Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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L'Organisation Mondiale de la Santé définit l'infertilité comme une maladie et un échec de l'appareil reproducteur à parvenir à une grossesse après 12 mois ou plus de rapports sexuels réguliers non protégés. De nos jours, l'infertilité est devenue un phénomène commun affectant 1 couple en âge de procréer sur 5. Une origine idiopathique est le plus souvent associée à un système immunitaire actif qui pourrait produire des niveaux élevés d'anticorps anti-liquide séminal ou anti-sperme. L'auto-immunisation, aussi bien que l'iso-immunisation, joue un rôle significatif dans jusqu'à 30% des cas signalés. Le liquide séminal, qui est défini comme un fluide complexe contenant le sperme, les vésicules cellulaires et autres cellules et composantes, pourraient immuniser l'appareil génital féminin. Cette thèse est liée à l'infertilité féminine immune, en particulier à l'iso-immunisation féminine. Une meilleure compréhension de cette manifestation physiopathologique consiste en (1) la détermination des isotypes d'anticorps jouant un rôle significatif dans cette maladie, puis en (2) la caractérisation et l'identification des antigènes de liquide séminal ou de sperme reconnus par ces anticorps, (3) la proposition de marqueurs diagnostiques potentiels afin d'adapter des thérapies spécifiques, et, en outre, la conception d'un outil de diagnostic miniaturisé basé sur les marqueurs sélectionnés, (4) la suggestion d'une éventuelle immuno-intervention. En se fondant sur la distribution des isotypes d'anticorps spécifiques au liquide séminal/sperme, nous suggérons que les immunoglobulines E, M, A1,2, et G3 ne sont pas impliquées dans la sensibilisation physiopathologique chez les femmes. Les IgG4, semblent constituer la sous classe majeure interagissant avec les protéines de sperme. A l’inverse, les IgG1 semblent être principalement impliquées dans la réactivité vis-à-vis des protéines séminales. Nous avons également élargi le groupe déjà existant d’IgGs liés aux protéines de sperme à d’autres protéines, parmi lesquelles la protéine de choc thermique 70 1A/1B, la protéine apparentée aux protéines de choc thermique 71kDa et l’alpha-énolase ont été reconnues, pour la première fois, être liés à l’iso-immunisation féminine. Nous avons mis en évidence le rôle des protéines séminales dans l’iso-immunisation et pas seulement dans l’hypersensibilité au sperme par l’intermédiaire d’IgE. En particulier, l’antigène spécifique de la prostate, la phosphatase acide prostatique et la protéine à doigt de zinc 778 ont été décrites comme immuno-dominants parmi les protéines séminales reconnues par des IgGs liés aux protéines de sperme. La détermination des sous classes d’IgG de sérum féminin, spécifiques au liquide séminal/sperme, pourrait rendre le diagnostic des patients plus complet. Les IgG1 et IgG4 anti-liquide séminal/sperme pourraient présenter un intérêt pour l’immunothérapie. Par ailleurs, les protéines décrites, dans notre étude, pourraient se révéler être des bio marqueurs utiles pour de telles pathologies. Le dispositif miniaturisé pourrait être de type LFIA (Lateral Flow Immuno Assay), se basant sur la détection immuno-chimique d’anticorps spécifiques. L’immuno-intervention envisagée pourrait reposer sur l’effet d’immunoglobulines intraveineuses. / The World health Organization reports infertility as a disease and a failure of reproductive tract to achieve pregnancy after 12 months or more of regular unprotected sexual intercourse. Nowadays, infertility has become a common life phenomenon affecting 1 out of 5 couples at reproductive age. Idiopathic cause is mostly associated with active immune system which may produce high levels of anti-seminal and/or anti-sperm antibodies. Auto-immunization as well as iso-immunization has a significant role in up to 30% of reported cases of infertility. Semen that is defined as a complex fluid containing sperm, cellular vesicles and other cells and components, could immunize the female genital tract. This thesis is related to female immune infertility, in particular to female iso-immunization. The better understanding of this pathophysiological event consists of (1) the determination of antibody isotype playing a significant role in this disease, then (2) the characterization and identification of semen antibody-binding proteins, seminal and/or sperm, (3) the proposal of potential diagnostic markers to adapt specific therapy and, in addition, the design of miniaturized diagnostic tool based on the selected markers, (4) the suggestion of potential immuno-intervention. Based on the distribution of seminal/sperm-specific antibody isotypes, we suggest that immunoglobulins E, M, A1,2, G3 are not involved in the primary pathophysiological female sensitization. IgG4 appears to be the major subclass interacting with sperm proteins. On a contrary, IgG1 seems to be the one mainly involved in the reactivity towards seminal proteins. We have also extended the existing group of IgG-binding sperm proteins, among which heat shock protein 70 1A/1B, heat shock cognate protein 71 kDa and alpha-enolase have been shown, for the first time, to be related to female iso-immunization. We have put the emphasis on the role of seminal proteins in iso-immunization and not only in the IgE-mediated semen hypersensitivity as known so far. In particular, prostate-specific antigen, prostatic acid phosphatase and zinc finger protein 778 have been determined as immunodominant among IgG-binding seminal proteins. The determination of female serum seminal/sperm-specific IgG subclasses could make the patient diagnoses more comprehensive. Anti-seminal/sperm IgG1,4 might be of interest for immunotherapy. Furthermore, the herein described proteins could be useful biomarkers of such pathology. The miniaturized chip could be a lateral flow immunoassay-based device acting on the immunochemical detection of specific antibodies. The intended immuno-intervention could consist of the effect of intravenous immunoglobulins.

Les investigations menées après attentat par les services de police technique et scientifique ont pour but d'identifier la composition de la charge explosive employée, mais la tâche peut se révéler particulièrement difficile d'un point de vue analytique. En effet, les résidus de charge explosive sont le plus souvent présents à l'état de traces dans des matrices variées et complexes, d'où la nécessité de disposer de protocoles analytiques performants et rapides. Ces travaux ont donc tout d'abord consisté à développer trois méthodes par électrophorèse capillaire pour l'analyse (i) d'anions inorganiques avec un électrolyte de forte force ionique à base de chromate, puis (ii) de cations inorganiques avec une capillaire modifié par une double couche et un électrolyte à base de guanidine, et enfin (iii) d'anions et de cations inorganiques simultanément qui sont spécifiques à l'analyse des résidus récoltés après explosion d'un mélange acide-aluminium. La seconde partie de ce travail a été dédiée à l'analyse par électrophorèse capillaire de carbohydrates, composés pouvant entrer dans la composition de charges explosives artisanales. Un électrolyte de séparation très alcalin, à base de soude, a permis de séparer, mais aussi de détecter les carbohydrates via une réaction photochimique se déroulant lors du passage des analytes dans la fenêtre du détecteur, l'espèce détectée étant selon nos hypothèses sous la forme de malonaldéhyde ou d'un composé voisin. Une séparation en moins de 20 min de neuf carbohydrates a été finalement optimisée à l'aide d'une approche multivariée et d'une analyse de désirabilité. Cette méthode a été validée et appliquée notamment à des analyses d'échantillons récoltés après une simulation d'attaque suicide. Enfin, le développement d'une méthode d'analyse de l'eau oxygénée, grâce à sa complexation avec les ions borate, a été réalisé. Ce composé entre dans la composition d'explosifs à base de peroxyde et son analyse ouvre des perspectives intéressantes pour l'analyse des explosifs à base de peroxydes par électrophorèse capillaire. Toutes les méthodes, ainsi développées, ont été validées et appliquées avec succès à des échantillons réels. L'électrophorèse capillaire apparaît alors comme une technique de grand intérêt, complémentaire de la chromatographie ionique ou de la chromatographie sur couche mince.

La première partie de ma thèse porte sur la modélisation de la dénaturation de l'ADN. J'ai tout d'abord utilisé le modèle statistique de Poland-Scheraga pour montrer que, lors de l'électrophorèse 2D, on peut prédire les positions finales des fragments avec une précision meilleure que l'incertitude expérimentale. J'ai ensuite amélioré un modèle dynamique développé dans l'équipe en variant ses paramètres pour obtenir un meilleur accord avec des résultats expérimentaux nouveaux, tels la dénaturation mécanique, l'évolution de la température critique avec la longueur de la séquence, et la résolution en température. Dans la seconde partie de ce travail, je propose un modèle qui décrit les interactions non-spécifiques entre l'ADN et les protéines. Ce modèle est basé sur une description "billes et ressorts" déjà existante de l'ADN, qui inclut des interactions d'élongation, de pliage et électrostatiques, alors que je décris les interactions entre l'ADN et la protéine par des énergies électrostatiques et de volume exclu. Pour la protéine, j'ai tout d'abord considéré une simple bille, puis un réseau de treize billes interconnectées. J'ai étudié la dynamique de ce modèle en utilisant un algorithme de dynamique brownienne qui tient compte des interactions hydrodynamiques et montré qu'il donne des résultats en bon accord avec les expériences. J'ai par exemple observé que la protéine visite bien les différents sites de l'ADN par une succession de diffusion 3D et de glissement 1D le long de l'ADN. J'ai également montré que ce processus, appelé facilitated diffusion, ne peut pas accélérer beaucoup la vitesse de recherche de la protéine, contrairement à ce qui est parfois soutenu.

La compréhension des mécanismes de transport et du comportement des radionucléides dans la biogéosphère sont nécessaires à l'évaluation des risques sanitaires et environnementaux de l'industrie nucléaire. Ces mécanismes sont contrôlés par la spéciation des radioéléments, c'est-à-dire leur répartition entre leurs différentes formes physico-chimiques dans l'environnement. Dans cette optique, cette thèse traite de la spéciation de l'uranium en milieu naturel. La biogéochimie de l'uranium a fait l'objet d'une synthèse bibliographique détaillée, qui a permis de restreindre le sujet à la complexation de l'uranium par l'acide oxalique, un acide organique hydrophile fréquemment rencontré dans les sols et doté de bonnes propriétés de complexation. L'établissement de diagrammes de spéciation à partir des constantes de complexation de la littérature a permis de définir les conditions analytiques de formation des complexes. Le choix de la technique analytique s'est porté sur le couplage d'une technique séparative (chromatographie liquide LC ou électrophorèse capillaire EC) à la spectrométrie de masse (ICPMS). La présence des complexes étudiés dans les échantillons synthétiques a été vérifiée par spectrophotométrie UV/visible. Les analyses menées par LC-ICPMS ont prouvé la labilité des complexes uranyle-acides organiques, c'est-à-dire leur propension à se dissocier pendant l'analyse, ce qui empêche une détermination fiable de la spéciation de l'uranium. En revanche, l'étude des complexes labiles d'un système métal-ligand par ECICPMS a été rendue possible par l'emploi de la méthode d'affinité, permettant de déterminer les constantes de complexations et les mobilités électrophorétiques. Cette thèse a permis de comparer les différentes méthodes de traitement mathématique de l'isotherme de complexation et de prendre en compte la force ionique et la concentration réelle du ligand. La méthode d'affinité a été employée avec succès sur les systèmes lanthane-oxalate, pris comme modèle, et uranyle-oxalate. Les résultats obtenus ont été validés sur un système naturel (site du Bouchet). Ceci montre l'apport de la méthode mise au point dans la modélisation de la spéciation de l'uranium.

Trois micro-systèmes ont été développés pour la détection des polluants dans l'environnement. Un système microfluidique basé sur l'extraction en phase solide et sur une détection fluorimétrique a été mis en point pour la détermination de traces de Pb2 + dans l'eau potable. Le mécanisme et la cinétique chimique de la complexation entre le senseur et le plomb ont été étudiés en détail. Un autre dispositif pour la détection des ions de métaux lourds est un capteur optofluidique basé sur une microcavité laser. Une grande attention est portée sur la recherche de matériaux efficaces pour élaborer la microcavité. Les copolymères biblocks ont été choisis dans notre étude. Le troisième dispositif est l'électrophorèse capillaire miniaturisée avec une détection électrochimique pour l'analyse des perturbateurs endocriniens (PE) dans les eaux usées. Tous ces dispositifs ont de bonnes performances et ils sont à la base de futures appareils miniaturisés pour l'analyse sur le terrain.

Cette étude expérimentale a consisté dans un premier temps en la caractérisation de la réactivité et des propriétés physico-chimiques de microparticules d'opales biogènes appelées phytolithes, pour plusieurs espèces de plantes terrestres provenant de milieux différents. Pour ce faire, une approche combinant plusieurs techniques complémentaires telles que, mesures de solubilité, cinétiques de dissolution, mesures électrophorétiques et titrages acido-basiques, a été menée sur ces phytolithes ce qui a permis de mieux quantifier le cycle biogéochimique du silicium (Si) à travers les plantes terrestres. Dans un second temps et afin de mieux contraindre ce cycle biogéochimique, cette étude a aussi porté sur les interactions de litières de plantes terrestres avec les solutions aqueuses en combinant cette fois des expériences de dégradation de litières dans des réacteurs fermés et dans des réacteurs à circulation. Les résultats démontrent une très forte réactivité des phytolithes et des litières de plantes vis-à-vis du relargage de Si, qui sont au minimum de un à deux ordres de grandeur plus élevés que les minéraux. La quantification du contrôle des phytolithes et des litières de plantes sur le relargage de Si à partir de ces réservoirs solides, démontre la possibilité d'un fort impact des plantes sur le cycle biogéochimique du silicium dans la plupart des environnements terrestres.

Les médicaments à base de substances naturelles telles que les plantes et les venins sont de plus en plus développés dans l’industrie pharmaceutique. Le contrôle qualité des matières premières ou teintures mères d’origine végétales ou animales, obligatoire dans un environnement BPF, est bien plus complexe que celui des petites molécules pharmaceutiques de synthèse. En effet, les substances responsables de l’activité thérapeutique recherchée sont souvent mal identifiées et on observe une variabilité qualitative et quantitative naturelle parfois importante, ce qui peut modifier de façon significative leur efficacité. Afin de s’assurer de l’homogénéité de chaque souche reçue, il est demandé, entre autre, de développer des méthodes de contrôle analytique permettant d’obtenir un « profil ou empreinte » analytique de la souche considérée, assimilable à une « carte d’identité » qui servira de référence pour le contrôle des lots utilisés en production. L’empreinte analytique (spectre, chromatogramme, électrophérogramme …) devra permettre une séparation la plus complète possible de l’ensemble des composés présents dans la souche considérée tout en tenant compte de sa « variabilité naturelle » afin d’assurer un contrôle qualitatif et semi-quantitatif.L’étude présentée a consisté à développer une approche analytique originale, combinant électrophorèse capillaire et chimiométrie, afin d’établir des profils électrophorétiques spécifiques («fingerprint») permettant d’effectuer le contrôle qualité de souches brutes de venins de serpents utilisés en thérapeutique. Les venins de serpent sont des mélanges complexes de peptides et de protéines, de plus en plus utilisés dans la conception de nouveaux médicaments. Comme toutes les substances naturelles, la composition des venins de serpents est sujette à une variabilité intra et inter individus relativement importante. De fait, la qualité de la matière première pour la production de médicament devient un challenge. Dans cette étude, l’électrophorèse capillaire s’est révélée comme une technique efficace pour la séparation des divers constituants composant les souches brutes de venins de serpent et l’obtention de leurs empreintes analytiques. L’étude a porté sur 4 venins de serpent, Lachesis muta, Bothrops lanceolatus, Vipera aspis aspis, Naja naja qui sont parmi les plus utilisés en thérapeutique. Une approche chimiométrique a alors été développée afin de tenir compte de variabilité qualitative et quantitative observée entre différents lots. Cette approche originale nous a permis d’extraire les pics d’intérêts (i.e. présents dans chaque lot d’un même venin) et d’établir une empreinte analytique de référence avec des seuils de conformité quantitatifs. / Although the therapeutic potential of natural substances is known for thousands of years in traditional medicine, it knows an increasing renewed interest in modern pharmaceutical industry as being an inexhaustible source of therapeutic active substances for various diseases.However, the quality control of these products, which is necessary to obtain reproducible biological activities and new commercial approvals, remains a great analytical challenge. Indeed, natural substances show a myriad of biological activities that can result from a specific or synergistic effects of many different components and this information remains still mostly unknown. Furthermore, because they are derived from living organisms and hence are affected by biotic and abiotic factors, it is extremely difficult to ensure a constant qualitative and quantitative composition for these natural substances among different batches. Consequently, there is a need to develop analytical strategies able to assess the “sameness” of natural productions that is analytical strategies able to assess required similarity between different batches by integrating acceptable qualitative and quantitative variations.To achieve this, the concept of analytical fingerprint has become more and more popular and is now starting to be accepted by regulatory authorities such as the FDA. This so-called “pattern-approach” aims at: (i) gaining effective and stable information about common features of a given strain (ii) evaluating similarity and difference with chemometric methods.If this concept has been quite largely studied for the quality assessment of herbal medicines, it is very still very little developed for animal active substances like snake venoms, which are of increasing interest in therapeutic research due to their rich composition in peptides and proteins. The routine quality control of venom raw substances is still often limited to a single gel electrophoresis which is clearly insufficient in terms of components resolution to achieve similarity-/dissimilarity between strains.MethodsIn this context, we have developed an original analytical fingerprint strategy that combines capillary electrophoresis and chemometrics. CE is a particularly well suited technique for peptides/proteins separation allowing to obtain complex specific fingerprints. Batches of different snake venoms have been analyzed with many replicates. All electropherograms have been processed using several chemometrics approaches (baseline correction, signals alignment, automatic recognition of common peaks …) to obtain a representative analytical trace that can be used for the quality assessment of different production lots.ResultsWe show that CE is a very well adapted method to produce highly specific and repeatable analytical profiles of different venom strains. Chemometric methods applied are very efficient to produce an average fingerprint for each strain that integrates features common to all batches and define acceptable variations in quantitative composition. Similarity/dissimilarity of different batches can then be assessed in an automatic manner.ConclusionAll presented results show the efficacy of CE combined with chemometrics to assess the quality of snake venom raw substances. It can be easily implemented in industrial quality control. This strategy can be implemented in future for other type of therapeutic substances of animal origin.

Les objectifs de cette étude sont de caractériser des altérations des qualités sensorielles et technologiques de la viande de dinde et de mettre en relation ces altérations avec les caractéristiques des protéines musculaires. Nous avons, tout d'abord, sélectionné des muscles Pectoralis major (PM) de dindes en fonction de leur couleur. Les propriétés sensorielles et technologiques de la viande ne diffèrent jamais entre le groupe ayant une couleur « normale » et le groupe ayant une couleur « pâle » (expérience couleur). Dans un deuxième temps, nous avons essayé d'analyser l'effet de la vitesse de chute du pH post mortem sur la qualité de la viande issue du PM de dinde. Cet effet a été mesuré avec différents types génétiques de dindes : des souches BUT9 (expériences BUT9.1 et BUT9.2) et BIG6 (expérience BIG6) comparées dans des conditions d'abattage commercial ou des souches BUT9 et Label Rouge (expérience Label) comparées en générant artificiellement le défaut PSE. Nos différentes expériences montrent que le pouvoir de rétention en eau et la texture de la viande sont diminués lorsque la glycolyse musculaire post mortem est accélérée. Par contre, la couleur de la viande est peu affectée. Nous avons aussi mis en évidence des altérations de protéines de structure (α-actinine), de protéines contractiles (actine et chaîne lourde de la myosine) et de protéines sarcoplasmiques (GAPDH, aldolase A, myokinase, ATP synthase et phosphorylase). Le type génétique des dindes ne semble pas être déterminant dans l'augmentation de l'apparition des défauts de qualité de viande.