Étude structurale du mode de liaison des protéines Whirly de plantes à l’ADN monocaténaire

Les plantes doivent assurer la protection de trois génomes localisés dans le noyau, les chloroplastes et les mitochondries. Si les mécanismes assurant la réparation de l’ADN nucléaire sont relativement bien compris, il n’en va pas de même pour celui des chloroplastes et des mitochondries. Or il est important de bien comprendre ces mécanismes puisque des dommages à l’ADN non ou mal réparés peuvent entraîner des réarrangements dans les génomes. Chez les plantes, de tels réarrangements dans l’ADN mitochondrial ou dans l’ADN chloroplastique peuvent conduire à une perte de vigueur ou à un ralentissement de la croissance. Récemment, notre laboratoire a identifié une famille de protéines, les Whirly, dont les membres se localisent au niveau des mitochondries et des chloroplastes. Ces protéines forment des tétramères qui lient l’ADN monocaténaire et qui accomplissent de nombreuses fonctions associées au métabolisme de l’ADN. Chez Arabidopsis, deux de ces protéines ont été associées au maintien de la stabilité du génome du chloroplaste. On ignore cependant si ces protéines sont impliquées dans la réparation de l’ADN. Notre étude chez Arabidopsis démontre que des cassures bicaténaires de l’ADN sont prises en charge dans les mitochondries et les chloroplastes par une voie de réparation dépendant de très courtes séquences répétées (de cinq à cinquante paires de bases) d’ADN. Nous avons également montré que les protéines Whirly modulent cette voie de réparation. Plus précisément, leur rôle serait de promouvoir une réparation fidèle de l’ADN en empêchant la formation de réarrangements dans les génomes de ces organites. Pour comprendre comment les protéines Whirly sont impliquées dans ce processus, nous avons élucidé la structure cristalline d’un complexe Whirly-ADN. Nous avons ainsi pu montrer que les Whirly lient et protègent l’ADN monocaténaire sans spécificité de séquence. La liaison de l’ADN s’effectue entre les feuillets β de sous-unités contiguës du tétramère. Cette configuration maintient l’ADN sous une forme monocaténaire et empêche son appariement avec des acides nucléiques de séquence complémentaire. Ainsi, les protéines Whirly peuvent empêcher la formation de réarrangements et favoriser une réparation fidèle de l’ADN. Nous avons également montré que, lors de la liaison de très longues séquences d’ADN, les protéines Whirly peuvent s’agencer en superstructures d’hexamères de tétramères, formant ainsi des particules sphériques de douze nanomètres de diamètre. En particulier, nous avons pu démontrer l’importance d’un résidu lysine conservé chez les Whirly de plantes dans le maintien de la stabilité de ces superstructures, dans la liaison coopérative de l’ADN, ainsi que dans la réparation de l’ADN chez Arabidopsis. Globalement, notre étude amène de nouvelles connaissances quant aux mécanismes de réparation de l’ADN dans les organites de plantes ainsi que le rôle des protéines Whirly dans ce processus.

Suivi des vaisseaux sanguins en temps réel à partir d’images ultrasonores mode-B et reconstruction 3D : application à la caractérisation des sténoses artérielles

La maladie des artères périphériques (MAP) se manifeste par une réduction (sténose) de la lumière de l’artère des membres inférieurs. Elle est causée par l’athérosclérose, une accumulation de cellules spumeuses, de graisse, de calcium et de débris cellulaires dans la paroi artérielle, généralement dans les bifurcations et les ramifications. Par ailleurs, la MAP peut être causée par d`autres facteurs associés comme l’inflammation, une malformation anatomique et dans de rares cas, au niveau des artères iliaques et fémorales, par la dysplasie fibromusculaire. L’imagerie ultrasonore est le premier moyen de diagnostic de la MAP. La littérature clinique rapporte qu’au niveau de l’artère fémorale, l’écho-Doppler montre une sensibilité de 80 à 98 % et une spécificité de 89 à 99 % à détecter une sténose supérieure à 50 %. Cependant, l’écho-Doppler ne permet pas une cartographie de l’ensemble des artères des membres inférieurs. D’autre part, la reconstruction 3D à partir des images échographiques 2D des artères atteintes de la MAP est fortement opérateur dépendant à cause de la grande variabilité des mesures pendant l’examen par les cliniciens. Pour planifier une intervention chirurgicale, les cliniciens utilisent la tomodensitométrie (CTA), l’angiographie par résonance magnétique (MRA) et l’angiographie par soustraction numérique (DSA). Il est vrai que ces modalités sont très performantes. La CTA montre une grande précision dans la détection et l’évaluation des sténoses supérieures à 50 % avec une sensibilité de 92 à 97 % et une spécificité entre 93 et 97 %. Par contre, elle est ionisante (rayon x) et invasive à cause du produit de contraste, qui peut causer des néphropathies. La MRA avec injection de contraste (CE MRA) est maintenant la plus utilisée. Elle offre une sensibilité de 92 à 99.5 % et une spécificité entre 64 et 99 %. Cependant, elle sous-estime les sténoses et peut aussi causer une néphropathie dans de rares cas. De plus les patients avec stents, implants métalliques ou bien claustrophobes sont exclus de ce type d`examen. La DSA est très performante mais s`avère invasive et ionisante. Aujourd’hui, l’imagerie ultrasonore (3D US) s’est généralisée surtout en obstétrique et échocardiographie. En angiographie il est possible de calculer le volume de la plaque grâce à l’imagerie ultrasonore 3D, ce qui permet un suivi de l’évolution de la plaque athéromateuse au niveau des vaisseaux. L’imagerie intravasculaire ultrasonore (IVUS) est une technique qui mesure ce volume. Cependant, elle est invasive, dispendieuse et risquée. Des études in vivo ont montré qu’avec l’imagerie 3D-US on est capable de quantifier la plaque au niveau de la carotide et de caractériser la géométrie 3D de l'anastomose dans les artères périphériques. Par contre, ces systèmes ne fonctionnent que sur de courtes distances. Par conséquent, ils ne sont pas adaptés pour l’examen de l’artère fémorale, à cause de sa longueur et de sa forme tortueuse. L’intérêt pour la robotique médicale date des années 70. Depuis, plusieurs robots médicaux ont été proposés pour la chirurgie, la thérapie et le diagnostic. Dans le cas du diagnostic artériel, seuls deux prototypes sont proposés, mais non commercialisés. Hippocrate est le premier robot de type maitre/esclave conçu pour des examens des petits segments d’artères (carotide). Il est composé d’un bras à 6 degrés de liberté (ddl) suspendu au-dessus du patient sur un socle rigide. À partir de ce prototype, un contrôleur automatisant les déplacements du robot par rétroaction des images échographiques a été conçu et testé sur des fantômes. Le deuxième est le robot de la Colombie Britannique conçu pour les examens à distance de la carotide. Le mouvement de la sonde est asservi par rétroaction des images US. Les travaux publiés avec les deux robots se limitent à la carotide. Afin d’examiner un long segment d’artère, un système robotique US a été conçu dans notre laboratoire. Le système possède deux modes de fonctionnement, le mode teach/replay (voir annexe 3) et le mode commande libre par l’utilisateur. Dans ce dernier mode, l’utilisateur peut implémenter des programmes personnalisés comme ceux utilisés dans ce projet afin de contrôler les mouvements du robot. Le but de ce projet est de démontrer les performances de ce système robotique dans des conditions proches au contexte clinique avec le mode commande libre par l’utilisateur. Deux objectifs étaient visés: (1) évaluer in vitro le suivi automatique et la reconstruction 3D en temps réel d’une artère en utilisant trois fantômes ayant des géométries réalistes. (2) évaluer in vivo la capacité de ce système d'imagerie robotique pour la cartographie 3D en temps réel d'une artère fémorale normale. Pour le premier objectif, la reconstruction 3D US a été comparée avec les fichiers CAD (computer-aided-design) des fantômes. De plus, pour le troisième fantôme, la reconstruction 3D US a été comparée avec sa reconstruction CTA, considéré comme examen de référence pour évaluer la MAP. Cinq chapitres composent ce mémoire. Dans le premier chapitre, la MAP sera expliquée, puis dans les deuxième et troisième chapitres, l’imagerie 3D ultrasonore et la robotique médicale seront développées. Le quatrième chapitre sera consacré à la présentation d’un article intitulé " A robotic ultrasound scanner for automatic vessel tracking and three-dimensional reconstruction of B-mode images" qui résume les résultats obtenus dans ce projet de maîtrise. Une discussion générale conclura ce mémoire. L’article intitulé " A 3D ultrasound imaging robotic system to detect and quantify lower limb arterial stenoses: in vivo feasibility " de Marie-Ange Janvier et al dans l’annexe 3, permettra également au lecteur de mieux comprendre notre système robotisé. Ma contribution dans cet article était l’acquisition des images mode B, la reconstruction 3D et l’analyse des résultats pour le patient sain.

Microwave Characterisation of BaCe2Ti5O15 and Ba5Nb4O15 Ceramic Dielectric Resonators Using Whispering Gallery Mode Method

A microwave dielectric ceramic resonator based on BaCe2Ti5O15 and Ba5Nb4O15 have been prepared by conventional solid state ceramic route. The dielectric resonators (DRs) have high dielectric constant 32 and 40 for BaCe2Ti5O15 and Ba5Nb4O15, respectively. The whispering gallery mode (WGM) technique was employed for the accurate determination of the dielectric properties in the microwave frequency range. The BaCe2Ti5O15 and Ba5Nb4O15 have quality factors (Q X F) of 30,600 and 53,000 respectively. The quality factor is found to depend on the azimuthal mode numbers. The temperature coefficient of resonant frequency (Tr) of BaCe2Ti5O15 and Ba5Nb4O15 have been measured accurately using different resonant modes and are + 41 and + 78 ppm/K, respectively

Monolithic fused 1 x 4 couplers with high uniformity

A new method for the fabrication of high uniformity monolithic 1 x 4 single mode fused coupler is described together with details of its performance in terms of coupling ratio, spectral response and uniformity. The fabricated device exhibits ultra-broadband performance with a port-to-port uniformity of 0.4 dB. The reliability of such couplers is also evaluated and found to have good stability. Moreover, by controlling the process parameters it is possible to control the power remaining in the through put port of the device, which can be used for dedicated non-intrusive network health monitoring.

Monolithic fused 1 x 4 couplers with high uniformity

A new method for the fabrication of high uniformity monolithic 1 x4 single-mode fused coupler is described together with details of its performance in terms of coupling ratio, spectral response and uniformity. The fabricated device exhibits ultra-broadband performance with a port-to-port uniformity of 0.4 dB. The reliability of such couplers is also evaluated and found to have good stability. Moreover, by controlling the process parameters it is possible to control the power remaining in the through put port of the device, which can be used for dedicated non-intrusive network health monitoring

Numerical study of reverse period doubling route from chaos to stability in a two-mode intracavity doubled Nd-YAG laser

We have numerically studied the behavior of a two-mode Nd-YAG laser with an intracavity KTP crystal. It is found that when the parameter, which is a measure of the relative orientations of the KTP crystal with respect to the Nd-YAG crystal, is varied continuously, the output intensity fluctuations change from chaotic to stable behavior through a sequence of reverse period doubling bifurcations. The graph of the intensity in the X-polarized mode against that in the Y-polarized mode shows a complex pattern in the chaotic regime. The Lyapunov exponent is calculated for the chaotic and periodic regions.

Sales restriction, quality selection and the mode of competition

A regulator imposing “sales restrictions” on firms competing in oligopolistic markets may enhance quality provision by the firms. Moreover, for most restrictions levels, the impact on quality selection is invariant to the mode of competition

Calculation of Franck-Condon factors including anharmonicity: simulation of the C2 H4+ X̃2B 3u←C2 H4X̃1 Ag band in the photoelectron spectrum of ethylene

Our new simple method for calculating accurate Franck-Condon factors including nondiagonal (i.e., mode-mode) anharmonic coupling is used to simulate the C2H4+X2B 3u←C2H4X̃1 Ag band in the photoelectron spectrum. An improved vibrational basis set truncation algorithm, which permits very efficient computations, is employed. Because the torsional mode is highly anharmonic it is separated from the other modes and treated exactly. All other modes are treated through the second-order perturbation theory. The perturbation-theory corrections are significant and lead to a good agreement with experiment, although the separability assumption for torsion causes the C2 D4 results to be not as good as those for C2 H4. A variational formulation to overcome this circumstance, and deal with large anharmonicities in general, is suggested

Local modes and x,K relations for ethene and propadiene

The results recently obtained by Mills and Robiette on local-mode effects in H2O, NH3 and CH4 type molecules are extended to ethene (C2H4) and propadiene (C3H4) type molecules. General relations among the anharmonic xrs constants and the Darling-Dennison Krrss constants for the stretching vibrations are derived, called “x,K relations”, which allow local-mode effects to be generated by adding the appropriate anharmonic and Darling-Dennison constants to the familiar normal-mode model of molecular vibrations. The general utility of x,K relations is discussed, and the results are reviewed for the molecular types for which they have so far been derived.

C–H local modes in cyclobutene. II. Laser photoacoustic studies 10 000–17 000 cm−1. Vibrational structure and C–H local mode dynamics

In part I of this study [Baggott, Clase, and Mills, Spectrochim. Acta Part A 42, 319 (1986)] we presented FTIR spectra of gas phase cyclobutene and modeled the v=1–3 stretching states of both olefinic and methylenic C–H bonds in terms of a local mode model. In this paper we present some improvements to our original model and make use of recently derived ‘‘x,K relations’’ to find the equivalent normal mode descriptions. The use of both the local mode and normal mode approaches to modeling the vibrational structure is described in some detail. We present evidence for Fermi resonance interactions between the methylenic C–H stretch overtones and ring C–C stretch vibrations, revealed in laser photoacoustic spectra in the v=4–6 region. An approximate model vibrational Hamiltonian is proposed to explain the observed structure and is used to calculate the dynamics of the C–H stretch local mode decay resulting from interaction with lower frequency ring modes. The implications of our experimental and theoretical studies for mode‐selective photochemistry are discussed briefly.

Non-genomic signalling of the retinoic X receptor through inhibition of Gq signalling in human platelets

Retinoid X receptors (RXRs) are important transcriptional nuclear hormone receptors, acting as either homodimers or the binding partner for at least one fourth of all the known human nuclear receptors. Functional nongenomic effects of nuclear receptors are poorly understood; however, recently peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) gamma, PPARbeta, and the glucocorticoid receptor have all been found active in human platelets. Human platelets express RXRalpha and RXRbeta. RXR ligands inhibit platelet aggregation and TXA(2) release to ADP and the TXA(2) receptors, but only weakly to collagen. ADP and TXA(2) both signal via the G protein, Gq. RXR rapidly binds Gq but not Gi/z/o/t/gust in a ligand-dependent manner and inhibits Gq-induced Rac activation and intracellular calcium release. We propose that RXR ligands may have beneficial clinical actions through inhibition of platelet activation. Furthermore, our results demonstrate a novel nongenomic mode for nuclear receptor action and a functional cross-talk between G-protein and nuclear receptor signaling families.

Nongenomic signaling of the retinoid X receptor through binding and inhibiting Gq in human platelets

Retinoid X receptors (RXRs) are important transcriptional nuclear hormone receptors, acting as either homodimers or the binding partner for at least one fourth of all the known human nuclear receptors. Functional nongenomic effects of nuclear receptors are poorly understood; however, recently peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) gamma, PPAR beta, and the glucocorticoid receptor have all been found active in human platelets. Human platelets express RXR alpha, and RXR beta. RXR ligands inhibit platelet aggregation and TXA(2) release to ADP and the TXA(2) receptors, but only weakly to collagen. ADP and TXA(2) both signal via the G protein, Gq. RXR rapidly binds Gq but not Gi/z/o/t/gust in a ligand-dependent manner and inhibits Gq-induced Rac activation and intracellular calcium release. We propose that RXR ligands may have beneficial clinical actions through inhibition of platelet activation. Furthermore, our results demonstrate a novel nongenomic mode for nuclear receptor action and a functional cross-talk between G-protein and nuclear receptor signaling families. (C) 2007 by The American Society of Hematology.

Ligand bridging of the DNA Holliday junction: molecular recognition of a stacked-X four-way junction by a small molecule

Planning a Holliday: A new mode of binding to a stacked-X, four-way Holliday junction is described in which a chromophore molecule binds across the center of the junction and two adenine residues are replaced by the acridine chromophores at either side of the crossover. This binding mode is specific for the Holliday junction and does not cause unwinding of the DNA helices.

Empirical mode decomposition: a novel technique for the study of tremor time series

Tremor is a clinical feature characterized by oscillations of a part of the body. The detection and study of tremor is an important step in investigations seeking to explain underlying control strategies of the central nervous system under natural (or physiological) and pathological conditions. It is well established that tremorous activity is composed of deterministic and stochastic components. For this reason, the use of digital signal processing techniques (DSP) which take into account the nonlinearity and nonstationarity of such signals may bring new information into the signal analysis which is often obscured by traditional linear techniques (e.g. Fourier analysis). In this context, this paper introduces the application of the empirical mode decomposition (EMD) and Hilbert spectrum (HS), which are relatively new DSP techniques for the analysis of nonlinear and nonstationary time-series, for the study of tremor. Our results, obtained from the analysis of experimental signals collected from 31 patients with different neurological conditions, showed that the EMD could automatically decompose acquired signals into basic components, called intrinsic mode functions (IMFs), representing tremorous and voluntary activity. The identification of a physical meaning for IMFs in the context of tremor analysis suggests an alternative and new way of detecting tremorous activity. These results may be relevant for those applications requiring automatic detection of tremor. Furthermore, the energy of IMFs was visualized as a function of time and frequency by means of the HS. This analysis showed that the variation of energy of tremorous and voluntary activity could be distinguished and characterized on the HS. Such results may be relevant for those applications aiming to identify neurological disorders. In general, both the HS and EMD demonstrated to be very useful to perform objective analysis of any kind of tremor and can therefore be potentially used to perform functional assessment.