheurs pour la famille originale. Finalement, il s'avère que les algèbres de Temperley-Lieb peuvent être associées à une catégorie monoïdale tressée, dont la structure est compatible avec le produit de fusion décrit ci-dessus. Le quatrième article calcule explicitement ce tressage, d'abord sur la catégorie des algèbres, puis sur la catégorie des modules sur ces algèbres. Il montre également comment ce tressage permet d'obtenir des solutions aux équations de Yang-Baxter, qui peuvent alors être utilisées afin de construire des modèles intégrables sur réseaux.

Bioexploration of wild Alaskan berries: From field screening to functional food

Wild berries are fundamental components of traditional diet and medicine for Native American and Alaska Native tribes and contain a diverse array of phytochemicals, including anthocyanins and proanthocyanidins, with known efficacy against metabolic disorders. Bioexploration represents a new paradigm under which bioactive preparations are screened in coordination with indigenous communities, to prepare for subsequent in-depth chemical and biological analysis. The inclusive, participatory philosophical approach utilized in bioexploration has additional benefits that could be realized in seemingly disparate areas, such as education and economics. Five species of wild Alaskan berries (Vaccinium uliginosum, V. ovalifolium, Empetrum nigrum, Rubus chamaemorus, and R. spectabilis) were tested using “Screens-to-Nature” (STN), a community-participatory approach to screen for potential bioactivity, in partnership with tribal members from three geographically distinct Alaskan villages: Akutan, Seldovia, and Point Hope. Berries were subsequently evaluated via HPLC and LC-MS2, yielding significant species and location-based variation in anthocyanins (0.9-438.6 mg eq /100g fw) and proanthocyanins (73.7-625.2 mg eq /100g fw). A-type proanthocyanidin dimers through tetramers were identified in all species tested. Berries were analyzed for in vitro and in vivo activity related to diabetes and obesity. R. spectabilis samples increased preadipocyte-factor-1 levels by 82% over control, and proanthocyanidin-rich fractions from multiple species reduced lipid accumulation in 3T3-L1 adipocytes. Furthermore, extracts of V. uliginosum and E. nigrum (Point Hope) reduced serum glucose levels in C57bl/6j mice up to 45%. The same precepts of bioexploration, especially the inclusion of indigenous community perspectives and knowledge, have relevance in other areas of study, such as education and economics. Studies have established the apathetic, low-motivational environment characteristic of many introductory science laboratory classes is detrimental to student interest, learning, and continuation in scientific education. A primary means of arresting this decline and stimulating the students’ attention and excitement is via engagement in hands-on experimentation and research. Using field workshops, the STN system is investigated as to its potential as a novel participatory educational tool, using assays centered around bioexploration and bioactive plant compounds that hold the potential to offset human health conditions. This evaluation of the STN system provided ample evidence as to its ability to augment and improve science education. Furthermore, Strengths, Weaknesses, Opportunities, and Threats (SWOT) analysis was employed as a theoretical framework to review the potential benefits and hurdles associated with developing a wild Alaskan berry commodity. Synthesizing various sources of information – including logistics and harvest costs, sources of initial capital, opportunities in the current superfruit industry, and socioeconomic factors – the development of a berry commodity proves to be a complex amalgam of competing factors which would require a delicate balance before proceeding.

Amphibian yolk platelet ultrastructure visualized by freeze-etching

Amphibian yolk platelets are composed of lipoprotein subunits arranged in an ordered crystalline structure. Freeze-etch electron microscopy of isolated Xenopus platelets provides a direct view of the structure of the crystal and aids the interpretation of fracture phenomena in lipoprotein systems. A study has been made both of fracture faces and of faces produced by fracturing and etching following partial dissolution of platelets in electrolyte solutions. In freeze-etch replicas, main body crystals appear to be composed of dimers. Rectangular and semihexagonal patterns are seen in fracture faces. Rectangular patterns are seen also in faces produced by partial dissolution and revealed by fracturing and etching. Dissolution faces with possible semihexagonal patterns are distinct but infrequent. Based on this evidence, a new closest-packing model of platelet structure is proposed using lipovitellin dimers as building blocks, with one molecule of the second major protein component, phosvitin, associated with each monomer of the lipovitellin dimer. © 1972 Academic Press, Inc.

Mixing of 0(+) and 0(-) observed in the hyperfine and Zeeman structure of ultracold Rb-2 molecules

We study the combination of the hyperfine and Zeeman structure in the spin-orbit coupled A(1)Sigma(+)(u) = b(3)Pi(u) complex of Rb-87(2). For this purpose, absorption spectroscopy at a magnetic field around B = 1000 G is carried out. We drive optical dipole transitions from the lowest rotational state of an ultracold Feshbach molecule to various vibrational levels with 0(+) symmetry of the A - b complex. In contrast to previous measurements with rotationally excited alkali-dimers, we do not observe equal spacings of the hyperfine levels. In addition, the spectra vary substantially for different vibrational quantum numbers, and exhibit large splittings of up to 160 MHz, unexpected for 0(+) states. The level structure is explained to be a result of the repulsion between the states 0(+) and 0(-) of b(3)Pi(u), coupled via hyperfine and Zeeman interactions. In general, 0(-) and 0(+) have a spin-orbit induced energy spacing Delta, that is different for the individual vibrational states. From each measured spectrum we are able to extract Delta, which otherwise is not easily accessible in conventional spectroscopy schemes. We obtain values of Delta in the range of +/- 100 GHz which can be described by coupled channel calculations if a spin-orbit coupling is introduced that is different for 0(-) and 0(+) of b(3)Pi(u).

Étude de la réparation des lésions induites par les UVs dans les extrémités chromosomiques de la levure Saccharomyces cerevisiae

Résumé : Les télomères sont des structures nucléoprotéiques spécialisées qui assurent la stabilité du génome en protégeant les extrémités chromosomiques. Afin d’empêcher des activités indésirables, la réparation des dommages à l’ADN doit être convenablement régulée au niveau des télomères. Pourtant, il existe peu d’études de la réparation des dommages induits par les ultraviolets (UVs) dans un contexte télomérique. Le mécanisme de réparation par excision de nucléotides (NER pour « Nucleotide Excision Repair ») permet d’éliminer les photoproduits. La NER est un mécanisme très bien conservé de la levure à l’humain. Elle est divisée en deux sous voies : une réparation globale du génome (GG-NER) et une réparation couplée à la transcription (TC-NER) plus rapide et plus efficace. Dans notre modèle d’étude, la levure Saccharomyces cerevisiae, une forme compactée de la chromatine nommée plus fréquemment « hétérochromatine » a été décrite. Cette structure particulière est présente entre autres, au niveau des régions sous-télomériques des extrémités chromosomiques. La formation de cette chromatine particulière implique quatre protéines nommées Sir (« Silent Information Regulator »). Elle présente différentes marques épigénétiques dont l’effet est de réprimer la transcription. L’accès aux dommages par la machinerie de réparation est-il limité par cette chromatine compacte ? Nous avons donc étudié la réparation des lésions induites par les UVs dans différentes régions associées aux télomères, en absence ou en présence de protéines Sir. Nos données ont démontré une modulation de la NER par la chromatine, dépendante des nucléosomes stabilisés par les Sir, dans les régions sous-télomériques. La NER était moins efficace dans les extrémités chromosomiques que dans les régions plus proches du centromère. Cet effet était dépendant du complexe YKu de la coiffe télomérique, mais pas dépendant des protéines Sir. La transcription télomériques pourrait aider la réparation des photoproduits, par l’intermédiaire de la sous-voie de TC-NER, prévenant ainsi la formation de mutations dans les extrémités chromosomiques. Des ARN non codants nommés TERRA sont produits mais leur rôle n’est pas encore clair. Par nos analyses, nous avons confirmé que la transcription des TERRA faciliterait la NER dans les différentes régions sous-télomériques.

Síntese e caracterização de ligantes nitrogenados derivados de isatina, 4-benziltiossemicarbazida e seus complexos com metais d¹º

Neste trabalho são apresentadas e discutidas as estruturas cristalinas e moleculares do ligante (1), isatina-3-(toluilsulfono-hidrazona), dos complexos [bis(2-acetilpiridina-N4 - benziltiossemicarbazona-N,N,S)Cd(II)], (1), [bis (isatina-3-N4 -benziltiossemicarbazonaN,S)Hg(II)].Etanol, (2) e [bis (isatina-3-N4 -benziltiossemicarbazona-N,S,O)Zn(II)].DMF, (3). Cristais amarelos vítreos do ligante (1) foram obtidos a partir da evaporação lenta de etanol do ensaio de cristalização. Seus dados cristalográficos indicam que duas moléculas interagem através de ligações de hidrogênio do tipo N1-H···O1, formando unidades dímeras. A reação entre 2-acetilpiridina-N4 -benziltiossemicarbazona e Cd(CH3COO)2.2H2O, em presença de etanol, KOH, e após evaporação lenta da mistura de acetona e DMF(2:1), resultou em cristais amarelos do complexo (1). As interações do tipo C(10)-H(10)···S(1)···H(1)-N(4), e N(8)- H(29)⋅⋅⋅S(2) permitem a dimerização do complexo, e a formação de uma cadeia unidimensional. Os cristais laranja do complexo (2) foram obtidos da reação entre o ligante isatina-3-N4 -benziltiossemicarbazona e Hg(NO3)2.H2O, na presença de metanol, KOH, e após evaporação lenta de uma mistura de tolueno e acetona (2:1). As moléculas do complexo (2) estão associadas por ligações de hidrogênio do tipo N(63)-H(4)···O(21), essas interações centrossimétricas conduzem a formação de dímeros. A reação entre o ligante isatina-3-N4 - benziltiossemicarbazona e Zn(CH3COO)2.2H2O, em presença de etanol e KOH resultou em cristais de coloração laranja do complexo (3). A estrutura do complexo apresenta múltiplas ligações de hidrogênio, com formação de dímeros através das interações N1-H1···O1 e C3- H3···N(7). Os dímeros associam-se por interações N4-H4···O2 numa cadeia unidimensional ao longo da direção cristalográfica [100]. A polimerização bidimensional é observada 7 considerando-se as interações do tipo C20-H20···S1, N8-H8···S2 ao longo da direção cristalográfica [010], bem como das interações, N5-H5···O3DMF e C31-H31B···Car, que ocorrem através da molécula de solvente DMF.

Glutathione Transferases as Detoxification Agents: Structural and Functional Studies

Glutathione transferases (GSTs) are a diverse family of enzymes that catalyze the glutathione-dependent detoxification of toxic compounds. GSTs are responsible for the conjugation of the tripeptide glutathione (GSH) to a wide range of electrophilic substrates. These include industrial pollutants, drugs, genotoxic carcinogen metabolites, antibiotics, insecticides and herbicides. In light of applications in biomedicine and biotechnology as cellular detoxification agents, detailed structural and functional studies of GSTs are required. Plant tau class GSTs play crucial catalytic and non-catalytic roles in cellular xenobiotic detoxification process in agronomically important crops. The abundant existence of GSTs in Glycine max and their ability to provide resistance to abiotic and biotic stresses such as herbicide tolerance is of great interest in agriculture because they provide effective and suitable tools for selective weed control. Structural and catalytic studies on tau class GST isoenzymes from Glycine max (GmGSTU10-10, GmGSTU chimeric clone 14 (Sh14), and GmGSTU2-2) were performed. Crystal structures of GmGSTU10-10 in complex with glutathione sulfenic acid (GSOH) and Sh14 in complex with S-(p-nitrobenzyl)-glutathione (Nb-GSH) were determined by molecular replacement at 1.6 Å and 1.75 Å, respectively. Major structural variations that affect substrate recognition and catalytic mechanism were revealed in the upper part of helix H4 and helix H9 of GmGSTU10-10. Structural analysis of Sh14 showed that the Trp114Cys point mutation is responsible for the enhanced catalytic activity of the enzyme. Furthermore, two salt bridges that trigger an allosteric effect between the H-sites were identified at the dimer interface between Glu66 and Lys104. The 3D structure of GmGSTU2-2 was predicted using homology modeling. Structural and phylogenetic analysis suggested GmGSTU2-2 shares residues that are crucial for the catalytic activity of other tau class GSTs–Phe10, Trp11, Ser13, Arg20, Tyr30, Leu37, Lys40, Lys53, Ile54, Glu66 and Ser67. This indicates that the catalytic and ligand binding site in GmGSTU2-2 are well-conserved. Nevertheless, at the ligandin binding site a significant variation was observed. Tyr32 is replaced by Ser32 in GmGSTU2-2 and thismay affect the ligand recognition and binding properties of GmGSTU2-2. Moreover, docking studies revealed important amino acid residues in the hydrophobic binding site that can affect the substrate specificity of the enzyme. Phe10, Pro12, Phe15, Leu37, Phe107, Trp114, Trp163, Phe208, Ile212, and Phe216 could form the hydrophobic ligand binding site and bind fluorodifen. Additionally, side chains of Arg111 and Lys215 could stabilize the binding through hydrogen bonds with the –NO2 groups of fluorodifen. GST gene family from the pathogenic soil bacterium Agrobacterium tumefaciens C58 was characterized and eight GST-like proteins in A. tumefaciens (AtuGSTs) were identified. Phylogenetic analysis revealed that four members of AtuGSTs belong to a previously recognized bacterial beta GST class and one member to theta class. Nevertheless, three AtuGSTs do not belong to any previously known GST classes. The 3D structures of AtuGSTs were predicted using homology modeling. Comparative structural and sequence analysis of the AtuGSTs showed local sequence and structural characteristics between different GST isoenzymes and classes. Interactions at the G-site are conserved, however, significant variations were seen at the active site and the H5b helix at the C-terminal domain. H5b contributes to the formation of the hydrophobic ligand binding site and is responsible for recognition of the electrophilic moiety of the xenobiotic. It is noted that the position of H5b varies among models, thus providing different specificities. Moreover, AtuGSTs appear to form functional dimers through diverse modes. AtuGST1, AtuGST3, AtuGST4 and AtuGST8 use hydrophobic ‘lock–and–key’-like motifs whereas the dimer interface of AtuGST2, AtuGST5, AtuGST6 and AtuGST7 is dominated by polar interactions. These results suggested that AtuGSTs could be involved in a broad range of biological functions including stress tolerance and detoxification of toxic compounds.

An investigation into the folding and assembly of engineered antibodies and novel antibody formats

Monoclonal antibodies and novel antibody formats are currently one of the principal therapeutic in the biopharmaceutical industry worldwide and are widely used in the treatment of autoimmune diseases and cancer. It is for this reason that the productivity and quality of antibody production requires improvement; specifically investigations into the engineering of antibodies and any issues that may arise from the production of these therapeutics. The work presented in this thesis describes an investigation into the folding and assembly of seven antibodies plus the novel antibody format FabFv. IgG is comprised of two identical HCs and two identical LCs. The folding process of immunoglobulin is controlled by the CH1 domain within the HC. The CH1 domain remains in a disordered state and is sequestered by BiP in the endoplasmic reticulum. Upon the addition of a folded CL domain, BiP is displaced, the CH1 domain is able to fold and the complete IgG protein can then be secreted from the cell. The results presented in this thesis however, have outlined an additional mechanism for the folding of the CH1 domain. We have shown that the CH1 domain is able to fold in the absence of LC resulting in the secretion of HC dimers in a VH dependent manner. The proposed mechanism for the secretion of HC dimers suggests that some VH domains can interact with each other in order to bring the CH1 domains in close proximity to enable folding to occur. As HC dimer secretion is a hindrance in antibody production, this result has highlighted an engineering target to improve antibody yield. Examination of the folding of IgG4 with the variable region A33 has revealed the inability to secrete LC dimers, cleavage of the HC during expression and secretion of HC dimers in the Fab, FabFv and full length forms. The attributes described have also been shown to be variable region dependent. This has introduced a new concept that the variable domain is important in determining the expression and secretion of antibodies and their individual chains. Pulse chase and 2D gel electrophoresis analysis of the novel antibody format FabFv has revealed that the folding and expression of the LC and HC causes multimeric species of FabFv to be secreted, as opposed to the monomeric form which is the desired therapeutic. Our hypothesis is that this process occurs via a LC dependent mechanism. The proposed hypothesis suggests that further engineering to the LC could diminish the formation and secretion of FabFv multimers. The results from these investigations can be applied to increase the productivity of therapeutics and increase the biological understanding of the domain interactions of IgG during folding, assembly and secretion.

Effets préventifs et thérapeutiques des polyphénols dans un modèle in vitro et in vivo de maladie inflammatoire de l’intestin : caractérisation des polyphénols de la pelure de pomme et de la canneberge par spectrométrie de masse

La muqueuse intestinale est exposée à des agents oxydants provenant de l’ingestion d’aliments modifiés, de cellules immuno-inflammatoires et de la flore intestinale. Une diète élevée en fruits et légumes peut diminuer le stress oxydant (SOx) ainsi que l’inflammation via plusieurs mécanismes. Ces effets bénéfiques peuvent être attribuables à leur contenu élevé en polyphénols. La première étude de mon doctorat consistait à tester l’hypothèse que les polyphénols extraits de pelures de pomme (DAPP) pouvaient diminuer le stress oxydant et l'inflammation impliqués dans les maladies inflammatoires de l'intestin (MII). Nous avons caractérisé les polyphénols des DAPP par spectrométrie de masse (LC-MS) et examiné leur potentiel antioxydant et anti-inflammatoire au niveau des cellules intestinales. L’identification des structures chimiques des polyphénols a été effectuée par LC-MS. Le SOx a été induit par l’ajout du complexe fer/ascorbate (Fe/Asc, 200 µM/2 mM) et l’inflammation par la lipopolysaccharide (LPS, 200µg/mL) à des cellules intestinales Caco-2/15 pré-incubées avec les DAPP (250 µg/mL). L’effet du SOx est déterminé par le dosage du malondialdéhyde (MDA), de la composition des acides gras polyinsaturés et de l’activité des enzymes antioxydantes endogènes (SOD et GPx). L’impact des DAPP sur l’inflammation a été testé par l’analyse de l’expression des marqueurs inflammatoires: cyclooxygénase-2 (COX-2), le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-a et l’interleukine-6 (IL-6) et les facteurs de transcription NF-KB, Nrf-2 et PGC1α par immunobuvardage. Nos données ont montré que les flavonols et les flavan-3-ols constituent les composés polyphénoliques majoritaires des DAPP. L’ajout de Fer2+/Asc a provoqué une augmentation de la peroxidation lipidique comparativement aux cellules contrôles, un appauvrissement des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, et une modulation des enzymes antioxydantes, se traduisant par une augmentation de l’activité de la SOD et une diminution de la GPx. En contrepartie, les DAPP ont exhibé leur potentiel à corriger la plupart des perturbations, y compris l’expression protéique anormalement élevée du COX-2 et la production de la prostaglandine E2 (PGE2), ainsi que l’inflammation telle que réflétée par les facteurs NF-κB, TNF-α et IL-6. Par ailleurs, les mécanismes sous-jacents à ces changements bénéfiques des DAPP ont fait intervenir les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Vraisemblablement, cette première étude a permis de démontrer la capacité des DAPP à amoindrir le SOx et à réduire l’inflammation, deux processus étroitement impliqués dans les MII. Dans la deuxième étape de mon doctorat, nous avons voulu comparer les résultats de DAPP à ceux des polyphénols dérivant de la canneberge qui est considérée par la communauté scientifique comme le fruit ayant le plus fort potentiel antioxydant. À cette fin, nous avons caractérisé l’effet des composés polyphénoliques de la canneberge (CPC) sur le SOx, la défense antioxydante et l’inflammation au niveau intestinal tout en définissant leur métabolisme intraluminal. Les différents CPC ont été séparés selon leur poids moléculaire par chromatographie et leurs structures chimiques ont été identifiées par LC-MS. Suite à une pré-incubation des cellules Caco-2/15 avec les extraits CPC (250 µg/mL), le Fe/Asc et la LPS ont été administrés comme inducteurs du SOx et de l’inflammation, respectivement. La caractérisation globale des CPC a révélé que les acides phénoliques composaient majoritairement l’extrait de canneberge de petit poids moléculaire (LC) alors que les flavonoïdes et les procyanidines dimériques/trimériques représentaient l’extrait de poids moléculaire moyen (MC) tout en laissant les procyanidines oligo et polymériques à l’extrait de haut poids moléculaire (HC). Les CPC ont permis de restaurer la plupart des perturbations engendrées dans les Caco-2/15 par le Fe/Asc et le LPS. Les CPC exhibaient le potentiel d’abaisser les niveaux de MDA, de corriger la composition des acides gras polyinsaturés n-3 et n-6, d’augmenter l’activité des enzymes antioxydantes (SOD, GPx et CAT) et d’élever l’expression de Nrf2 et PGC1α. En outre, les CPC pouvaient aussi réduire les niveaux élevés des protéines inflammatoires COX-2, TNF-α et IL-6 ainsi que la production des PGE2 par un mécanisme impliquant le NF-κB. Au niveau mitochondrial, les procyanidines oligomériques ont réussi à corriger les dysfonctions reliées à la production d’énergie (ATP), l’apoptose (Bcl-2, Cyt C et AIF) et le statut des facteurs de transcription mitochondriaux (mtTFA, mtTFB1, mtTFB2). Dans le but de bien comprendre les mécanismes d’action des CPC, nous avons défini par LC-MS les composés polyphénoliques qui ont été transportés ou absorbés par l’entérocyte. Nos analyses soulignent le transport (i) des acides cinnamiques et benzoïques (LC); (ii) la quercétine glycosylée et conjuguée et les procyanidines dimériques de type A (MC); et (iii) l’épicatéchine et les procyanidines oligomériques (HC). Les processus de métabolisation (méthylation, glucuronidation et sulfatation) au niveau de l’entérocyte ont probablement permis le transport de ces CPC surtout sous leur forme conjuguée. Les procyanidines oligomériques ayant un degré de polymérisation supérieur à 2 (HC) ont semblé adhérer aux cellules Caco-2/15. L’épicatéchine suivi par les procyanidines dimériques de type A ont été trouvés majoritaires au niveau des mitochondries. Même si nous ignorons encore l’action biologique de chaque composé polyphénolique, nous pouvons suggérer que leurs effets combinatoires exercent des fonctions antioxydantes, anti-inflammatoires et mitochondriales dans le modèle intestinal Caco-2/15. Dans une troisième étape, nous avons procédé à l’évaluation des aspects préventifs et thérapeutique des DAPP tout en sondant les mécanismes sous-jacents dans une étude préclinique. À cette fin, nous avons exploité le modèle de souris avec colite expérimentale provoquée par le Dextran Sulfate de Sodium (DSS). L’induction de l’inflammation intestinale chez la souris C57BL6 a été effectuée par l’administration orale de DSS à 2.5% pendant 10 jours. Des doses physiologiques et supra-physiologiques de DAPP (200 et 400 mg/kg/j, respectivement) ont été administrées par gavage pendant 10 jours pré- et post-DSS. L’inflammation par le DSS a provoqué une perte de poids, un raccourcissement du côlon, le décollement dystrophique de l’épithélium, l’exulcération et les infiltrations de cellules mono et polynucléaires au niveau du côlon. De plus, le DSS a induit une augmentation de la peroxidation lipidique, une régulation à la baisse des enzymes antioxydantes, une expression protéique à la hausse de la myéloperoxidase (MPO), du COX-2 et de la production des PGE2. Par ailleurs, les DAPP ont permis de corriger ou du moins d’alléger la plupart de ces anomalies en situation préventive ou thérapeutique, en plus d’abaisser l’expression protéique de NF-κB et des cytokines inflammatoires (TNF-a et l’IL-6) tout en stimulant les facteurs de transcription antioxydants (Nrf-2, PGC1α). Conséquemment, les polyphénols des DAPP ont exhibé leur puissant pouvoir antioxydant et anti-inflammatoire au niveau intestinal dans un modèle in vivo. Leurs actions sont associées à la régulation des voies de signalisation cellulaire et des changements dans la composition du microbiote. Ces trois projets de recherche permettent d’envisager l’évaluation des effets préventifs et thérapeutiques des DAPP cliniquement chez les patients avec des désordres inflammatoires de l’intestin.

ENZYME-FREE UBIQUITIN LIGATION. FROM NATIVE CHEMICAL LIGATION AND SPIN LABELING TO DIMERIZATION BY INTER-UBIQUITIN MIMICKING LINKAGE AND PH-DEPENDENT CONFORMATIONAL SWITCH

The delicate balance between the production and disposal of proteins is vital for the changes required in the cell to respond to given stimulus. Ubiquitination is a protein modification with a range of signaling outcomes when ubiquitin is attached to a protein through a highly ordered enzymatic cascade process. Understanding ubiquitination is a growing field and nowadays the application of chemical reactions allows the isolation of quantitative materials for structural studies. Therefore, in this dissertation it is described some of these suitable chemical methodologies to produce an isopeptide bond toward the polymerization of ubiquitin bypassing the enzymatic control with the purpose of showing if these chemical modifications have a direct impact on the structure of ubiquitin. First, the possibility of incorporating non-natural lysine analogs known as mercaptolysines into the polypeptide chain of Ubiquitin was explored when they were attached to ubiquitin by native chemical ligation at its C terminus. The sulfhydryl group was used for the attachment of a paramagnetic label to map the surface of ubiquitin. Second, the condensation catalyzed by silver nitrate was used for the dimer assembly. In particular, the main focus was on examining whether orthogonal protection and deprotection of each monomer have an impact on the reaction yield, since the synthetic strategy has been previously attempted successfully. Third, the formation of ubiquitin dimers was approached by building an inter-ubiquitin linkage mimicking the isopeptide bond with two approaches, the classic disulfide exchange as well as the thiol-ene click reaction by thermal initiation in aqueous conditions. After assembling the dimeric units, they were studied by Nuclear Magnetic Resonance, in order to establish a conformational state profile which depends on the pH conditions. The latter is a very important concept since some ligands have a preferred affinity when the protein-protein hydrophobic patches are in close proximity.

Comprendre et maîtriser le passage de type I à type II de puits quantiques d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) sur substrat de GaSb

Les antimoniures sont des semi-conducteurs III-V prometteurs pour le développement de dispositifs optoélectroniques puisqu'ils ont une grande mobilité d'électrons, une large gamme spectrale d'émission ou de détection et offrent la possibilité de former des hétérostructures confinées dont la recombinaison est de type I, II ou III. Bien qu'il existe plusieurs publications sur la fabrication de dispositifs utilisant un alliage d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) qui émet ou détecte à une certaine longueur d'onde, les détails, à savoir comment sont déterminés les compositions et surtout les alignements de bande, sont rarement explicites. Très peu d'études fondamentales sur l'incorporation d'indium et d'arsenic sous forme de tétramères lors de l'épitaxie par jets moléculaires existent, et les méthodes afin de déterminer l'alignement des bandes des binaires qui composent ces alliages donnent des résultats variables. Un modèle a été construit et a permis de prédire l'alignement des bandes énergétiques des alliages d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) avec celles du GaSb pour l'ensemble des compositions possibles. Ce modèle tient compte des effets thermiques, des contraintes élastiques et peut aussi inclure le confinement pour des puits quantiques. De cette manière, il est possible de prédire la transition de type de recombinaison en fonction de la composition. Il est aussi montré que l'indium ségrègue en surface lors de la croissance par épitaxie par jets moléculaires d'In(x)Ga(1-x)Sb sur GaSb, ce qui avait déjà été observé pour ce type de matériau. Il est possible d'éliminer le gradient de composition à cette interface en mouillant la surface d'indium avant la croissance de l'alliage. L'épaisseur d'indium en surface dépend de la température et peut être évaluée par un modèle simple simulant la ségrégation. Dans le cas d'un puits quantique, il y aura une seconde interface GaSb sur In(x)Ga(1-x)Sb où l'indium de surface ira s'incorporer. La croissance de quelques monocouches de GaSb à basse température immédiatement après la croissance de l'alliage permet d'incorporer rapidement ces atomes d'indium et de garder la seconde interface abrupte. Lorsque la composition d'indium ne change plus dans la couche, cette composition correspond au rapport de flux d'atomes d'indium sur celui des éléments III. L'arsenic, dont la source fournit principalement des tétramères, ne s'incorpore pas de la même manière. Les tétramères occupent deux sites en surface et doivent interagir par paire afin de créer des dimères d'arsenic. Ces derniers pourront alors être incorporés dans l'alliage. Un modèle de cinétique de surface a été élaboré afin de rendre compte de la diminution d'incorporation d'arsenic en augmentant le rapport V/III pour une composition nominale d'arsenic fixe dans l'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y). Ce résultat s'explique par le fait que les réactions de deuxième ordre dans la décomposition des tétramères d'arsenic ralentissent considérablement la réaction d'incorporation et permettent à l'antimoine d'occuper majoritairement la surface. Cette observation montre qu'il est préférable d'utiliser une source de dimères d'arsenic, plutôt que de tétramères, afin de mieux contrôler la composition d'arsenic dans la couche. Des puits quantiques d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) sur GaSb ont été fabriqués et caractérisés optiquement afin d'observer le passage de recombinaison de type I à type II. Cependant, celui-ci n'a pas pu être observé puisque les spectres étaient dominés par un niveau énergétique dans le GaSb dont la source n'a pu être identifiée. Un problème dans la source de gallium pourrait être à l'origine de ce défaut et la résolution de ce problème est essentielle à la continuité de ces travaux.

Représentations et fusion des algèbres de Temperley-Lieb originale et diluée

Les algèbres de Temperley-Lieb originales, aussi dites régulières, apparaissent dans de nombreux modèles statistiques sur réseau en deux dimensions: les modèles d'Ising, de Potts, des dimères, celui de Fortuin-Kasteleyn, etc. L'espace d'Hilbert de l'hamiltonien quantique correspondant à chacun de ces modèles est un module pour cette algèbre et la théorie de ses représentations peut être utilisée afin de faciliter la décomposition de l'espace en blocs; la diagonalisation de l'hamiltonien s'en trouve alors grandement simplifiée. L'algèbre de Temperley-Lieb diluée joue un rôle similaire pour des modèles statistiques dilués, par exemple un modèle sur réseau où certains sites peuvent être vides; ses représentations peuvent alors être utilisées pour simplifier l'analyse du modèle comme pour le cas original. Or ceci requiert une connaissance des modules de cette algèbre et de leur structure; un premier article donne une liste complète des modules projectifs indécomposables de l'algèbre diluée et un second les utilise afin de construire une liste complète de tous les modules indécomposables des algèbres originale et diluée. La structure des modules est décrite en termes de facteurs de composition et par leurs groupes d'homomorphismes. Le produit de fusion sur l'algèbre de Temperley-Lieb originale permet de «multiplier» ensemble deux modules sur cette algèbre pour en obtenir un autre. Il a été montré que ce produit pouvait servir dans la diagonalisation d'hamiltoniens et, selon certaines conjectures, il pourrait également être utilisé pour étudier le comportement de modèles sur réseaux dans la limite continue. Un troisième article construit une généralisation du produit de fusion pour les algèbres diluées, puis présente une méthode pour le calculer. Le produit de fusion est alors calculé pour les classes de modules indécomposables les plus communes pour les deux familles, originale et diluée, ce qui vient ajouter à la liste incomplète des produits de fusion déjà calculés par d'autres chercheurs pour la famille originale. Finalement, il s'avère que les algèbres de Temperley-Lieb peuvent être associées à une catégorie monoïdale tressée, dont la structure est compatible avec le produit de fusion décrit ci-dessus. Le quatrième article calcule explicitement ce tressage, d'abord sur la catégorie des algèbres, puis sur la catégorie des modules sur ces algèbres. Il montre également comment ce tressage permet d'obtenir des solutions aux équations de Yang-Baxter, qui peuvent alors être utilisées afin de construire des modèles intégrables sur réseaux.

Structure of the N-terminal oligomerization domain of DnaD reveals a unique tetramerization motif and provides insights into scaffold formation

DnaD is a primosomal protein that remodels supercoiled plasmids. It binds to supercoiled forms and converts them to open forms without nicking. During this remodeling process, all the writhe is converted to twist and the plasmids are held around the periphery of large scaffolds made up of DnaD molecules. This DNA-remodeling function is the sum of a scaffold-forming activity on the N-terminal domain and a DNA-dependent oligomerization activity on the C-terminal domain. We have determined the crystal structure of the scaffold-forming N-terminal domain, which reveals a winged-helix architecture, with additional structural elements extending from both N- and C-termini. Four monomers form dimers that join into a tetramer. The N-terminal extension mediates dimerization and tetramerization, with extensive interactions and distinct interfaces. The wings and helices of the winged-helix domains remain exposed on the surface of the tetramer. Structure-guided mutagenesis and atomic force microscopy imaging indicate that these elements, together with the C-terminal extension, are involved in scaffold formation. Based upon our data, we propose a model for the DnaD-mediated scaffold formation.

Asfixia perinatal y proteína S100B

La asfixia perinatal es la principal causa de muerte en la primera semana de vida la nivel mundial, los niños que sufren esta complicación y sobreviven pueden presentar trastornos neurológicos de diferente nivel de compromiso que inciden en su desarrollo personal y social. Las cifras de muerte por este problema de salud han disminuido de manera importante, sin embargo en el reporte de la Organización Mundial de Salud (OPS) del 2010, la asfixia perinatal es causa del 29% de muertes infantiles en los países de América Latina y el Caribe 2. Es necesario conocer además la extensión del daño neurológico que sufren estos niños, con este fin se desarrolló un estudio piloto en el Hospital Universitario Mayor Mederi de Bogotá, en el cual se determinó la concentración de un marcador metabólico de daño cerebral, la proteína S100B en suero de 60 recién nacidos sanos, con el objetivo de analizar la asociación del mismo con el peso al nacer, la edad gestacional y el diagnóstico. Los resultados no mostraron diferencias significativas entre este marcador y las variables analizadas que puede asociarse al pequeño número de pacientes, sin embargo han sentado las bases para el desarrollo de un estudio que incluya varios hospitales de Bogotá y sobre todo la determinación del mismo en recién nacidos con diagnóstico de hipoxia en el período perinatal, lo cual aportará información del grado de la alteración que puedan tener a nivel cerebral y contribuya al mejor manejo evolutivo con la aplicación de medidas de intervención en estadios tempranos de la vida.