Nouveaux mécanismes de régulation des récepteurs couplés aux protéines G : lien entre complexes protéiques, localisation et signalisation

Thèse diffusée initialement dans le cadre d'un projet pilote des Presses de l'Université de Montréal/Centre d'édition numérique UdeM (1997-2008) avec l'autorisation de l'auteur.

Implémentation de la répartition de charge et du mode TOT pour la simulation d’un détecteur Timepix à pixels

Les détecteurs à pixels Medipix ont été développés par la collaboration Medipix et permettent de faire de l'imagerie en temps réel. Leur surface active de près de $2\cm^2$ est divisée en 65536~pixels de $55\times 55\um^2$ chacun. Seize de ces détecteurs, les Medipix2, sont installés dans l'expérience ATLAS au CERN afin de mesurer en temps réel les champs de radiation produits par les collisions de hadrons au LHC. Ils seront prochainement remplacés par des Timepix, la plus récente version de ces détecteurs, qui permettent de mesurer directement l'énergie déposée dans chaque pixel en mode \textit{time-over-threshold} (TOT) lors du passage d'une particule dans le semi-conducteur. En vue d'améliorer l'analyse des données recueillies avec ces détecteurs Timepix dans ATLAS, un projet de simulation Geant4 a été amorcé par John Id\'{a}rraga à l'Université de Montréal. Dans le cadre de l'expérience ATLAS, cette simulation pourra être utilisée conjointement avec Athena, le programme d'analyse d'ATLAS, et la simulation complète du détecteur ATLAS. Sous l'effet de leur propre répulsion, les porteurs de charge créés dans le semi-conducteur sont diffusés vers les pixels adjacents causant un dépôt d'énergie dans plusieurs pixels sous l'effet du partage de charges. Un modèle effectif de cette diffusion latérale a été développé pour reproduire ce phénomène sans résoudre d'équation différentielle de transport de charge. Ce modèle, ainsi que le mode TOT du Timepix, qui permet de mesurer l'énergie déposée dans le détecteur, ont été inclus dans la simulation afin de reproduire adéquatement les traces laissées par les particules dans le semi-conducteur. On a d'abord étalonné le détecteur pixel par pixel à l'aide d'une source de $\Am$ et de $\Ba$. Ensuite, on a validé la simulation à l'aide de mesures d'interactions de protons et de particules $\alpha$ produits au générateur Tandem van de Graaff du Laboratoire René-J.-A.-Lévesque de l'Université de Montréal.

Étude de propriétés physico-chimiques des membranes lipidiques chargées d’acide palmitique/stérol et de stéarylamine/cholestérol

Les stérosomes, des vésicules artificielles composées d’amphiphiles monoalkylés et d’un grand pourcentage de stérols, sont prometteurs dans plusieurs domaines comme les industries pharmaceutiques et alimentaires. Il existe des stérosomes chargés négativement, positivement et neutres. Dans ce mémoire, nous avons approfondi nos connaissances sur les propriétés physico-chimiques des stérosomes chargés : acide palmitique (PA)/stérol et stéarylamine (SA)/cholestérol (Chol). Premièrement, afin de mesurer la diffusion latérale de PA dans les membranes PA/stérol (30/70 mol/mol) par RMN à gradients pulsés, nous avons tenté de former des bicouches liquide-ordonnées (lo) orientées magnétiquement avec ce mélange. En s'inspirant de l’idée que l’ajout de 1,2-dihexanoyl-sn-glycéro-3-phosphocholine (DHPC), un lipide à courtes chaînes, dans le système 1,2-dimyristoyl-sn-glycéro-3-phosphocholine (DMPC) mène à la formation de bicouches orientées, nous avons étudié la formulation PA perdeutéré/acide hexanoïque (HA)/Chol avec une proportion molaire de 25/18/57 à plusieurs températures; aucune formation de bicouches orientées n’a été observée. Ce résultat pourrait être expliqué par la solubilisation partielle de HA en milieu aqueux. Alors, une quantité insuffisante serait insérée dans la bicouche pour induire son orientation. La formulation PA perdeutéré/DHPC/Chol n’a pas conduit, elle non plus, à des bicouches orientées magnétiquement à des températures et concentrations lipidiques variées. En étudiant le mélange DMPC/DHPC/Chol (67/17/14), nous avons remarqué que la présence de Chol inhibait l'orientation magnétique des bicouches. Tandis que le mélange DMPC/DHPC/stigmastérol (SS) avec les proportions molaires 67/19/14 et 72/21/7 conduisait à des bicouches orientées avec leur normale (n) perpendiculaire au champ magnétique à 40 °C et 50 °C. Ces résultats suggèrent que le mélange PA/SS avec une proportion de lipide à courtes chaînes, HA et DHPC, pourrait mener à des bicouches orientées magnétiquement. Le mélange PA/Chol avec un lipide à courtes chaînes pourrait aussi être étudié en présence des lanthanides. Deuxièmement, nous avons examiné la possibilité de moduler la libération de matériel encapsulé dans des liposomes essentiellement composés de PA et d’un stérol. Il est connu que le mélange PA/Chol (30/70) à pH ≥ 7,5 forme des liposomes très peu perméables. Il est avantageux de pouvoir moduler la perméabilité pour avoir un contrôle sur le temps de libération de leur contenu, qui est un paramètre de grande importance pour les formulations liposomales de médicaments. D’abord, il a été montré que l’acide oléique (OA)/Chol (30/70) est capable de former des vésicules, ce qui n’avait jamais été prouvé auparavant. Par contre, les bicouches OA/Chol (30/70) ne sont pas plus perméables que les bicouches PA/Chol (30/70). L’ajout de 1-palmitoyl-2-oléoyl-sn-glycéro-3-phosphatidylcholine (POPC) dans le mélange PA/Chol n’augmente pas plus la perméabilité. En effet, les cinétiques de relargage de calcéine des vésicules PA/POPC/Chol (15/27.5/57.5), POPC/Chol (40/60) et POPC étaient très semblables à celle de PA/Chol (30/70). Il a été remarqué que les études littéraires se contredisent à propos de la perméabilité à la calcéine des bicouches de phosphatidylcholine (PC). L’explication de ces divergences est inconnue pour le moment. En remplaçant la moitié de la proportion molaire de Chol par le cholate de sodium (SC) dans le mélange PA/Chol (30/70), la membrane n’était pas plus apte à libérer son contenu. Il se pourrait que le SC se retrouvant dans la bicouche n’induit pas une diminution d’empilement. Il est aussi possible que le SC ne s'insère pas dans la membrane à cause de son hydrophilie considérable et il pourrait alors former seul des micelles. En remplaçant complètement le Chol par le sulfate de cholestérol (SChol), un stérol chargé négativement, et en préparant les vésicules à un bas pH, la formulation PA/SChol (30/70) mène à une très grande perméabilité à pH 7.5; le relargage est provoqué par un saut de pH. Nos travaux suggèrent qu'il serait possible de moduler la perméabilité des liposomes en les préparant avec le mélange PA/SChol/Chol en variant les proportions entre 30/63/7 à 30/70/0. Le diagramme pH-composition du mélange PA/SChol/Chol indique que ces proportions conduisent, à pH 7.4, à la coexistence de phases solide et lo en différentes proportions, ce qui pourrait moduler la perméabilité membranaire. Troisièmement, les résultats de perméabilité obtenus avec la calcéine et les difficultés survenues lors de l’extrusion des vésicules encapsulant cette sonde nous ont amené à nous demander si la calcéine interagit avec les bicouches chargées. L’impact de certains anions, dont la calcéine, a été examiné sur les bicouches chargées positivement SA/Chol (50/50). La calorimétrie différentielle à balayage (DSC, de l’anglais differential scanning calorimetry), indique qu’il n’y a aucune transition entre 25 et 90 °C pour les liposomes SA/Chol (50/50) à pH = 7.4. L’ajout de chlorure de sodim (375 mM) n’a pas mené à la formation d’agrégats et aucune transition n’a été observée sur le thermogramme. La formation d’agrégats macroscopiques instantanément après l’ajout d’hydrogénophosphate de sodium (125 mM), de sulfate de sodium (125 mM) et de calcéine (3 mM) a été observée. Une transition a été observée sur les thermogrammes en présence de ces sels. Les agrégats observés pourraient être associés à la transition de phase. L’effet des anions sur la température et l’enthalpie de transition suivent le même ordre que la série d’Hofmeister : sulfate > hydrogénophosphate > chlorure (pas de pic). La calcéine avait l’impact le plus prononcé sur l’agrégation; ceci illustre que la calcéine n’est pas une sonde fluorescente inerte avec le mélange SA/Chol. Elle pourrait être un chaotrope volumineux. De plus, les interactions SA-calcéine plus fortes, menant à l’agrégation des vésicules, que les interactions PC-calcéine pourraient s’expliquer par le fait que la SA est chargée positivement.

Étude de propriétés physico-chimiques des membranes lipidiques chargées d’acide palmitique/stérol et de stéarylamine/cholestérol

Les stérosomes, des vésicules artificielles composées d’amphiphiles monoalkylés et d’un grand pourcentage de stérols, sont prometteurs dans plusieurs domaines comme les industries pharmaceutiques et alimentaires. Il existe des stérosomes chargés négativement, positivement et neutres. Dans ce mémoire, nous avons approfondi nos connaissances sur les propriétés physico-chimiques des stérosomes chargés : acide palmitique (PA)/stérol et stéarylamine (SA)/cholestérol (Chol). Premièrement, afin de mesurer la diffusion latérale de PA dans les membranes PA/stérol (30/70 mol/mol) par RMN à gradients pulsés, nous avons tenté de former des bicouches liquide-ordonnées (lo) orientées magnétiquement avec ce mélange. En s'inspirant de l’idée que l’ajout de 1,2-dihexanoyl-sn-glycéro-3-phosphocholine (DHPC), un lipide à courtes chaînes, dans le système 1,2-dimyristoyl-sn-glycéro-3-phosphocholine (DMPC) mène à la formation de bicouches orientées, nous avons étudié la formulation PA perdeutéré/acide hexanoïque (HA)/Chol avec une proportion molaire de 25/18/57 à plusieurs températures; aucune formation de bicouches orientées n’a été observée. Ce résultat pourrait être expliqué par la solubilisation partielle de HA en milieu aqueux. Alors, une quantité insuffisante serait insérée dans la bicouche pour induire son orientation. La formulation PA perdeutéré/DHPC/Chol n’a pas conduit, elle non plus, à des bicouches orientées magnétiquement à des températures et concentrations lipidiques variées. En étudiant le mélange DMPC/DHPC/Chol (67/17/14), nous avons remarqué que la présence de Chol inhibait l'orientation magnétique des bicouches. Tandis que le mélange DMPC/DHPC/stigmastérol (SS) avec les proportions molaires 67/19/14 et 72/21/7 conduisait à des bicouches orientées avec leur normale (n) perpendiculaire au champ magnétique à 40 °C et 50 °C. Ces résultats suggèrent que le mélange PA/SS avec une proportion de lipide à courtes chaînes, HA et DHPC, pourrait mener à des bicouches orientées magnétiquement. Le mélange PA/Chol avec un lipide à courtes chaînes pourrait aussi être étudié en présence des lanthanides. Deuxièmement, nous avons examiné la possibilité de moduler la libération de matériel encapsulé dans des liposomes essentiellement composés de PA et d’un stérol. Il est connu que le mélange PA/Chol (30/70) à pH ≥ 7,5 forme des liposomes très peu perméables. Il est avantageux de pouvoir moduler la perméabilité pour avoir un contrôle sur le temps de libération de leur contenu, qui est un paramètre de grande importance pour les formulations liposomales de médicaments. D’abord, il a été montré que l’acide oléique (OA)/Chol (30/70) est capable de former des vésicules, ce qui n’avait jamais été prouvé auparavant. Par contre, les bicouches OA/Chol (30/70) ne sont pas plus perméables que les bicouches PA/Chol (30/70). L’ajout de 1-palmitoyl-2-oléoyl-sn-glycéro-3-phosphatidylcholine (POPC) dans le mélange PA/Chol n’augmente pas plus la perméabilité. En effet, les cinétiques de relargage de calcéine des vésicules PA/POPC/Chol (15/27.5/57.5), POPC/Chol (40/60) et POPC étaient très semblables à celle de PA/Chol (30/70). Il a été remarqué que les études littéraires se contredisent à propos de la perméabilité à la calcéine des bicouches de phosphatidylcholine (PC). L’explication de ces divergences est inconnue pour le moment. En remplaçant la moitié de la proportion molaire de Chol par le cholate de sodium (SC) dans le mélange PA/Chol (30/70), la membrane n’était pas plus apte à libérer son contenu. Il se pourrait que le SC se retrouvant dans la bicouche n’induit pas une diminution d’empilement. Il est aussi possible que le SC ne s'insère pas dans la membrane à cause de son hydrophilie considérable et il pourrait alors former seul des micelles. En remplaçant complètement le Chol par le sulfate de cholestérol (SChol), un stérol chargé négativement, et en préparant les vésicules à un bas pH, la formulation PA/SChol (30/70) mène à une très grande perméabilité à pH 7.5; le relargage est provoqué par un saut de pH. Nos travaux suggèrent qu'il serait possible de moduler la perméabilité des liposomes en les préparant avec le mélange PA/SChol/Chol en variant les proportions entre 30/63/7 à 30/70/0. Le diagramme pH-composition du mélange PA/SChol/Chol indique que ces proportions conduisent, à pH 7.4, à la coexistence de phases solide et lo en différentes proportions, ce qui pourrait moduler la perméabilité membranaire. Troisièmement, les résultats de perméabilité obtenus avec la calcéine et les difficultés survenues lors de l’extrusion des vésicules encapsulant cette sonde nous ont amené à nous demander si la calcéine interagit avec les bicouches chargées. L’impact de certains anions, dont la calcéine, a été examiné sur les bicouches chargées positivement SA/Chol (50/50). La calorimétrie différentielle à balayage (DSC, de l’anglais differential scanning calorimetry), indique qu’il n’y a aucune transition entre 25 et 90 °C pour les liposomes SA/Chol (50/50) à pH = 7.4. L’ajout de chlorure de sodim (375 mM) n’a pas mené à la formation d’agrégats et aucune transition n’a été observée sur le thermogramme. La formation d’agrégats macroscopiques instantanément après l’ajout d’hydrogénophosphate de sodium (125 mM), de sulfate de sodium (125 mM) et de calcéine (3 mM) a été observée. Une transition a été observée sur les thermogrammes en présence de ces sels. Les agrégats observés pourraient être associés à la transition de phase. L’effet des anions sur la température et l’enthalpie de transition suivent le même ordre que la série d’Hofmeister : sulfate > hydrogénophosphate > chlorure (pas de pic). La calcéine avait l’impact le plus prononcé sur l’agrégation; ceci illustre que la calcéine n’est pas une sonde fluorescente inerte avec le mélange SA/Chol. Elle pourrait être un chaotrope volumineux. De plus, les interactions SA-calcéine plus fortes, menant à l’agrégation des vésicules, que les interactions PC-calcéine pourraient s’expliquer par le fait que la SA est chargée positivement.

Feasibility And Reproducibility Of Diffusion-weighted Magnetic Resonance Imaging Of The Fetal Brain In Twin-twin Transfusion Syndrome.

The aim of this study is to test the feasibility and reproducibility of diffusion-weighted magnetic resonance imaging (DW-MRI) evaluations of the fetal brains in cases of twin-twin transfusion syndrome (TTTS). From May 2011 to June 2012, 24 patients with severe TTTS underwent MRI scans for evaluation of the fetal brains. Datasets were analyzed offline on axial DW images and apparent diffusion coefficient (ADC) maps by two radiologists. The subjective evaluation was described as the absence or presence of water diffusion restriction. The objective evaluation was performed by the placement of 20-mm(2) circular regions of interest on the DW image and ADC maps. Subjective interobserver agreement was assessed by the kappa correlation coefficient. Objective intraobserver and interobserver agreements were assessed by proportionate Bland-Altman tests. Seventy-four DW-MRI scans were performed. Sixty of them (81.1%) were considered to be of good quality. Agreement between the radiologists was 100% for the absence or presence of diffusion restriction of water. For both intraobserver and interobserver agreement of ADC measurements, proportionate Bland-Altman tests showed average percentage differences of less than 1.5% and 95% CI of less than 18% for all sites evaluated. Our data demonstrate that DW-MRI evaluation of the fetal brain in TTTS is feasible and reproducible.

Dependence of the crossover exponent with the diffusion rate in the generalized contact process model

We study how the crossover exponent, phi, between the directed percolation (DP) and compact directed percolation (CDP) behaves as a function of the diffusion rate in a model that generalizes the contact process. Our conclusions are based in results pointed by perturbative series expansions and numerical simulations, and are consistent with a value phi = 2 for finite diffusion rates and phi = 1 in the limit of infinite diffusion rate.

Reaction-diffusion stochastic lattice model for a predator-prey system

We have the purpose of analyzing the effect of explicit diffusion processes in a predator-prey stochastic lattice model. More precisely we wish to investigate the possible effects due to diffusion upon the thresholds of coexistence of species, i. e., the possible changes in the transition between the active state and the absorbing state devoid of predators. To accomplish this task we have performed time dependent simulations and dynamic mean-field approximations. Our results indicate that the diffusive process can enhance the species coexistence.

Evaluation of the diffusion capacity of calcium hydroxide pastes through the dentinal tubules

This study aimed to evaluate the diffusion capacity of calcium hydroxide pastes with different vehicles through dentinal tubules. The study was conducted on 60 extracted single-rooted human teeth whose crowns had been removed. The root canals were instrumented and divided into 4 groups according to the vehicle of the calcium hydroxide paste: Group I - distilled water; Group II - propylene glycol; Group III - 0.2% chlorhexidine; Group IV - 2% chlorhexidine. After placement of the root canal dressings, the teeth were sealed and placed in flasks containing deionized water. After 1, 2, 7, 15, 30, 45 and 60 days, the pH of the water was measured to determine the diffusion of calcium hydroxide through the dentinal tubules. The data were recorded and statistically compared by the Tukey test. The results showed that all pastes presented a similar diffusion capacity through dentin. Group IV did not present difference compared to group I. Group II presented difference compared to the other groups, as did Group III. In conclusion, groups I and IV presented a better diffusion capacity through dentin than groups II and III; 2% chlorhexidine can be used as a vehicle in calcium hydroxide pastes.

Anomalous diffusion in non-Markovian walks having amnestically induced persistence

We report numerically and analytically estimated values for the Hurst exponent for a recently proposed non-Markovian walk characterized by amnestically induced persistence. These results are consistent with earlier studies showing that log-periodic oscillations arise only for large memory losses of the recent past. We also report numerical estimates of the Hurst exponent for non-Markovian walks with diluted memory. Finally, we study walks with a fractal memory of the past for a Thue-Morse and Fibonacci memory patterns. These results are interpreted and discussed in the context of the necessary and sufficient conditions for the central limit theorem to hold.

Artificial Lighting as a Vector Attractant and Cause of Disease Diffusion

BACKGROUND: Traditionally, epidemiologists have considered electrification to be a positive factor. In fact, electrification and plumbing are typical initiatives that represent the integration of an isolated population into modern society, ensuring the control of pathogens and promoting public health. Nonetheless, electrification is always accompanied by night lighting that attracts insect vectors and changes people's behavior. Although this may lead to new modes of infection and increased transmission of insect-borne diseases, epidemiologists rarely consider the role of night lighting in their surveys. OBJECTIVE: We reviewed the epidemiological evidence concerning the role of lighting in the spread of vector-borne diseases to encourage other researchers to consider it in future studies. DISCUSSION: We present three infectious vector-borne diseases-Chagas, leishmaniasis, and malaria-and discuss evidence that suggests that the use of artificial lighting results in behavioral changes among human populations and changes in the prevalence of vector species and in the modes of transmission. CONCLUSION: Despite a surprising lack of studies, existing evidence supports our hypothesis that artificial lighting leads to a higher risk of infection from vector-borne diseases. We believe that this is related not only to the simple attraction of traditional vectors to light sources but also to changes in the behavior of both humans and insects that result in new modes of disease transmission. Considering the ongoing expansion of night lighting in developing countries, additional research on this subject is urgently needed.

Diffusion anomaly and dynamic transitions in the Bell-Lavis water model

In this paper we investigate the dynamic properties of the minimal Bell-Lavis (BL) water model and their relation to the thermodynamic anomalies. The BL model is defined on a triangular lattice in which water molecules are represented by particles with three symmetric bonding arms interacting through van der Waals and hydrogen bonds. We have studied the model diffusivity in different regions of the phase diagram through Monte Carlo simulations. Our results show that the model displays a region of anomalous diffusion which lies inside the region of anomalous density, englobed by the line of temperatures of maximum density. Further, we have found that the diffusivity undergoes a dynamic transition which may be classified as fragile-to-strong transition at the critical line only at low pressures. At higher densities, no dynamic transition is seen on crossing the critical line. Thus evidence from this study is that relation of dynamic transitions to criticality may be discarded. (C) 2010 American Institute of Physics. [doi:10.1063/1.3479001]

Mechanism of point-defect diffusion in a two-dimensional colloidal crystal

The dynamics and mechanism of migration of a vacancy point defect in a two-dimensional (2D) colloidal crystal are studied using numerical simulations. We find that the migration of a vacancy is always realized by topology switching between its different configurations. From the temperature dependence of the topology switch frequencies, we obtain the activation energies for possible topology transitions associated with the vacancy diffusion in the 2D crystal. (C) 2011 American Institute of Physics. [doi:10.1063/1.3615287]

State protection under collective damping and diffusion

In this paper we provide a recipe for state protection in a network of oscillators under collective damping and diffusion. Our strategy is to manipulate the network topology, i.e., the way the oscillators are coupled together, the strength of their couplings, and their natural frequencies, in order to create a relaxation-diffusion-free channel. This protected channel defines a decoherence-free subspace (DFS) for nonzero-temperature reservoirs. Our development also furnishes an alternative approach to build up DFSs that offers two advantages over the conventional method: it enables the derivation of all the network-protected states at once, and also reveals, through the network normal modes, the mechanism behind the emergence of these protected domains.

An opinion dynamics model for the diffusion of innovations

We study the dynamics of the adoption of new products by agents with continuous opinions and discrete actions (CODA). The model is such that the refusal in adopting a new idea or product is increasingly weighted by neighbor agents as evidence against the product. Under these rules, we study the distribution of adoption times and the final proportion of adopters in the population. We compare the cases where initial adopters are clustered to the case where they are randomly scattered around the social network and investigate small world effects on the final proportion of adopters. The model predicts a fat tailed distribution for late adopters which is verified by empirical data. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Generic hyperbolicity of stationary solutions for a reaction-diffusion system

In this paper, we study the generic hyperbolicity of equilibria of a reaction-diffusion system with respect to nonlinear terms in the set of C(2)-functions equipped with the Whitney Topology. To accomplish this, we combine Baire`s Lemma and the usual Transversality Theorem. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.