Les stéroïdes anabolisants androgènes peu acides ou basiques ne permettent pas d’obtenir des signaux importants lors de leur analyse par spectrométrie de masse électrospray (ESI-MS), rendant ainsi leur détection compliquée par l’utilisation de cette technique. Bien que certains stéroïdes puissent être analysés de manière adéquate avec des méthodes d’analyse antidopage classiques comme la chromatographie en phase gazeuse (GC) couplée à la MS avec une source d’ionisation électronique (EI), il reste un besoin pour le développement d’une méthode qui soit capable de détecter efficacement les composés plus difficiles, c’est-à-dire ceux qui sont moins susceptibles de s’ioniser en ESI. Pour résoudre ce problème l’approche envisagée se base sur l’addition d’anions (sous forme de sel d’ammonium) à des stéroïdes anabolisants comme principe pour le développement d’une méthode analytique de détection de ces composés. Il a été confirmé que les limites de détection instrumentales obtenues avec ces anions sont plus basses qu’en comparaison des mêmes analyses sans additif en ESI positif ou négatif. Les étapes de développement de cette méthode basée sur la chromatographie en phase liquide (LC) couplée à la MS en tandem sont également présentées. Les résultats obtenus sur des échantillons en matrice urinaire démontrent que l’attachement anionique apporte une nouvelle approche prometteuse pour la détection des stéroïdes en contrôle antidopage. De plus, des expériences sur des stéroïdes bifonctionnels comme la 5-α-pregnan-3α,20β-diol ou la d4-17,21,21,21-pregnenolone réduite ont permis de mieux appréhender les facteurs qui permettent que l’attachement préférentiel d’un anion donné puisse se faire sur une région spécifique de la molécule, i.e. que l’attachement anionique soit « régiosélectif ». La fragmentation des adduits anioniques de stéroïdes bifonctionnels en MS en tandem a montré des voies de décomposition produisant des ions produits caractéristiques de chaque anion. La détermination d’acidités en phase gazeuse obtenues par des calculs de chimie théorique a également permis d’apporter une nouvelle lumière sur le comportement des adduits anion-stéroïde. / Androgenic anabolic steroids that are neither acidic or basic do not provide strong signals for their analysis by electrospray mass spectrometry (ESI-MS), making their detection difficult with the use of this technique. Although some steroids can be adequately analysed by standard antidoping analytical methods, such as gas-phase chromatography mass spectrometry (GC-MS) with an electron ionization source (EI), there is nonetheless a need for the development of the method that could efficiently detect more difficult compounds, i.e. the least likely to ionize by ESI. In order to solve this problem, the chosen approach is based on addition of anions (found as ammonium salts) to anabolic steroids as principle for the development of an analytical method for the detection of those compounds. It was confirmed that the instrumental limits of detection obtained with the anions were lower compared to the same analyses without additive in positive or negative ESI. The steps for this method development based on liquid-phase chromatography tandem mass spectrometry (LC-MS) are also presented. The results obtained on samples in urine matrice have shown that anion attachment brings a new promising approach for steroid detection in antidoping control. Furthermore, experiments on bifonctionnal steroids such as 5-α-pregnan-3α,20β-diol or reducted d4-17,21,21,21-pregnenolone have brought light on the factors that dictate preferential attachment of a given anion.

Les nanoparticules (NP) magnétiques ont potentiellement de nombreux débouchés technologiques notamment en oncologie, dans la confection d’aimants permanents ou pour le stockage informatique à très haute densité. Cependant, leurs propriétés magnétiques sont aujourd’hui mal connues car les techniques de caractérisation existantes ne sont pas assez performantes. Une technique prometteuse offrant la possibilité de mesurer précisément les propriétés magnétiques d’une NP unique est le résonateur mécanique à nanotube de carbone (RMNC). L’enjeu de ma thèse a été de développer une technique pour déposer une NP magnétique unique sur un RMNC. Nous avons menés en parallèle l’étude de deux techniques, le NAnoscale DIspensing System (NADIS®) et l’électrospray. Les différentes expériences menées m’ont permis de contrôler le dépôt de NP unique de polystyrène avec NADIS et de NP uniques de Fe et FeCo d’une dizaine de nanomètre avec l’électrospray sur une surface vierge. Ceci m’a permis de valider la faisabilité de déposer une NP unique sur un RMNC. / Magnetic nanoparticles have potentially many technology opportunities including oncology, manufacture of permanent magnets or computer storage at very high density. However, their magnetics properties are not well known today because the existing characterization techniques are not enough efficient. A promising technique offering the ability to accurately measure the magnetic properties of a single NP is the carbon nanotube mechanical resonator (CNMR). The challenge of my PhD has been to develop a technique for depositing a single magnetic NP on CNMR. We study two techniques in parallel, Nanoscale Dispensing System (NADIS®) and electrospray. The different experiences led have allowed me to control the deposition of a single polystyrene NP with NADIS and unique Fe and FeCo NP of ten nanometers with electrospray onto a free surface. This allowed me to validate the feasibility of depositing a single NP on a CNMR.

La thèse a porté sur l'étude de peptides et d'oligonucléotides par fragmentation dans la source électrospray d'un Quattro II (Micromass). L'instrument a d'abord été évalué en mode positif avec des peptides thioester modèles puis en mode négatif avec des oligodésoxynucléotides bromés dont la fragmentation de la base modifiée permet sa localisation dans la séquence. La fragmentation de peptides acétal et diol (aldéhyde hydraté) conduit à un même ion final cyclique. L'hydratation de peptides aldéhyde a été étudiée en solution par RMN et en phase gazeuse par fragmentation dans la source. Les informations issues de ce travail ont permis une meilleure compréhension du mécanisme de la réaction d'oximation.

La présence de contaminants métalliques dans les produits pétroliers engendre des effets indésirables, comme la dégradation de leur stabilité au stockage. Pour limiter ces perturbations, des additifs sont incorporés aux produits pétroliers dans le but de complexer les cations métalliques en solution. Le sujet de la thèse porte sur le développement d’une méthodologie pour étudier les interactions non covalentes dans une matrice hydrocarburée par spectrométrie de masse électrospray (ESI-MS). Plusieurs approches ont été utilisées pour comparer le pouvoir complexant de différentes molécules vis-à-vis des métaux ciblés, puis identifier les structures chimiques les plus efficaces pour inhiber l’action catalytique des contaminants. Ces travaux mettent en évidence l’apport de l’ESI-MS comme outil de présélection d’additifs, moins coûteux et chronophage que les méthodes actuelles de screening. / The contamination of petroleum products by metallic compounds leads to adverse effects, as the degradation of their stability under storage. To prevent these phenomena, specific molecules are added to petroleum products in order to complex metallic cations in solution. This work focus on the development of an electrospray mass spectrometry (ESI-MS) method to study non covalent interactions in a hydrocarbon medium. Several approaches were employed to compare the complexing ability of different molecules towards targeted metals, then to identify the most efficient chemical structures to inhibit the catalytic action of contaminants. Results highlight the contribution of ESI-MS as a screening tool, less expensive and time-consuming than the methods currently used.

Les substances synthétisées par les bactéries du genre Bacillus présentent un grand intérêt en raison de leurs nombreuses activités antimicrobiennes. L’objectif de ce travail a consisté à mettre au point un protocole analytique fiable pour extraire ces substances, et les caractériser par spectrométrie de masse et par leurs activités biologiques. Une première approche par spectrométrie de masse MALDI-ToF ne nous a pas donné de résultats satisfaisants en raison d’un phénomène de suppression spectrale. Une seconde stratégie d’étude combinant deux techniques analytiques a alors été envisagée. Les composés et les familles lipopeptidiques ont d’abord été séparés par chromatographie liquide analytique et analysés en ligne en mode de couplage ESI-IT. Ensuite les fractions collectées ont été caractérisées par spectrométrie de masse MALDI-Q-ToF (et ESI-Q-ToF) pour déterminer les masses exactes et obtenir des spectres de fragmentation complémentaires des premiers. Ce procédé nous a permis d’établir des critères d’identification des composés et des familles de lipopeptides de structures connues. Cette caractérisation est basée sur des temps de rétention en chromatographie, des mesures de masses exactes et sur des schémas de fragmentations. Nous avons fait de même avec les composés non identifiés et ensuite évalué leur activité biologique en réalisant des tests de diffusion sur agar. Cette stratégie d’étude permet de faire un criblage de l’ensemble des biomolécules produites par des souches de Bacillus et de relier une structure à une activité biologique. Ce protocole, mis au point pour des cultures réalisées en milieu liquide, a ensuite été adapté aux cultures sur boîtes de Pétri pour pouvoir analyser les composés produits à l’échelle de la colonie bactérienne. / Compounds produced by Bacillus bacteria present a major interest because of their biological activities. The aim of this work was to develop a reliable analytical methodology to extract these compounds, and to characterize them by mass spectrometry and by their biological activities. A first approach by MALDI-ToF mass spectrometry doesn’t give satisfactory results because of strong spectral suppression effects. Therefore, we have designed a second strategy which combined two analytical technologies. First, compounds and lipopeptides families were separated by analytical liquid chromatography and analysed by ESI-IT. Then, collected fractions were characterized by MALDI-Q-ToF (and ESI-Q-ToF) in order to determine accurate mass measurements and obtain complementary product ion spectra. This process led us to establish identification criteria of compounds and lipopeptides families which have known structures. This characterization is based of retention times in chromatography, accrurate mass measurements and fragmentation schemes. We have achieved the same experiments with non identified compounds and then assessed their biological activity by agar well diffusion test.This strategy allows to obtain a screening of whole of the biomolecules produced by bacillus strains and establishes a link between structure and biological activity. This methodology, designed for cultures in liquid medium, was then adapted to cultures in Petri disches in order to analyse compounds producted at the bacterial colony scale.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Nous avons etudié la réduction des fonctions carbonyles de dicétals dilactames qui sont engendrées à partir d'hydroxyamidoacétals. Ces derniers sont obtenus à partir de béta-aminoalcools. Cette réduction nous a permis d'isoler 6 dicétals amino-lactames (composés monoréduits) et 6 dicétals diamines (composés diréduits), homologues dioxygénés des cyclames. Nous avons montré que la facilité de la réduction dépend de la nature des substituant et de la stéréochimie cis ou trans des groupements OMe: les dérivés cis étant plus faciles à réduire que les dérivés trans. Les dicetals amino-lactames sont obtenus à des concentrations faibles( 3 à 14x10-3M) et les dicétals diamines à des concentrations plus élevées (15 à 30 x 10-3M). L'étude des propriétés complexantes des différentes molécules synthétisées vis-à-vis du radioélément technetium-99m (99mTc) montre que seuls les dicétals diamines se prêtent à une complexation avec des pourcentages maximum de 18%. Les études d'accès aux composés dimères ont permis d'isoler 5 bis-dicétals amino-lactames et 2 bis-dicétals diamines , homologues des bicyclames à activité anti-virale.

Le sélénium est un micronutriment essentiel pour des nombreux organismes vivants, y compris l’homme. Son rôle est lié à sa présence dans des sélénoprotéines sous forme d’un acide aminé, génétiquement encodé – la sélénocystéine. Il y a 25 sélénoprotéines encodées dans le génome humain. Leurs fonctions, la cinétique et la hiérarchie d'expression se trouvent au cœur des problématiques de recherche concernant le sélénium et la santé humaine. Il existe également un autre type de protéines où le sélénium est inséré par un remplacement partiel du soufre dans la méthionine mais aussi, potentiellement, dans la cystéine. Ces protéines suscitent l’intérêt dans les sciences de nutrition comme source de sélénium biodisponible dans l’alimentation naturelle et supplémentée. L'objectif de cette thèse a été la mise au point de méthodologies analytiques visant la spéciation du sélénium incorporé dans les protéines à l’échelle du protéome entier. Une procédure inédite a été développée pour la détection globale de protéines séléniées dans des gels d’électrophorèse bidimensionnelle par l’imagerie d’ablation laser ICP MS (spectrométrie de masse plasma à couplage inductif) permettant de s’affranchir de l’utilisation de l’isotope radioactif 75Se. Les autres avancées comprennent la mise en place d’un couplage robuste de HPLC capillaire avec l’ICP MS pour la détection des sélénopeptides dans des microvolumes de digestats trypsiques des protéines extraites du gel ainsi que la mise en place des protocoles d’identification des protéines séléniées par la spectrométrie de masse électrospray en tandem utilisant la trappe orbitale (Orbitrap). Les méthodes développées ont permis (i) la caractérisation de la part du protéome sélénié contenant la sélénocystéine chez la levure séléniée, (ii) l’identification des protéines majeures qui accumulent le sélénium dans le blé, et (iii) le dosage semi quantitatif et la caractérisation globale des sélénoprotéomes (GPx1, GPx4, TRxR1, TRxR2, Sel15kDa) dans les lignées cellulaires. / Selenium is an essential micronutrient for many living organisms including man. Its role is related to selenoproteins which contain genetically encoded selenocysteine. There are 25 selenoproteins encoded in the human genome. Their function, expression kinetics and hierarchy have been a topic of intense research in life sciences. There is another type of proteins which contain selenium inserted non-specifically by partly replacing sulphur in methionine and, potentially, cysteine. They are of interest in nutrition science as source of bio-available selenium in natural and supplemented foods. The goal of this Ph.D. was the development of methodologies for the analysis of selenium-containing proteins on the entire proteome scale. A novel procedure was developed for their global detection in 2D electrophoretic gels par laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP MS) imaging permitting to avoid the use of the radioactive 75Se. The other developments included (i) a robust capillary HPLC – ICP MS coupling allowing the detection of Se-containing peptides in microliter volumes of the digests of proteins extracted from the gel and (ii) protocols allowing the targeted identification of the Se-containing proteins by a parallel capillary HPLC - electrospray Orbitrap MS/MS. The methods developed allowed (i) the characterisation of the selenocystein-containing part of the selenoproteome of Se-enriched yeast, (ii) identification of the major Se-accumulating proteins in wheat, and (iii) semiquatitive analysis and global identification of the selenoproteomes (GPx1, GPx4, TRxR1, TRxR2, Sel15kDa) expressed in different human cell lines.

De nombreux métaux tels que, par exemple le Zn, le Fe, le Cu ou le Ni jouent un rôle essentiel dans la croissance et le développement normal des plantes car ils sont impliqués dans différents processus physiologiques pouvant être cependant perturbés par une carence ou un excès en métaux. Par conséquent, afin de réguler l'absorption des métaux, leur translocation et leur accumulation, les plantes ont développé des mécanismes divers, comme la production de métabolites de faible poids moléculaire pouvant se lier aux métaux. La connaissance de ces complexes métalliques et des processus qu'ils subissent dans les plantes peut être utilisée dans des études environnementales, nutritionnelles et toxicologiques. Cependant, cette connaissance était très limitée à cause de l'absence de méthodologie appliquée avec succès pour étudier la spéciation des traces de métaux dans les végétaux. Par conséquent, le but de cette étude fut le développement d'une méthodologie d'analyse des espèces métalliques dans des échantillons de plantes. La nouvelle approche est basée sur l'utilisation conjointe du (i) couplage HPLC – ICP MS permettant la détection de nombreuses espèces, souvent peu concentrées, contenant des métaux avec (ii) une identification en parallèle par couplage HPLC – electrospray Orbitrap MS/MS. Elle a permis l'identification (i) d’environ 60 espèces métalliques, la plupart jamais observées précédemment dans différents fluides (xylème, endosperme liquide) de Pisum sativum (petit pois) et (ii) de plusieurs complexes mixtes fer - aluminium - citrate chez Plantago almogravensis. La méthodologie développée a également été appliquée à (iii) la spéciation du sélénium dans Brassica nigra permettant l'identification de plus de 30 composés de faible poids moléculaire contenant du sélénium. / Numerous metals, such as, e.g. Zn, Fe, Cu or Ni play an essential role in normal plant growth and development as they are involved in different physiological processes that may be, however, disrupted by metal deficiency or excess. Therefore, to regulate metal uptake, translocation and accumulation plants have developed diverse mechanisms including the production of low molecular mass metal binding metabolites. The knowledge of these forms of metals and the processes they undergo in plants can be used in environmental, nutrition and toxicological studies. However, this knowledge was very limited as there was a lack of methodology that could be successfully applied to investigate trace metal speciation in plants. Therefore, the aim of this study was the development of the methodology for the analysis of metal species in complex plant samples. The novel approach is based on the use of combination of (i) HPLC – ICP MS coupling allowing the detection of numerous, often low concentrated, metal-containing species with (ii) a parallel identification using HPLC – electrospray Orbitrap MS/MS coupling. The developed approach allowed the identification of (i) ca. 60 different, mainly previously unreported metal species in saps of Pisum Sativum (green pea) and (ii) several mixed iron – aluminum – citrate complexes in Plantago almogravensis. This developed methodology was also applied to (iii) investigate selenium speciation in Brassica nigra allowing the identification of more than 30 selenium-containing low molecular mass compounds.

Les plantes médicinales constituent une source inexhaustible de composés (des produits naturels - PN) utilisé en médecine pour la prévention et le traitement de diverses maladies. L'introduction de nouvelles technologies et méthodes dans le domaine de la chimie des produits naturels a permis le développement de méthodes ‘high throughput’ pour la détermination de la composition chimique des extraits de plantes, l'évaluation de leurs propriétés et l'exploration de leur potentiel en tant que candidats médicaments. Dernièrement, la métabolomique, une approche intégrée incorporant les avantages des technologies d'analyse moderne et la puissance de la bioinformatique s’est révélé un outil efficace dans la biologie des systèmes. En particulier, l'application de la métabolomique pour la découverte de nouveaux composés bioactifs constitue un domaine émergent dans la chimie des produits naturels. Dans ce contexte, le genre Acronychia de la famille des Rutaceae a été choisi sur la base de son usage en médecine traditionnelle pour ses propriétés antimicrobienne, antipyrétique, antispasmodique et anti-inflammatoire. Nombre de méthodes chromatographiques modernes, spectrométriques et spectroscopiques sont utilisées pour l'exploration de leur contenu en métabolites suivant trois axes principaux constituant les trois chapitres de cette thèse. En bref, le premier chapitre décrit l’étude phytochimique d’Acronychia pedunculata, l’identification des métabolites secondaires contenus dans cette espèce et l'évaluation de leurs propriétés biologiques. Le deuxième chapitre vise au développement de méthodes analytiques pour l'identification des dimères d’acétophénones (marqueurs chimiotaxonomiques du genre) et aux stratégies utilisées pour la déréplication de ces différents extraits et la caractérisation chimique des composés par UHPLC-HRMSn. Le troisième chapitre se concentre sur l'application de méthodologies métabolomique (RMN et LC-MS) pour l'analyse comparative (entre les différentes espèces, origines, organes), pour des études chimiotaxonomiques (entre les espèces) et pour la corrélation des composés contenus avec une activité pharmacologique. / Medicinal plants constitute an unfailing source of compounds (natural products – NPs) utilised in medicine for the prevention and treatment of various deceases. The introduction of new technologies and methods in the field of natural products chemistry enabled the development of high throughput methodologies for the chemical composition determination of plant extracts, evaluation of their properties and the exploration of their potentials as drug candidates. Lately, metabolomics, an integrated approach incorporating the advantages of modern analytical technologies and the power of bioinformatics has been proven an efficient tool in systems biology. In particular, the application of metabolomics for the discovery of new bioactive compounds constitutes an emerging field in natural products chemistry. In this context, Acronychia genus of Rutaceae family was selected based on its well-known traditional use as antimicrobial, antipyretic, antispasmodic and anti-inflammatory therapeutic agent. Modern chromatographic, spectrometric and spectroscopic methods were utilised for the exploration of their metabolite content following three basic axes constituting the three chapters of this thesis. Briefly, the first chapter describes the phytochemical investigation of Acronychia pedunculata, the identification of secondary metabolites contained in this species and evaluation of their biological properties. The second chapter refers to the development of analytical methods for the identification of acetophenones (chemotaxonomic markers of the genus) and to the dereplication strategies for the chemical characterisation of extracts by UHPLC-HRMSn. The third chapter focuses on the application of metabolomic methodologies (LC-MS & NMR) for comparative analysis (between different species, origins, organs), chemotaxonomic studies (between species) and compound-activity correlations.