Le virus de la rage appartient à l'ordre des Mononegavirales. Ces virus sont enveloppés, et leur génome est<br />composé d'une seule molécule d'ARN de polarité négative. Dans le cas du virus de la rage, cet ARN encode<br />cinq protéines virales dont la nucléoprotéine (N) qui est fortement impliquée dans la réplication et la<br />transcription du virus. L'objectif de mon travail de thèse consistait à obtenir des informations structurales à<br />la meilleure résolution possible sur la nucléoprotéine (N) du virus de la rage, ceci afin de mieux comprendre<br />les mécanismes impliqués dans la multiplication virale. La nucléoprotéine existe sous deux formes : en<br />complexe « soluble » avec la phosphoprotéine (P), ou associée à l'ARN viral. Le complexe N-ARN viral est<br />la matrice utilisée par l'ARN-polymérase pour effectuer la transcription et la réplication. Il est possible de<br />produire de manière recombinante des complexes N-ARN en forme d'anneaux composés d'un nombre de<br />nucléoprotéines allant de 9 à 15 sous-unités par complexe. La mise au point d'une technique biochimique<br />pour purifier ces différentes espèces suivie d'études en microscopie électronique et en cristallographie aux<br />rayons X ont conduit à l'obtention d'un modèle atomique à une résolution de 3.5 Å. L'ultrastructure du<br />complexe dont la structure a été résolue est formée par l'association entre 11 nucléoprotéines et un brin<br />d'ARN de 99 bases. Il s'agit de la première structure de nucléoprotéine d'un virus à ARN négatif associée à<br />son substrat, l'ARN. Cette structure permet de constater que la nucléoprotéine séquestre étroitement l'ARN<br />limitant ainsi la formation d'ARN double brin et le protégeant de la réponse immunitaire innée. Pour devenir<br />accessible à la polymérase virale, l'ARN génomique du virus de la rage doit être dissocié localement de<br />quelques protomères de nucléoprotéine. Ce mode de fonctionnement spécifique existe probablement pour<br />d'autres virus comme celui de la rougeole, Ebola ou la grippe, responsables eux aussi de pathologies<br />humaines graves. La nucléoprotéine est une cible antivirale intéressante puisqu'elle n'existe qu'au sein des<br />virus.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

La détection de petites molécules est d'un grand intérêt dans les domaines pharmaceutique, environnemental, alimentaire et de la biologie clinique. Les aptamères, sélectionnés par la méthode SELEX (pour Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment), sont des oligonucléotides qui se lient à une cible donnée avec une affinité et une spécificité importantes. L'objectif de ce travail est d'établir de nouvelles méthodologies analytiques basées sur l'utilisation des aptamères pour la détection de petites molécules. Dans un premier temps, une méthodologie par électrophorèse capillaire, dérivée du concept de déplacement du brin complémentaire de l'aptamère, est décrite pour la détection simultanée de plusieurs analytes dans un seul capillaire. La deuxième étude se focalise sur le développement d'un aptacapteur colorimétrique simple, rapide et peu coûteux, qui utilise le concept général de protection enzymatique de l'aptamère et les nanoparticules d'or en tant que système de transduction. Enfin, deux méthodes par polarisation de fluorescence, basées sur le concept de déplacement (du brin complémentaire ou de l'aptamère lui-même), sont présentées afin d'accroitre les potentialités des aptacapteurs dédiés à la détection des petites molécules.

aLe sujet de la présente thèse nous a été suggéré par un fait déjà connu, à savoir que le passage d'un courant constant dans un tube en U contenant un monoacide fort entraîne l'apparition d'une zone frontière stable, se déplaçant avec une mobilité liée à celle de l'anion et séparant la colonne acide d'une couche d'eau cathodique d'épaisseur croissante. Il était donc logique de chercher à étudier les phénomènes d'électrophorèse sur un plan théorique et d'une manière aussi générale que possible en tenant compte des perturbations dues à la diffusion .Cette étude a été menée pour les électrolytes uni-univalents . Tous nos calculs sur ordinateur et toutes nos expériences montrent que la formation spontanée d'une zone frontière mobile s'éloignant d'une électrode s'accompagne toujours des deux caractéristiques suivantes : (1) Le champ existant au voisinage de cette frontière du côté de l'électrode est plus grand que celui qui règne dans la zone centrale du tube. (2) La mobilité de cette frontière peut être reliée à celle s des ions par un calcul traduisant un simple bilan matière. En conséquence et d'un point de vue pratique, on pourra prévoir la formation spontanée d'une zone frontière mobile et son déplacement par translation en calculant les champs susceptibles de régner de part et d'autre de la surface frontière hypothétique. Si le champ régnant du côté de l'électrode est le plus grand, la surface frontière existera et sa mobilité sera donnée par un simple bilan matière. Nous étudions actuellement l'extension de cette théorie aux polyacides, aux colloïdes, ... et plus généralement à tout corps "ionisable" dissout dans un solvant polaire quelconque. Sur un plan expérimental, nous cherchons d'abord à rendre la méthode des sondes plus précise. Afin de mesurer directement les concentrations ioniques et moléculaires le long du tube, nous travaillons aussi à adapter à notre problème diverses méthodes physiques d'analyse, en particulier la spectrophotométrie d'absorption moléculaire et le marquage radioactif des ions.

La détection de petites molécules est d'un grand intérêt dans les domaines pharmaceutique, environnemental, alimentaire et de la biologie clinique. Les aptamères, sélectionnés par la méthode SELEX (pour Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment), sont des oligonucléotides qui se lient à une cible donnée avec une affinité et une spécificité importantes. L'objectif de ce travail est d'établir de nouvelles méthodologies analytiques basées sur l'utilisation des aptamères pour la détection de petites molécules. Dans un premier temps, une méthodologie par électrophorèse capillaire, dérivée du concept de déplacement du brin complémentaire de l'aptamère, est décrite pour la détection simultanée de plusieurs analytes dans un seul capillaire. La deuxième étude se focalise sur le développement d'un aptacapteur colorimétrique simple, rapide et peu coûteux, qui utilise le concept général de protection enzymatique de l'aptamère et les nanoparticules d'or en tant que système de transduction. Enfin, deux méthodes par polarisation de fluorescence, basées sur le concept de déplacement (du brin complémentaire ou de l'aptamère lui-même), sont présentées afin d'accroitre les potentialités des aptacapteurs dédiés à la détection des petites molécules. / Small biomolecule detection is of great interest and importance in the pharmaceutical, environmental, food and clinical fields. Aptamers, selected by SELEX (Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment), are oligonucleotides that bind to a target with high affinity and specificity. The objective of the work is to establish novel methodologies of aptamer-based assays for the small biomolecule detection. In the first work, a rationalized capillary electrophoresis strategy, derived from the structure-switching aptamer concept, is described for the design of simultaneous detection of multiple analytes. The second work based on a gold nanoparticle colorimetric sensing strategy allows a rapid, label-free, homogeneous assay for small molecule using an aptamer enzymatic cleavage protection strategy. In the third work, two aptamer-based fluorescence polarization approaches, using the displacement concept, are described to improve the potentialities of the small molecule-dedicated aptasensors.

L’objectif de cette thèse est d’étudier les interactions entre polyélectrolytes (PE) de charges opposées par analyse frontale continue en électrophorèse capillaire (FACCE) et par titration calorimétrique isotherme (ITC), en fonction de la force ionique du milieu et des paramètres physico-chimiques relatifs aux deux partenaires (taux de charge chimique, masse molaire, ramification). Un copolymère statistique d’acrylamide et de 2-acrylamido-2-méthyl-propane sulfonate (PAMAMPS) de taux de charge variant entre 15% et 100% a été synthétisé et caractérisé pour cette étude. En tant que polycation modèle, la poly(L-lysine) a été retenue, sous sa forme linéaire (PLL) ou ramifiée / hyperbranchée (DGL). Des mesures par turbidimétrie ont permis d’étudier la stabilité des complexes de polyélectrolytes (PEC) en fonction de la force ionique du milieu. La détermination de la stœchiométrie des PEC par 1H-RMN a permis d’établir une règle générale pour prédire les stœchiométries de charge des PEC. Les paramètres thermodynamiques d’interactions (constantes et stœchiométries d’interaction, contribution entropique et enthalpique) ont été déterminés, par le tracé systématique des isothermes d’adsorption, en considérant le modèle d’interactions des sites indépendants de même énergie. Une dépendance linéaire entre le logarithme des constantes d’interactions et le logarithme de la force ionique a été observée. Cette dépendance en force ionique confirme le caractère entropique des interactions entre PE de charges opposées. Elle permet aussi de quantifier le nombre de contre-ions relargués lors de la formation du PEC. Cette quantité de contre-ions libérés a pu être comparée à la quantité totale de contre-ions condensés. Cette modélisation permet, en outre, de prédire les constantes d’interaction pour des taux de charge intermédiaires et à différentes forces ioniques. / The aim of this thesis is to study the interactions between oppositely charged polyelectrolytes (PE) by frontal analysis continuous capillary electrophoresis (FACCE) and isothermal titration calorimetry (ITC) as a function of the ionic strength of the medium and the physico-chemical properties related to the two partners (chemical charge density, molar mass, ramification). Statistical copolymers of acrylamide and 2-acrylamido-2-methyl-propane sulfonate (PAMAMPS) with chemical charge densities varying between 15% and 100% were synthesized and characterized for this study. Poly(L-lysine) under their linear (PLL) or ramified/hyperbranched (DGL) forms were used as model polycations. Turbidity measurements allowed the study of the stability of the polyelectrolyte complexes (PEC) as a function of the ionic strength of the medium. PEC charge stoichiometries were measured by 1H-NMR, and a general predictive rule that estimates the PEC charge stoichiometry was enounced. The thermodynamic binding parameters (binding constant, stoichiometry, enthalpic and entropic contributions) were determined, by systematically plotting the isotherms of adsorption, and using the model of independent and identical interacting sites. A linear dependence between the logarithm of the binding constants and the logarithm of the ionic strength was observed. This linear dependence confirmed the entropic character of the interactions between oppositely charged PE and allowed quantifying the number of released counter-ions that were compared to the total number of condensed counter-ions. Furthermore, this modelling allowed predicting the binding constants for intermediate chemical charge densities and at different ionic strengths.

Une des évolutions dans le domaine de l'analyse chimique concerne la miniaturisation des systèmes d'analyse. Cette tendance s'accompagne du développement de nouvelles approches expérimentales basées, par exemple, sur l'intégration de plusieurs étapes analytiques, couplées en ligne en système miniaturisé. Cette intégration, en ligne, d'étapes mettant en jeu des mécanismes de séparation différents et généralement orthogonaux, implique cependant d'être capable de définir des zones (segments de colonne vides et/ou remplis de phase stationnaire) présentant des chimies de surface adaptées. L'approche choisie pour la préparation de ces colonnes " multimodales ", repose sur (1) la synthèse d'un monolithe de silice poreux "générique " dans des tubes capillaires de quelques dizaines de microns de diamètre interne et (2) la modification de surface localisée dans le capillaire permettant d'apporter des propriétés de surface complémentaires. Dans le cadre de cette thèse, deux procédés de fonctionnalisation innovants, initiés par photochimie, ont été développés pour la préparation des colonnes multimodales miniaturisées : la photopolymérisation, basée sur des réactions de polymérisation radicalaire, et la " photoclick chemistry ", basée sur un greffage radicalaire contrôlé (et non plus une polymérisation). Un état de l'art de leur utilisation en sciences séparatives a été dressé pour chacun des procédés, afin de guider le choix des stratégies de greffage. Après une optimisation des conditions de greffage, les résultats présentés dans ce manuscrit montrent que ces procédés de fonctionnalisation sont rapides (fonctionnalisation en quelques minutes), efficaces, polyvalents (transposables à de multiples greffons) et localisables. Leurs potentiels respectifs dans la préparation des colonnes multimodales ont ensuite été démontrés pour la préconcentration/séparation en ligne de plusieurs composés. L'approche par " click chemistry " qui permet un meilleur contrôle du greffage, a été étendue au greffage de biomolécules pour la préparation de supports d'immunoaffinité. Ainsi, une colonne multimodale composée d'une première zone remplie de monolithe photogreffée avec des aptamères et une deuxième zone vide a été préparée pour la préconcentration/séparation électrocinétique en ligne de l'Ochratoxine A / Miniaturization of analytical processes is a general trend in analytical chemistry. Such trend is driven by the development of new experimental approaches based, for example, on hyphenated analytical steps or techniques. The in-line coupling of different and generally orthogonal/complementary separation mechanisms at the microscale, is dependent on the capability to define functional segments (open column segments and/or filled with stationary phase). Preparation of such "multimodal" capillary columns is based on (1) the in-capillary synthesis of a "generic" porous silica monolith and (2) on its localized chemical surface modification to define specific functional segments. Herein, two innovative photo-functionalization processes have been investigated for the preparation of multimodal miniaturized columns. The former, called photopolymerization is based on acrylate free radical polymerization reactions while the latter, called photografting, implements the thiol-ene "photoclick chemistry" reaction. These photo-initiated processes, after optimization, prove to be rapid (within few minutes), versatile (adapted to the grafting of various monomers) and localizable. Photopolymerization of acrylate monomers on activated silica monolith (using ?-methacryloxypropyltrimethoxysilane) gives rise to highly retentive columns due to the polymeric nature of the layer obtained. Photografting of octadecanethiol on vinylized silica columns leads to monolayer-like coating. The preparation of dedicated multimodal columns using such approaches was then successfully applied to the in-line preconcentration / separation of neuropeptides and preconcentration / fractionation of various neutral and charged compounds. The "click chemistry" approach which allows a better control of the reaction, has been extended to the grafting of biomolecules for the preparation of immunoaffinity supports. Thus, a multimodal column composed a 1-cm length aptamer-functionalized monolith at the entrance of a CZE open capillary has been prepared and successfully applied to the in-line preconcentration/electrokinetic separation of Ochratoxin A in white wine and beer

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des contaminants de notre environnement et de notre alimentation. En raison de leur toxicité, la Commission européenne a réglementé leur teneur dans les denrées alimentaires et notamment dans les huiles. Les industriels des corps gras ont donc pour obligation de vérifier la conformité de leurs produits. Dans ce contexte, le groupe Lesieur souhaiterait développer un nouvel outil analytique rapide et portable. Ainsi, ce vaste projet de recherche vise à concevoir un microsystème électrophorétique capable d'analyser les HAP dans les huiles alimentaires. Première étude à s'inscrire dans ce projet, ce travail de thèse a donc consisté à développer de nouveaux protocoles analytiques. Dans une première partie, des méthodes de séparation des HAP ont été développées en électrophorèse capillaire (CE) modifiée par des cyclodextrines couplée à un détecteur de fluorescence induite par laser. En suivant des stratégies multivariées basées sur les plans d'expériences, deux méthodes de séparation ont été optimisées. Les huit HAP communs aux listes établies par l'agence de protection de l'environnement des Etats-Unis et l'agence européenne de sécurité sanitaire des aliments ont été séparés en moins de 7 min et dix-neuf HAP, également classés par ces deux organismes, ont été analysés en moins de 18 min. Ces méthodes de séparation ont été appliquées avec succès à des extraits d'huile dopés. Dans une deuxième partie, il a été question de transférer la méthode d'analyse des huit HAP au format microsystèmes. La principale difficulté rencontrée a été le manque de sensibilité du système de détection couplé aux puces. Le premier objectif a donc été d'optimiser les quantités d'échantillon injectées et les paramètres de la détection avec un composé modèle dans un tampon borate. Cependant, seulement quatre HAP sur les dix-neuf étudiés précédemment en CE ont pu être détectés. Toutefois, dans les conditions optimisées par le plan d'expériences, ils étaient séparés en moins de 4 min. Enfin, différents polymères à empreintes moléculaires (MIP) ont été synthétisés en vue d'extraire sélectivement les HAP des huiles. Après un criblage des conditions de synthèse, la sélectivité de chaque MIP a été évaluée en milieu pur en comparant sa capacité de rétention avec celle d'un polymère non-imprimé. Les huit HAP communs aux deux listes ont finalement pu être extraits sélectivement à partir d'huiles de tournesol, mais avec des rendements d'extraction encore insuffisants et qui nécessitent une amélioration de la procédure d'extraction. / Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are widespread contaminants in the environment and food products. Given their toxicity, their concentrations are regulated by the European Commission in food products and especially in edible oils. Consequently, manufacturers of fat products have to verify the conformity of their products. In this context, Lesieur wants to develop a rapid and portable new analytical tool. Hence, this ambitious research project aims at developing a capillary electrophoresis microchip for PAH analysis in edible oils. This PhD study, first one involved in this project, consisted in developing new analytical protocols.In a first part, PAH separation methods were developed by cyclodextrin-modified capillary electrophoresis (CE) with laser-induced fluorescence detection. Using experimental design-based strategies, two separation methods were optimized. The 8 PAHs in common between the United States Environmental Protection Agency and the European Food Safety Authority lists of priority pollutants were separated in less than 7 min, while 19 PAHs, also targeted by these institutions, were separated in less than 18 min. These CE separation methods were successfully applied to the analysis of spiked edible oil extracts.The second part aimed at transferring the electrophoretic separation method of the 8 PAHs from the capillary to the microsystem format. The lack of sensitivity of the detection system hyphenated with chips was the main difficulty encountered. Thus, injected sample amounts and detection parameters were first optimized with a model compound in a borate buffer. However, only 4 out of the 19 PAHs, previously studied in CE, could be detected. Nevertheless, under conditions predicted by the design of experiments, they were baseline resolved in less than 4 min.Finally, several molecularly imprinted polymers (MIPs) were synthesized for the selective extraction of PAHs from oils. After a screening of synthesis conditions, the selectivity of each MIP was evaluated in pure media by comparing the extraction recoveries obtained on MIP with those obtained on a non-imprinted polymer. Finally, the 8 PAHs in common between the two lists were selectively extracted from sunflower oils, but with low recoveries. Improvements in extraction procedures are still required.

Au cours de ce travail, nous avons mis au point une nouvelle interface CE/MALDI-MS automatisée, équipée d’une cellule UV/visible déportée, et d’une distribution automatique de matrice intégrée. Ce nouveau système a été évalué sur des mélanges différents de protéines entières, de digestats de protéines et d’anticorps monoclonaux (mAbs). Les résultats obtenus lors de cette évaluation ont montré la complémentarité de la nouvelle interface avec les systèmes analytiques classiques. De plus, nous avons montré la première séparation et analyse de mAbs entier par CE/MALDI-MS. Dans un second travail, la nouvelle interface a été utilisée pour effectuer la première analyse Top Down de proteine entière et de mAbs par collecte et enrichissement de fraction. Cette stratégie a montré la répétabilité du système permettant de séparer des analytes d’intérêt et d’enrichir les dépôts MALDI jusqu'à de très hautes quantités d’analytes permettant l’obtention de spectre Top Down. Au cours du troisième travail, le nouveau système CE/MALDI-MS a été utilisé dans une stratégie originale à 2 dimensions de séparation et de collecte d’isoformes de mAbs entiers ou partiellement digérés suivi d’infusions et analyses à l’aide du nanosprayer CESI. Pour cela, nous avons mis au point des conditions électrophorétiques dit « asymétriques » séparant les mAbs dans des conditions très salées mais collectés dans un milieu compatible avec l’ESI-MS. Cette stratégie inédite a permis d’effectuer la première séparation et caractérisation de mAbs par CE-MS. Parallèlement, nous avons mis au point le premier dosage plasmatique d’ITPP par MALDI-TOF MS et surtout la création de CEToolbox, une application Androïd gratuite pour smartphone et tablette permettant le calcul des principales grandeurs mathématiques pour la caractérisation et l’optimisation des séparations par électrophorèse capillaire. / In this work, we developed a new interface CE/MALDI-MS automated, equipped with a UV/visible cell remote, and integrated automatic distribution of matrix. This new system has been evaluated on different mixtures of intact protein, digested protein and monoclonal antibodies (mAbs). The results obtained during this evaluation showed the complementarity of the new interface with conventional analytical systems. Furthermore, we have shown the first separation and analysis of mAbs by CE/MALDI-MS. In a second work, the new interface was used to perform the first Top Down analysis for intact protein and mAbs by fraction collection and enrichment. This strategy has shown the repeatability of the system for separating analytes and the enrichissment the MALDI deposits up to very high amounts compatible for Top Down approach. In the third work, the new system CE/MALDI-MS has been used in an original 2-dimensional strategy of separating and collecting intact mAbs isoforms or partially digested followed by infusions and analyzes with CESI nanosprayer. For this, we have developed electrophoretic condition so-called "asymmetric" allowing the separation of mAbs under very salty conditions but collected in a totally compatible solution with ESI-MS. This novel strategy allowed for the first separation and characterization of mAbs by CE-MS. Meanwhile, we have developed the first plasma level of ITPP by MALDI-TOF-MS and particularly the creation of CEToolbox as a Free Android application for smartphone and tablet enabling the calculation of the main mathematical quantities for characterization and optimization of CE separations.