Insight into the solvent effect: A density functional theory study of cisplatin hydrolysis

The solvent effect on reactions in solutions is crucial for many systems. In this study, the reaction barrier with respect to the number of solvent molecules included in the system is systematically studied using density function theory calculations. Our results show that the barriers rapidly converge with respect to the number of solvent molecules. The solvent effect is investigated by calculating cisplatin hydrolysis in several types of solvents. The results are analyzed and a linear relationship between the reaction barrier and the interaction strength of solvent-reactants is found. Insight into the general solvent effect is obtained. (c) 2006 American Institute of Physics.

C-H bond activation over metal oxides: A new insight into the dissociation kinetics from density functional theory

The C-H activation on metal oxides is a fundamental process in chemistry. In this paper, we report a density functional theory study on the process of the C-H activation of CH4 on Pd(111), Pt(111), Ru(0001), Tc(0001), Cu(111), PdO(001), PdO(110), and PdO(100). A linear relationship between the C-H activation barrier and the chemisorption in the dissociation final state on the metal surfaces is obtained, which is consistent with the work in the literature. However, the relationship is poor on the metal oxide surfaces. Instead, a strong linear correlation between the barrier and the lattice O-H bond strength is found on the oxides. The new linear relationship is analyzed and the physical origin is identified. (c) 2008 American Institute of Physics.

Identifying an O-2 supply pathway in CO oxidation on Au/TiO2(110): A density functional theory study on the intrinsic role of water

Au catalysis has been one of the hottest topics in chemistry in the last 10 years or so. How O-2 is supplied and what role water plays in CO oxidation are the two challenging issues in the field at the moment. In this study, using density functional theory we show that these two issues are in fact related to each other. The following observations are revealed: (i) water that can dissociate readily into OH groups can facilitate O-2 adsorption on TiO2; (ii) the effect of OH group on the O-2 adsorption is surprisingly long-ranged; and (iii) O-2 can also diffuse along the channel of Ti (5c) atoms on TiO2(1 10), and this may well be the rate-limiting step for the CO oxidation. We provide direct evidence that O-2 is supplied by O-2 adsorption on TiO2 in the presence of OH and can diffuse to the interface of Au/TiO2 to participate in CO oxidation. Furthermore, the physical origin of the water effects on Au catalysis has been identified by electronic structure analyses: There is a charge transfer from TiO2 in the presence of OH to O-2, and the O-2 adsorption energy depends linearly on the 02 charge. These results are of importance to understand water effects in general in heterogeneous catalysis.

Insight into association reactions on metal surfaces: Density-functional theory studies of hydrogenation reactions on Rh(111)

Hydrogenation reaction, as one of the simplest association reactions on surfaces, is of great importance both scientifically and technologically. They are essential steps in many industrial processes in heterogeneous catalysis, such as ammonia synthesis (N-2+3H(2)-->2NH(3)). Many issues in hydrogenation reactions remain largely elusive. In this work, the NHx (x=0,1,2) hydrogenation reactions (N+H-->NH, NH+H-->NH2 and NH2+H-->NH3) on Rh(111) are used as a model system to study the hydrogenation reactions on metal surfaces in general using density-functional theory. In addition, C and O hydrogenation (C+H-->CH and O+H-->OH) and several oxygenation reactions, i.e., C+O, N+O, O+O reactions, are also calculated in order to provide a further understanding of the barrier of association reactions. The reaction pathways and the barriers of all these reactions are determined and reported. For the C, N, NH, and O hydrogenation reactions, it is found that there is a linear relationship between the barrier and the valency of R (R=C, N, NH, and O). Detailed analyses are carried out to rationalize the barriers of the reactions, which shows that: (i) The interaction energy between two reactants in the transition state plays an important role in determining the trend in the barriers; (ii) there are two major components in the interaction energy: The bonding competition and the direct Pauli repulsion; and (iii) the Pauli repulsion effect is responsible for the linear valency-barrier trend in the C, N, NH, and O hydrogenation reactions. For the NH2+H reaction, which is different from other hydrogenation reactions studied, the energy cost of the NH2 activation from the IS to the TS is the main part of the barrier. The potential energy surface of the NH2 on metal surfaces is thus crucial to the barrier of NH2+H reaction. Three important factors that can affect the barrier of association reactions are generalized: (i) The bonding competition effect; (ii) the local charge densities of the reactants along the reaction direction; and (iii) the potential energy surface of the reactants on the surface. The lowest energy pathway for a surface association reaction should correspond to the one with the best compromise of these three factors. (C) 2003 American Institute of Physics.

Structural changes in quasi-one-dimensional many-electron systems: From linear to zigzag and beyond

Many-electron systems confined to a quasi-one-dimensional geometry by a cylindrical distribution of positive charge have been investigated by density functional computations in the unrestricted local spin density approximation. Our investigations have been focused on the low-density regime, in which electrons are localized. The results reveal a wide variety of different charge and spin configurations, including linear and zig-zag chains, single-and double-strand helices, and twisted chains of dimers. The spin-spin coupling turns from weakly antiferromagnetic at relatively high density, to weakly ferromagnetic at the lowest densities considered in our computations. The stability of linear chains of localized charge has been investigated by analyzing the radial dependence of the self-consistent potential and by computing the dispersion relation of low-energy harmonic excitations.

Effects of elevated temperatures on bolted moment-connections between cold-formed steel members

Experimental investigations at ambient temperature into the behaviour of bolted moment-connections between cold-formed steel members have previously been described. Full-scale joint tests have demonstrated that the channel-sections being connected are susceptible to premature failure, the result of web buckling caused by the concentration of load transfer from the bolts. The results of tests on bolted lap joints have been used to propose design recommendations for the shear strength in bearing of the bolt-hole. For both types of test, the results of non-linear elasto-plastic finite element analyses have been shown to have good agreement. No consideration, however, has been given to the behaviour of such connections at elevated temperatures. This paper describes non-linear elasto-plastic finite element parametric studies into the effects of elevated temperatures on bolted moment-connections between cold-formed steel members. Two issues at elevated temperatures are investigated:

Predicting Functional Recovery after Acute Ankle Sprain

INTRODUCTION:Ankle sprains are among the most common acute musculoskeletal conditions presenting to primary care. Their clinical course is variable but there are limited recommendations on prognostic factors. Our primary aim was to identify clinical predictors of short and medium term functional recovery after ankle sprain.
METHODS:A secondary analysis of data from adult participants (N = 85) with an acute ankle sprain, enrolled in a randomized controlled trial was undertaken. The predictive value of variables (age, BMI, gender, injury mechanism, previous injury, weight-bearing status, medial joint line pain, pain during weight-bearing dorsiflexion and lateral hop test) recorded at baseline and at 4 weeks post injury were investigated for their prognostic ability. Recovery was determined from measures of subjective ankle function at short (4 weeks) and medium term (4 months) follow ups. Multivariate stepwise linear regression analyses were undertaken to evaluate the association between the aforementioned variables and functional recovery.
RESULTS:Greater age, greater injury grade and weight-bearing status at baseline were associated with lower function at 4 weeks post injury (p<0.01; adjusted R square=0.34). Greater age, weight-bearing status at baseline and non-inversion injury mechanisms were associated with lower function at 4 months (p<0.01; adjusted R square=0.20). Pain on medial palpation and pain on dorsiflexion at 4 weeks were the most valuable prognostic indicators of function at 4 months (p< 0.01; adjusted R square=0.49).
CONCLUSION:The results of the present study provide further evidence that ankle sprains have a variable clinical course. Age, injury grade, mechanism and weight-bearing status at baseline provide some prognostic information for short and medium term recovery. Clinical assessment variables at 4 weeks were the strongest predictors of recovery, explaining 50% of the variance in ankle function at 4 months. Further prospective research is required to highlight the factors that best inform the expected convalescent period, and risk of recurrence.

An Energy Descriptor To Quantify Methane Selectivity in Fischer-Tropsch Synthesis:A Density Functional Theory Study

Selectivity is a fundamental issue in heterogeneous catalysis. In this study, the CH(4) selectivity in Fischer-Tropsch synthesis is chosen to be investigated: CH4 selectivity on Rh, Co, Ru, Fe, and Re surfaces is computed by first-principles methods. In conjunction with kinetic analyses, we are able to derive the effective barrier difference between methane formation and chain growth (Delta E(eff)) to quantify the CH(4) selectivity. By using this energy descriptor, the ranking of methane selectivity predicted from density functional theory (DFT) calculations is consistent with experimental work. Moreover, a linear correlation between Delta E(eff) and the chemisorption energy of C + 4H (Delta H) is found. This fundamental finding possesses the following significance: (i) it shows that the selectivity, which appears to have kinetic characteristics, is largely determined by thermodynamic properties; and (ii) it suggests that an increase of the binding strength of C + 4H will suppress methane selectivity.

Performance of polarisation functionals for linear and nonlinear optical properties of bulk zinc chalcogenides ZnX (X=S,Se,Te).

We calculated the frequency dependent macroscopic dielectric function and second-harmonic generation of cubic ZnS, ZnSe and ZnTe within time-dependent density-polarisation functional theory. The macroscopic dielectric function is calculated in a linear response framework, and second-harmonic generation in a real-time framework. The macroscopic exchange–correlation electric field that enters the time-dependent Kohn–Sham equations and accounts for long range correlation is approximated as a simple polarisation functional αP, where P is the macroscopic polarisation. Expressions for α are taken from the recent literature. The performance of the resulting approximations for the exchange–correlation electric field is analysed by comparing the theoretical spectra with experimental results and results obtained at the levels of the independent particle approximation and the random-phase approximation. For the dielectric function we also compare with state-of-the art calculations at the level of the Bethe–Salpeter equation.

Dielectrics in a time-dependent electric field: a real-time approach based on density-polarization functional theory

In the presence of a (time-dependent) macroscopic electric field the electron dynamics of dielectrics cannot be described by the time-dependent density only. We present a real-time formalism that has the density and the macroscopic polarization P as key quantities. We show that a simple local function of P already captures long-range correlation in linear and nonlinear optical response functions. Specifically, after detailing the numerical implementation, we examine the optical absorption, the second- and third-harmonic generation of bulk Si, GaAs, AlAs and CdTe at different level of approximation. We highlight links with ultranonlocal exchange-correlation functional approximations proposed within linear response time-dependent density functional theory framework.

Ankylosing spondylitis: genomic and functional characterization of candidate genes and their repercussion in clinical practice

RESUMO: Introdução: A espondilite anquilosante (EA) é uma doença inflamatória crónica caracterizada pela inflamação das articulações sacroilíacas e da coluna. A anquilose progressiva motiva uma deterioração gradual da função física e da qualidade de vida. O diagnóstico e o tratamento precoces podem contribuir para um melhor prognóstico. Neste contexto, a identificação de biomarcadores, assume-se como sendo muito útil para a prática clínica e representa hoje um grande desafio para a comunidade científica. Objetivos: Este estudo teve como objetivos: 1 - caracterizar a EA em Portugal; 2 - investigar possíveis associações entre genes, MHC e não-MHC, com a suscetibilidade e as características fenotípicas da EA; 3 - identificar genes candidatos associados a EA através da tecnologia de microarray. Material e Métodos: Foram recrutados doentes com EA, de acordo com os critérios modificados de Nova Iorque, nas consultas de Reumatologia dos diferentes hospitais participantes. Colecionaram-se dados demográficos, clínicos e radiológicos e colhidas amostras de sangue periférico. Selecionaram-se de forma aleatória, doentes HLA-B27 positivos, os quais foram tipados em termos de HLA classe I e II por PCR-rSSOP. Os haplótipos HLA estendidos foram estimados pelo algoritmo Expectation Maximization com recurso ao software Arlequin v3.11. As variantes alélicas dos genes IL23R, ERAP1 e ANKH foram estudadas através de ensaios de discriminação alélica TaqMan. A análise de associação foi realizada utilizando testes da Cochrane-Armitage e de regressão linear, tal como implementado pelo PLINK, para variáveis qualitativas e quantitativas, respetivamente. O estudo de expressão génica foi realizado por Illumina HT-12 Whole-Genome Expression BeadChips. Os genes candidatos foram validados usando qPCR-based TaqMan Low Density Arrays (TLDAs). Resultados: Foram incluídos 369 doentes (62,3% do sexo masculino, com idade média de 45,4 ± 13,2 anos, duração média da doença de 11,4 ± 10,5 anos). No momento da avaliação, 49,9% tinham doença axial, 2,4% periférica, 40,9% mista e 7,1% entesopática. A uveíte anterior aguda (33,6%) foi a manifestação extra-articular mais comum. Foram positivos para o HLA-B27, 80,3% dos doentes. Os haplótipo A*02/B*27/Cw*02/DRB1*01/DQB1*05 parece conferir suscetibilidade para a EA, e o A*02/B*27/Cw*01/DRB1*08/DQB1*04 parece conferir proteção em termos de atividade, repercussão funcional e radiológica da doença. Três variantes (2 para IL23R e 1 para ERAP1) mostraram significativa associação com a doença, confirmando a associação destes genes com a EA na população Portuguesa. O mesmo não se verificou com as variantes estudadas do ANKH. Não se verificou associação entre as variantes génicas não-MHC e as manifestações clínicas da EA. Foi identificado um perfil de expressão génica para a EA, tendo sido validados catorze genes - alguns têm um papel bem documentado em termos de inflamação, outros no metabolismo da cartilagem e do osso. Conclusões: Foi estabelecido um perfil demográfico e clínico dos doentes com EA em Portugal. A identificação de variantes génicas e de um perfil de expressão contribuem para uma melhor compreensão da sua fisiopatologia e podem ser úteis para estabelecer modelos com relevância em termos de diagnóstico, prognóstico e orientação terapêutica dos doentes. -----------ABSTRACT: Background: Ankylosing Spondylitis (AS) is a chronic inflammatory disorder characterized by inflammation in the spine and sacroiliac joints leading to progressive joint ankylosis and in progressive deterioration of physical function and quality of life. An early diagnosis and early therapy may contribute to a better prognosis. The identification of biomarkers would be helpful and represents a great challenge for the scientific community. Objectives: The present study had the following aims: 1- to characterize the pattern of AS in Portuguese patients; 2- to investigate MHC and non-MHC gene associations with susceptibility and phenotypic features of AS and; 3- to identify candidate genes associated with AS by means of whole-genome microarray. Material and Methods: AS was defined in accordance to the modified New York criteria and AS cases were recruited from hospital outcares patient clinics. Demographic and clinical data were recorded and blood samples collected. A random group of HLA-B27 positive patients and controls were selected and typed for HLA class I and II by PCR-rSSOP. The extended HLA haplotypes were estimated by Expectation Maximization Algorithm using Arlequin v3.11 software. Genotyping of IL23R, ERAP1 and ANKH allelic variants was carried out with TaqMan allelic discrimination assays. Association analysis was performed using the Cochrane-Armitage and linear regression tests as implemented in PLINK, for dichotomous and quantitative variables, respectively. Gene expression profile was carried out using Illumina HT-12 Whole-Genome Expression BeadChips and candidate genes were validated using qPCR-based TaqMan Low Density Arrays (TLDAs). Results: A total of 369 patients (62.3% male; mean age 45.4±13.2 years; mean disease duration 11.4±10.5 years), were included. Regarding clinical disease pattern, at the time of assessment, 49.9% had axial disease, 2.4% peripheral disease, 40.9% mixed disease and 7.1% isolated enthesopathic disease. Acute anterior uveitis (33.6%) was the most common extra-articular manifestation. 80.3% of AS patients were HLA-B27 positive. The haplotype A*02/B*27/Cw*02/DRB1*01/DQB1*05 seems to confer susceptibility to AS, whereas A*02/B*27/Cw*01/DRB1*08/DQB1*04 seems to provide protection in terms of disease activity, functional and radiological repercussion. Three markers (two for IL23R and one for ERAP1) showed significant single-locus disease associations. Association of these genes with AS in the Portuguese population was confirmed, whereas ANKH markers studied did not show an association with AS. No association was seen between non-MHC genes and clinical manifestations of AS. A gene expression signature for AS was established; among the fourteen validated genes, a number of them have a well-documented inflammatory role or in modulation of cartilage and bone metabolism. Conclusions: A demographic and clinical profile of patients with AS in Portugal was established. Identification of genetic variants of target genes as well as gene expression signatures could provide a better understanding of AS pathophysiology and could be useful to establish models with relevance in terms of susceptibility, prognosis, and potential therapeutic guidance.

Analyse d’implantation d’un système de gestion intégrée en environnement et en santé et sécurité du travail

Les systèmes de gestion intégrée en environnement et en santé et sécurité du travail (SGI) sont un nouveau paradigme de gestion dans les organisations modernes. Ces systèmes sont construits à partir des normes ISO 14001 et d’OHSAS 18001, basées sur la prévention des risques et le principe de précaution. La littérature sur les SGI témoigne d’un marasme conceptuel prédominant depuis plus de 10 ans; elle insiste sur l’urgence d’un consensus taxinomique et conceptuel afin de définir les systèmes de gestion intégrée et de différencier le mécanisme d’intégration de celui de l’implantation. Cette lacune conceptuelle enlise les connaissances dans un fossé épistémologique, retardant ainsi le débat dans ce nouveau champ d’études. Les rares connaissances dont nous disposons dans ce domaine proviennent de quelques études théoriques et de six études empiriques, toutes préoccupées par la compatibilité des multiples systèmes et des avantages économiques de leur intégration. Les évidences engendrées par ces études sont insuffisantes pour appréhender la dynamique du nouveau paradigme dont les effets demeurent peu connus. Cette situation révèle l’urgence d’agir dans un contexte où l’utilisation des SGI se multiplie, et où leur tendance à minimiser l’importance des risques devient de plus en plus préoccupante. Aucune étude ne s’est encore penchée sur l’implantation d’un SGI en environnement et en santé et sécurité du travail construit uniquement à partir des normes ISO 14001 et d’OHSAS 18001. Cette connaissance est importante pour expliquer les effets de tels systèmes. C’est dans cette perspective que nous avons réalisé cette première étude empirique d’un SGI selon les normes ISO 14001 et d’OHSAS 18001. Nos questions de recherche portent sur le mode, le degré d’implantation, les effets du SGI, ainsi que sur les facteurs contextuels qui interviennent pour expliquer les variations dans le degré d’implantation et les effets du SGI. Il s’agit d’une recherche à prélèvement qualitatif qui repose sur un devis d’étude de cas, avec des niveaux d’analyse imbriqués, et comportant une double visée descriptive et explicative. Notre échantillon, de type raisonné, regroupait trente-cinq intervenants provenant de différentes instances hiérarchiques ; il incluait également des représentants syndicaux. Notre échantillon était composé de 7 usines, accréditées aux normes ISO 14001, OHSAS 18001, et dispersées dans différentes villes du Québec. Ces usines différaient tant par leur technologie, leur âge, leur taille, et leurs types de production. Nos données ont été recueillies en 2004; elles sont basées sur des entrevues semi dirigées, sur des observations directes lors de la visite des lieux; elles s’appuient aussi sur des consultations de documents internes et sur des outils électroniques implantés. La transcription des entrevues effectuée, le contenu des discours a été catégorisé selon les cinq dimensions du SGI: engagement, planification, mise en opération, contrôle et revue de la direction. Une condensation horizontale avait précédé l’analyse de chaque cas et l’analyse transversale des cas selon une approche à la fois inductive et déductive. Les résultats de notre recherche ont révélé deux modes d’implantation : le mode d’enrichissement et le mode de fusion. Ces modes dépendaient de la nature des structures fonctionnelles en place. La visée d’amélioration continue à la base du SGI n’avait pas réussi à concilier les approches traditionnelles bottom up et top down qui ont dominé cette implantation; son mécanisme était guidé par 4 types de stratégies : l’économie des ressources, le contrôle des forces d’influences, la stratégie des fruits faciles à cueillir et la stratégie à petits pas. Pour analyser le degré d’implantation, nous avons tenu compte de l’effort de structuration du SGI et de la force d’utilisation des processus implantés à chacune des cinq dimensions du SGI. Les résultats de notre recherche révèlent une variabilité certaine du degré d’implantation entre les usines d’une part, et entre les processus associés aux cinq dimensions du SGI d’autre part. L’analyse des discours a permis de produire cinq hypothèses qui soutiennent l’effort de structuration et la force d’utilisation du SGI: (i) l’hypothèse de la force de cohésion, (ii) l’hypothèse de la spécificité du processus, (iii) l’hypothèse de la portée du processus, (iv) l’hypothèse de la capacité organisationnelle, (v) l’hypothèse de l’acceptation du changement. L’implantation du SGI était soumise à l’influence de multiples facteurs; ils étaient de nature politique, structurelle et organisationnelle. Ces facteurs avaient agi sur le processus d’implantation en amorçant une cascade d’interactions au cours desquelles leurs forces d’influences se renforçaient, se neutralisaient ou s’additionnaient pour affecter le degré d’implantation. Les facteurs facilitant touchaient surtout l’effort de structuration ; ils incluaient : l’expérience des systèmes de gestion, l’implication de la direction, celle du syndicat ou du CSS, la structure organisationnelle, le niveau d’éducation, l’âge et la taille de l’usine. Quant aux facteurs contraignants, ils agissaient sur la force d’utilisation ; ils incluaient : la lourdeur procédurale, le manque de temps, le manque de formation, le manque de ressources, la culture organisationnelle, la structure organisationnelle, le fossé intergénérationnel, l’absence du syndicat et l’âge de l’usine. Trois effets proximaux escomptés par l’entreprise ont été observés. (i) La rigueur de la gestion était associée à l’application des exigences du SGI; elle touchait la gouvernance en environnement et en santé et sécurité du travail, les mécanismes de gestion et les procédés de production. (ii) La standardisation était reliée au mode d’implantation du SGI; elle concernait les pratiques, les outils, les méthodes de travail et l’organisation des ressources. (iii) La rupture des silos est un effet relié au mode d’implantation du SGI; elle touchait les structures départementales, les frontières professionnelles, les relations et climat de travail. Ces effets proximaux avaient provoqué plusieurs effets émergents, plus distaux: une augmentation du pouvoir de contrôle syndical, un renforcement de la légitimité des recommandations soumises par les spécialistes professionnels, la création de réseaux inter organisationnels et le transfert du savoir. L’implantation du SGI avait transformé la gouvernance et les pratiques en environnement et en santé et sécurité du travail dans les sept usines. Toutefois, elle ne semblait pas garantir l’immunité du processus de gestion des risques à l’environnement ni à la santé et sécurité du travail. Sa capacité à diluer les risques devait retenir l’attention des politiques de santé publiques et des programmes de prévention des risques à l’environnement et à la santé et sécurité du travail. L’amélioration de la gestion des risques demeurait un effet attendu non observé et soumis à des facteurs contextuels qui pourraient l’empêcher de se concrétiser. À cet égard, le transfert du savoir, renforcé par l’émergence des réseaux inter organisationnels, semblait offrir une avenue beaucoup plus prometteuse et accessible. C’est l’une des contributions de cette recherche. Elle a aussi (i) proposé une typologie des modes d’implantation et des effets du SGI (ii) préconisé une méthode détaillée d’une meilleure appréciation du degré d’implantation (iii) précisé le rôle des facteurs contextuels dans l’explication des variations du degré d’implantation et dans la production des effets, (iv) proposé des hypothèses sur la structuration et l’utilisation du SGI (v) offert une perspective plurielle et approfondie de la dynamique de l’implantation du SGI grâce à la variété de l’échantillon des répondants et des usines. Il s’agit de la première étude de terrain dans le domaine. À notre connaissance, aucune autre étude n’a eu de tels résultats. Mots Clés : ISO 14001, OHSAS 18001, gestion intégrée, environnement, santé et sécurité du travail, risques environnementaux, risques en santé et sécurité du travail, analyse d’implantation, degré d’implantation, SGI, transfert du savoir.

Analytical strategies for the comprehensive profiling of histone post translational modifications by mass spectrometry and implications for functional analyses

Le long bio-polymère d'ADN est condensé à l’intérieur du noyau des cellules eukaryotes à l'aide de petites protéines appelées histones. En plus de leurs fonctions condensatrices,ces histones sont également la cible de nombreuses modifications post-traductionnelles(MPT), particulièrement au niveau de leur section N-terminale. Ces modifications réversibles font partie d’un code d’histones épi-génétique transmissible qui orchestre et module dynamiquement certains événements impliquant la chromatine, tels l’activation et la désactivation de gènes ainsi que la duplication et la réparation d’ADN. Ces modifications sont impliquées subséquemment dans la signalisation et la progression de cancers, tels que la leucémie. En conséquence, l'élucidation des modifications d’histones est importante pour comprendre leurs fonctions biologiques. Une méthodologie analytique a été mise au point en laboratoire pour isoler, détecter, et quantifier les MPT d’histones en utilisant une approche rapide à deux volets à l’aide d’outils bioinformatiques spécialisés. La méthodologie développée en laboratoire a été validée en utilisant des histones de souche sauvage ainsi que deux types d’histones mutants déficients en enzymes acétyltransferase. Des trois sources d’histones utilisées, la seule MPT qui a démontré un changement significatif est l’acétylation de l’histone H3 à lysine 56 (H3K56ac). L’expression et la stoechiométrie de cette MPT, issue de cellules de souche sauvage et de cellules mutantes, ont été déterminées avec précision et comparées. Les fonctions de balayage polyvalentes d'un instrument à trappe ionique quadrupôle linéaire hybride ont été utilisées pour améliorer la détection de protéines intactes. Le mode de balayage « enhanced multiply charged » (EMC) a été modifié pour contenir et détecter les ions de protéines intactes situées dans la trappe ionique linéaire. Ce mode de balayage nommé « targeted EMC » (tEMC) a permis de quadrupler le niveau de sensibilité (signal/interférence), et quintupler la résolution du mode de balayage conventionnel. De plus, la capacité de séparation des charges du tEMC a réduit de façon significative les effets de « space charge » dans la trappe ionique linéaire. La résolution supérieure du mode tEMC a permis de différencier plusieurs isoformes modifiées, particulièrement pour l’histone H3. L’analyse des peptides d’histones trypsiques à l’aide du mode de balayage « MRM » a permis le séquençage et la quantification de MPT avec un haut degré de précision. La seule MPT qui était sous-exprimée entre l’histone de souche sauvage et le mutant DOT1L fut la méthylation de l’histone H3 lysine 79(H3K79me1). Les effets de deux inhibiteurs d’enzymes HDAC (HDACi) sur l’expression de MPT d’histone ont été évalués en utilisant la méthodologie analytique mentionnée. Les histones extraites de cellules normales et cancéreuses ont été exposées à du Vorinostat(SAHA) ou du Entinostat (MS-275) pour une période de 24 à 72 heures. Deux histones furent principalement affectées, soit H3 et H4. Étonnamment, les mêmes effets n'ont pas été détectés lorsque les cellules normales ont été traitées avec le HDACi pour une période de 48 à 72 heures. Une méthode absolue de quantification avec une courbe d’étalonnage a été développée pour le peptide H3K56ac. Contrairement à certaines publications, nos résultats démontrent que cette MPT est présente dans les cellules mammifères avec une stoechiométrie très basse (< 0,1%) et n'est pas surexprimée de façon significative après le traitement au HDACi.

Quantitative functional MRI of the Cerebrovascular Reactivity to CO2

Le dioxyde de carbone (CO2) est un résidu naturel du métabolisme cellulaire, la troisième substance la plus abondante du sang, et un important agent vasoactif. À la moindre variation de la teneur en CO2 du sang, la résistance du système vasculaire cérébral et la perfusion tissulaire cérébrale subissent des changements globaux. Bien que les mécanismes exacts qui sous-tendent cet effet restent à être élucidés, le phénomène a été largement exploité dans les études de réactivité vasculaire cérébrale (RVC). Une voie prometteuse pour l’évaluation de la fonction vasculaire cérébrale est la cartographie de la RVC de manière non-invasive grâce à l’utilisation de l’Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle (IRMf). Des mesures quantitatives et non-invasives de de la RVC peuvent être obtenus avec l’utilisation de différentes techniques telles que la manipu- lation du contenu artériel en CO2 (PaCO2) combinée à la technique de marquage de spin artériel (Arterial Spin Labeling, ASL), qui permet de mesurer les changements de la perfusion cérébrale provoqués par les stimuli vasculaires. Toutefois, les préoccupations liées à la sensibilité et la fiabilité des mesures de la RVC limitent de nos jours l’adoption plus large de ces méthodes modernes de IRMf. J’ai considéré qu’une analyse approfondie ainsi que l’amélioration des méthodes disponibles pourraient apporter une contribution précieuse dans le domaine du génie biomédical, de même qu’aider à faire progresser le développement de nouveaux outils d’imagerie de diagnostique. Dans cette thèse je présente une série d’études où j’examine l’impact des méthodes alternatives de stimulation/imagerie vasculaire sur les mesures de la RVC et les moyens d’améliorer la sensibilité et la fiabilité de telles méthodes. J’ai aussi inclus dans cette thèse un manuscrit théorique où j’examine la possible contribution d’un facteur méconnu dans le phénomène de la RVC : les variations de la pression osmotique du sang induites par les produits de la dissolution du CO2. Outre l’introduction générale (Chapitre 1) et les conclusions (Chapitre 6), cette thèse comporte 4 autres chapitres, au long des quels cinq différentes études sont présentées sous forme d’articles scientifiques qui ont été acceptés à des fins de publication dans différentes revues scientifiques. Chaque chapitre débute par sa propre introduction, qui consiste en une description plus détaillée du contexte motivant le(s) manuscrit(s) associé(s) et un bref résumé des résultats transmis. Un compte rendu détaillé des méthodes et des résultats peut être trouvé dans le(s) dit(s) manuscrit(s). Dans l’étude qui compose le Chapitre 2, je compare la sensibilité des deux techniques ASL de pointe et je démontre que la dernière implémentation de l’ASL continue, la pCASL, offre des mesures plus robustes de la RVC en comparaison à d’autres méthodes pulsés plus âgées. Dans le Chapitre 3, je compare les mesures de la RVC obtenues par pCASL avec l’utilisation de quatre méthodes respiratoires différentes pour manipuler le CO2 artérielle (PaCO2) et je démontre que les résultats peuvent varier de manière significative lorsque les manipulations ne sont pas conçues pour fonctionner dans l’intervalle linéaire de la courbe dose-réponse du CO2. Le Chapitre 4 comprend deux études complémentaires visant à déterminer le niveau de reproductibilité qui peut être obtenu en utilisant des méthodes plus récentes pour la mesure de la RVC. La première étude a abouti à la mise au point technique d’un appareil qui permet des manipulations respiratoires du CO2 de manière simple, sécuritaire et robuste. La méthode respiratoire améliorée a été utilisée dans la seconde étude – de neuro-imagerie – où la sensibilité et la reproductibilité de la RVC, mesurée par pCASL, ont été examinées. La technique d’imagerie pCASL a pu détecter des réponses de perfusion induites par la variation du CO2 dans environ 90% du cortex cérébral humain et la reproductibilité de ces mesures était comparable à celle d’autres mesures hémodynamiques déjà adoptées dans la pratique clinique. Enfin, dans le Chapitre 5, je présente un modèle mathématique qui décrit la RVC en termes de changements du PaCO2 liés à l’osmolarité du sang. Les réponses prédites par ce modèle correspondent étroitement aux changements hémodynamiques mesurés avec pCASL ; suggérant une contribution supplémentaire à la réactivité du système vasculaire cérébral en lien avec le CO2.

Ferrofluid thin films as optical gaussmeters proposed for field and magnetic moment sensing

Ferrofluids belonging to the series, Ni x Fe1-x Fe2O4 and Zn x Fe1-x Fe2O4, were synthesized using cold co-precipitation. Liquid films of these ferrofluids were prepared by encapsulating the ferrofluids in between two optically smooth and ultrasonically cleaned glass plates. Magnetic field induced laser transmission through these ferrofluid films has been investigated. Magnetic field values can be calibrated in terms of output laser power in the low field region in which the variation is linear. This set up can be used as a cheap optical gaussmeter in the low field regime. Using the same set-up, the saturation magnetization of the sample used can also be calculated with a sample that is pre-characterized. Hence both magnetization of the sample, as well as applied magnetic field can be sensed and calculated with a precalibrated sample.