Plusieurs études ont clairement démontré l'effet athéroprotecteur de la bilirubine. Par contre, un niveau trop élevé de bilirubine peut causer des effets neurotoxiques. Au niveau de la paroi artérielle, le stress oxydatif entraîne la production des oxystérols qui sont les activateurs endogènes du « Liver X Récepteur » (LXR). Nous avons étudié les effets de l'activation du LXRa sur l'expression de l'enzyme responsable de la glucuronidation de la bilirubine, l'UDP-glucuronosyltransférase (UGT) 1A1 dans le foie. Nous avons identifié de nouveaux éléments de réponse (LXRE) dans le promoteur de l'UGTlAl. Dans des cellules hépatiques, l'activation du LXRa entraîne une augmentation de l'expression et de l'activité de l'UGTlAl. Cet élément de réponse fonctionnel n'est pas conservé chez des rongeurs, ce qui entraîne que cette régulation est limitée aux mammifères supérieurs. En conclusion, nous avons identifié une nouvelle fonction du récepteur nucléaire LXRa qui consistent dans le contrôle de l'expression l'UGTlAl. L'activation du récepteur nucléaire LXRa par les oxystérols permet d'intégrer l'augmentation de la production de la bilirubine au niveau de la paroi d'artère avec une augmentation de l'excrétion hépatique. De plus, l'activation du LXRa par des composantes pharmacologiques, peut être intéressante dans le contexte de l'athérosclérose et de Fhyperbilirubinémie, maladies dans lesquelles la bilirubine joue des rôles importants.

Les lipides représentent non seulement la forme d'énergie la plus dense qui est transférée lors des interactions trophiques en milieu marin, mais comprennent également des acides gras essentiels (AGE) que les herbivores ne peuvent pas synthétiser de novo et doivent assimiler par alimentation pour assurer leur croissance, leur survie et leur reproduction. Puisque la croissance des microalgues qui produisent la grande majorité des AGE est conditionnée par de nombreuses propriétés physico-chimiques de l'eau (p. ex., température, lumière, nutriments, pH), la variabilité environnementale et les changements climatiques en cours pourraient affecter significativement la synthèse d'acides gras, soit directement en induisant une réponse physiologique des microalgues, soit indirectement en favorisant des changements taxinomiques. Ces modifications pourraient alors se répercuter sur les herbivores et l'ensemble du réseau alimentaire. Cette thèse a étudié ces possibilités au moyen d'approches empiriques et expérimentales combinant un échantillonnage inédit à grande échelle dans les eaux arctiques et subarctiques du Canada et une expérience de croissance en microcosme. Malgré une grande variabilité des propriétés physico-chimiques à travers l'aire d'étude, la composition taxinomique des assemblages phytoplanctoniques s'est imposée comme principal déterminant de la composition lipidique de la matière organique. Au sein des communautés dominées soit par des flagellés ou des diatomées, le pH et de façon inattendue, la salinité, ont influencé la synthèse d'omega-3 et de l'acide eicosapentaénoïque (EPA) en particulier. Cette étude souligne également l'importance des maximums subsuperficiels de chlorophylle a (SCM) qui perdurent durant tout l'été et fournissent une source persistante de matière organique à forte teneur en acides gras polyinsaturés. L'examen de marqueurs trophiques caractéristiques des diatomées suggère que la majeure partie du contenu en acide gras des copépodes a été acquise par broutage récent au SCM plutôt que par accumulation antérieure lors de l'efflorescence printanière en surface. Au-delà du couplage observé dans les teneurs de certains AGE chez les copépodes et le phytoplancton sur de courtes échelles de temps, des différences notables dans la composition lipidique des animaux étaient attribuables à l'espèce et au stade de développement. L'approche expérimentale visant à simuler le développement d'une floraison de diatomées a démontré que leur composition lipidique était davantage affectée par la température que par la lumière ou le pH, et que le signe de la réponse pouvait s'inverser selon l'acide gras considéré. Cependant, les changements observés peuvent être considérés comme modestes étant donné les perturbations fortes et soudaines imposées par le protocole expérimental. Dans l'ensemble, la thèse montre que l'impact principal du forçage physico-chimique sur le contenu en acides gras des organismes à la base des réseaux alimentaires des eaux canadiennes arctiques et subarctiques se produit par la sélection environnementale des différents groupes de phytoplancton et de copépodes. Bien que les profils lipidiques de ces organismes puissent également être affectés directement par les propriétés physico-chimiques, que ce soit in situ ou in vitro, ces réponses sont généralement faibles et suggèrent un haut degré de résistance physiologique de ces espèces. / In addition to being the densest form of energy that can be transferred during trophic interactions in the marine environment, lipids include essential fatty acids (EFA) that herbivores cannot synthesize de novo and must acquire from their diet in order to ensure growth, survival and reproduction. Since the growth of the microalgae that produce the vast majority of these EFA is conditioned by a host of physicochemical water properties (e.g., temperature, light, nutrients, pH), environmental variability and ongoing climate change could significantly alter their fatty acid composition, either directly by inducing physiological responses or indirectly by promoting changes in species assemblages. These alterations could then propagate to herbivores and, presumably, the upper food web. This thesis investigated these possibilities using empirical and experimental approaches combining large-scale sampling across Canadian Arctic and sub-Arctic waters with a microcosm experiment simulating a diatom bloom. Despite high variability in physicochemical properties across the sampling area, the taxonomic composition of phytoplankton assemblages emerged as the primary determinant of their lipid composition. Within communities dominated by either flagellates or diatoms, pH and surprisingly, salinity then modulated the synthesis of omega-3 and eicosapentaenoic acid (EPA) in particular. The results underscore how the maintenance of long-lived subsurface chlorophyll maxima (SCM) during summer and fall provide copepods with a persistent source of elevated organic matter with a high content of polyunsaturated fatty acids. An analysis of trophic markers that are characteristic of a diatom diet suggested that a major portion of the fatty acid content of copepods was acquired by recent grazing on SCM rather than prior feeding on spring blooms at the surface. Beyond this tight coupling of copepod and phytoplankton EFA content at short time scales, notable differences in the lipid composition of the animals were attributable to species and developmental stage. The microcosm experiments showed that the lipid composition of diatoms that dominate SCM communities was more impacted by temperature than by light or pH, and that the sign of the response was different depending on the specific EFA considered. However, the changes observed can generally be considered as modest given the strong and sudden perturbations imposed by the experimental protocol. Overall, the thesis shows that the main impact of physicochemical forcing on the fatty acid content of organisms in the lower food webs of Eastern Canadian Arctic and sub-Arctic seas occurs through the environmental selection of different phytoplankton groups and copepod species. While the lipid profiles of these organisms can also be affected directly by physicochemical conditions, either in situ or in vitro, these responses are generally small and imply a high degree of physiological resistance.

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

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

Titre de l'écran-titre (visionné le 22 novembre 2023) / Problématique : La glucuronidation métabolise de nombreux composés exogènes et endogènes, notamment les acides biliaires (AB). Leur propriété amphipathique facilite l'absorption lipidique intestinale, mais les rend cytotoxiques à haute concentration, comme dans les maladies cholestatiques du foie où le flux biliaire est réduit. En catalysant le transfert du groupement glucuronosyle sur le substrat, les enzymes UDP-glucuronosyltransférases (Ugt) facilitent l'élimination. Cette réaction est modulable, permettant ainsi réguler la formation d'AB-glucuronides (-G); la glucuronidation des AB serait donc une cible anticholestatique pour réduire leur concentration intrahépatique. Cependant, son étude est limitée par l'absence d'un modèle animal caractérisé. Hypothèse : La souris constitue un modèle potentiel pour l'étude de la glucuronidation des AB. Objectif : Ce mémoire vise à pallier ce manque en déterminant les contributions enzymatique et tissulaire de la glucuronidation des AB chez la souris et de sa modulation par une diète hyperlipidique et par la température. Méthodes : Un profilage bilacidomique-G a été effectué sur le foie, les contenus intestinaux et les fèces murins. Des essais enzymatiques ont été réalisés en incubant les AB libres en présence de microsomes de cellules embryoniques rénales humaines (HEK)293 exprimant chacune des Ugt2b murines (Ugt2b1, 2b5, 2b34, 2b35, 2b36, 2b37, 2b38) ou d'homogénats de foie ou d'intestin de souris de 4 souris/sexe. Les 7-8 souris/traitement étaient nourries d'une diète normale ou hyperlipidique durant 8 semaines et hébergées à une basse température (10 °C) ou plus élevée (30 °C) durant 4 semaines. Les AB-G ont été quantifiés par chromatographie liquide couplée à de la spectrométrie de masse. Résultats : L'acide β-muricholique-24G (β-MCA-24G) est l'AB-G le plus fréquemment retrouvé, et sa formation proviendrait notamment au foie et au côlon, principalement via l'isoforme Ugt2b37. La glucuronidation du β-MCA est augmentée par une diète hyperlipidique et par une température d'hébergement supérieure. Conclusion : Ces analyses démontrent la contribution des Ugt2b, ainsi que du foie et du côlon, pour la glucuronidation des AB chez la souris. La diète et la température d'hébergement régulent leur glucuronidation par des Ugt spécifiques. Les résultats indiquent que la souris est un modèle animal potentiel pour l'étude de cette cible anticholestatique. / Background: The glucuronidation reaction metabolizes numerous exogenous and endogenous compounds, such as bile acids (BAs). Their amphipathic property enhances intestinal lipid absorption, but renders them cytotoxic in high concentrations, as observed in cholestatic liver diseases where bile flow is impaired. By catalyzing the transfer of the glucuronosyl group on the substrate, UDP-glucuronosyltransferases (Ugt) enzymes allow elimination. This reaction can be modulated, thereby regulating BA-glucuronide (BA-G) formation. However, its understanding is limited by the lack of an animal model fully characterized. Hypothesis: Mouse could serve as a potential model for the study of BA glucuronidation. Objective: This MSc thesis aims to characterize enzymatic and tissular contributions to murine BA glucuronidation and its regulation through dietetic and environmental modulators. Methods: BA-G profiling was achieved on murine liver, intestinal contents, and feces. Enzymatic assays were performed by incubating BA-G precursors with microsomal fractions of human embryonic kidney (HEK)293 cells expressing each murine Ugt2b (Ugt2b1, 2b5, 2b34, 2b35, 2b36, 2b37, 2b38) or liver or intestinal homogenates from conventionally raised or treated mice. Evaluated treatments included a high-fat diet and temperature modulation. BA-Gs were quantified by liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry. Results: β-muricholic acid-24G (β-MCA-24G) was the most frequently detected BA-G, and its formation involves the liver and the colon, mainly from the Ugt2b37 enzyme. β-MCA glucuronidation increased with a high-fat diet and with a higher captivity temperature. Conclusion: Our results assess the contribution of Ugt2bs, as well as liver and colon, to murine BA glucuronidation, and that diet and captivity temperature strongly regulate BA-G formation. The present study reveals that the mouse is a potentially suitable model for studying BA glucuronidation as a therapeutic target for cholestatic liver diseases.

La catalyse est la pierre angulaire de la chimie verte et elle permet de performer des transformations chimiques difficiles de manière efficace et sélective. Au niveau industriel, l'utilisation de la catalyse se traduit habituellement en une économie de temps et d'argent. Le développement de systèmes catalytiques pratiques s'est initialement fait à l'aide de métaux des secondes et troisièmes rangées de transition. Au cours des deux dernières décennies, ce domaine de recherche a atteint une certaine maturité. Néanmoins, les catalyseurs à base de métaux de transitions sont souvent dispendieux et polluants. Une quantité considérable de gaz à effet de serre est également engendrée par l'extraction minière de ces métaux. Afin de palier à ces problèmes, d'intéressantes alternatives commencent à faire leur place. Notamment, de nouvelles stratégies de catalyse sans métal de transition ont été développées et l'étude des mécanismes réactionnels nous permet de maximiser leur efficacité. Dans cette thèse, l'optimisation d'une paire de Lewis frustrée (FLP) de type aminoborane (1-NR₂-2-BH₂-C₆H₄) est exploré afin d'améliorer ses performances dans la borylation catalytique de liens C-H de molécules hétéroaromatiques (pyrroles, indoles, thiophènes). Dans les premiers chapitres, le mécanisme réactionnel de cette réaction de borylation est étudié en détail. Une première étude théorique nous permet de déterminer l'impact de l'ajout d'un groupement fonctionnel en position ortho du -BH₂ sur l'activation du lien C-H. Par la suite, la performance d'aminoboranes possédant un encombrement stérique varié au niveau de l'amine est testée pour la catalyse. Les résultats obtenus combinés avec des études cinétiques démontrent que l'aminoborane possédant un groupement pipéridyl effectue la borylation catalytique jusqu'à 15 fois plus rapidement que l'espèce possédant le groupement le plus encombrée tetraméthylpipéridyl. L'activation C-H est donc favorisée lorsque le site réactionnel est plus dégagé. Pour compléter l'étude du mécanisme de la borylation, nous avons également étudié l'étape de la métathèse des liens sigma, qui se révèle être un élément critique et important lors de la borylation du thiophène. En explorant la réaction de FLPs de type aminoborane, nous avons découvert que l'acide borique pouvait agir comme précatalyseur pour l'hydroboration catalytique de composés insaturés. Cette espèce de bore peu dispendieuse et stable peut être utilisée comme précatalyseur remplaçant le BH₃ qui est une molécule très réactive. Une étude mécanistique à l'aide de réactions stœchiométriques et d'analyses cinétiques démontre que la réaction d'hydroboration est plus rapide que la génération et la régénération du catalyseur. Finalement, un système catalytique à base d'acide borique utilisant l'irradiation micro-ondes sans conditions inertes a donc été développé pour l'hydroboration d'esters et d'alcynes. Une dernière étude portant sur la combinaison de deux types de chimie sans métal, les FLPs et les phosphines biphiliques, vient clore le travail présenté. Nous avons exploré deux stratégies pour évaluer s'il est possible de générer une synergie avec les deux systèmes. Tout d'abord, nous avons adapté le ligand de la phosphine triamide P{N[o-NMe-C₆H₄]₂} pour y installer une base de Lewis intramoléculaire. Des tests d'activation de l'hydrogène gazeux avec la phosphine biphilique modifiée nous ont permis de réaliser qu'il n'est pas possible d'atteindre de la réactivité FLP de cette manière. Nous avons ensuite décidé de mélanger la phosphine biphilique P{N[o-NMe-C₆H₄]₂} avec l'aminoborane de type FLP le moins encombrée (1-NMe₂-2-BH₂-C₆H₄). L'objectif était de produire un complexe sans métal ayant une plateforme d'oxydoréduction sur l'atome de phosphore et des orbitales vides et pleines fournies par l'acide de Lewis et la base de Lewis de l'aminoborane. Le complexe attendu n'est pas généré. À la place de celui-ci, une réaction entre les deux espèces produit le benzodiazaborole correspondant et un solide orangé insoluble. À l'aide d'études comparatives, nous sommes venus à la conclusion que le solide produit est un mélange de polymères de phosphore polyhydrures et que la réaction observée est caractéristique des aminophosphines possédant au moins un hydrogène. / Catalysis is the cornerstone of green chemistry, and it allows to perform efficient and selective transformations that are usually challenging to achieve. At the industrial level, catalysis usually offers time and cost-efficient processes. Initially, the development of practical catalysis was done using transition metals of the second and third rows. Over the last two decades, this field of research reached a certain level of maturity. However, the use of transition metal-based catalysts is generally expensive due to the costs associated with their production and their removal from final products. Additionally, a considerable amount of greenhouse gases is liberated during the mining processes of the metals. To overcome these problems, interesting alternatives are starting to appear. Notably new metal-free strategies have been developed and the study of the mechanism allows to maximize their efficiency. In this thesis, the optimisation of an aminoborane (1-NR₂-2-BH₂-C₆H₄) frustrated Lewis pair (FLP) is explored to improve its performance for the catalytic borylation of C-H bonds of heteroaromatic molecules (pyrroles, indoles, thiophenes). In the first chapters, the mechanism of this borylation reaction is thoroughly studied. First, a theoretical study allows us to evaluate the effect of adding a functional group in ortho position of the -BH₂ for the first reaction step of the catalytic cycle: C-H activation. Subsequently, the catalysis performance of aminoboranes with various steric hindrance were tested. These results combined with kinetic studies shows that the aminoborane with a piperidyl group can perform catalysis 15 times faster than the aminoborane with the most encumbered amino group tetramethylpiperidyl. Therefore, the C-H activation is favored when the reaction site is more accessible. To complete the mechanistic investigation of the borylation reaction, the sigma bond metathesis reaction step was also studied. We discovered that this step is a critical and important element for the borylation of thiophene. While screening the aminoborane FLPs reactivity, we discovered that boric acid could act as a precatalyst for the catalytic hydroboration of unsaturated compounds. This inexpensive and stable boron species can be used as a precatalyst to replace the very reactive BH₃. A mechanistic study done with stoichiometric reactions and kinetic analysis show that the hydroboration reaction is faster than the generation and the regeneration of the borane catalyst. Finally, a boric acid based catalytic system using microwave irradiation has been developed for the hydroboration of esters and alkynes. To conclude, a study on the combination of two metal-free strategies was done using FLPs and biphilic phosphines. We explored two strategies to evaluate if it is possible to generate a synergy with both systems. First, we installed an intramolecular Lewis base on the phosphine triamide P{N[o-NMe-C₆H₄]₂}. It was not possible to reach FLP reactivity when looking at hydrogen activation tests with the adapted biphilic phosphine. Following these results, we mixed the biphilic phosphine P{N[o-NMe-C₆H₄]₂} with the least sterically encumbered aminoborane FLP (1-NMe₂-2-BH₂-C₆H₄). The objective was to produce a metal-free complex with a redox platform on the phosphorus atom and with filled and vacant orbitals provided by the Lewis acid and the Lewis base of the aminoborane. Unfortunately, this complex was not generated. Instead, a reaction between the two species produced the corresponding benzodiazaborole and an insoluble orange solid. Using comparative studies, we concluded that the insoluble solid generated is a mixture of phosphorus polyhydride polymers and that the observed reaction is characteristic to aminophosphine bearing at least one hydrogen.

Les endocannabinoïdes et leurs congénères, aussi appelés les médiateurs de l’endocannabinoïdome, sont des molécules signalétiques dérivées d’acides gras ayant de nombreux rôles métaboliques, notamment dans le métabolisme énergétique et la prise alimentaire. Ces molécules sont produites dans plusieurs tissus, incluant le cerveau, l’intestin et le tissu adipeux, mais se retrouvent également dans la circulation sanguine. Le mécanisme par lequel les médiateurs de l’endocannabinoïdome se retrouvent en circulation n’est pas encore bien décrit dans la littérature de même que l’impact métabolique de leur présence sur les différents tissus. Notre objectif est donc d’établir la relation entre la composition corporelle, les habitudes alimentaires et les niveaux des médiateurs circulants de l’endocannabinoïdome chez l’humain. Nous avons observé de fortes corrélations entre les mesures de composition corporelle et anthropométriques avec les médiateurs de l’endocannabinoïdome, bien que la direction de la relation ne puisse être établie pour le moment. De plus, notre étude a démontré peu d’associations entre la consommation des différents macronutriments et les médiateurs de l’endocannabinoïdome plasmatique alors que la consommation de certains acides gras était, quant à elle, associée aux médiateurs correspondants, surtout en ce qui concerne la consommation des acides gras oméga-3. Ainsi, ces résultats suggèrent qu’il serait possible de moduler les médiateurs de l’endocannabinoïdome plasmatique avec l’alimentation, particulièrement par la composition en acides gras de la diète, alors que, malgré le lien clair avec la composition corporelle, la direction de la relation reste à éclaircir. / Endocannabinoids and their congeners, also known as endocannabinoidome mediators, are signalling molecules derived from fatty acids with many metabolic roles, including energy metabolism and the regulation of food intake. These molecules are biosynthesized in several tissues, including the brain and intestine, but are also found in circulation. The mechanism by which endocannabinoidome mediators appear in circulation and their metabolic impact on different tissues is not yet well described in the literature. The aim of the study was to establish the interrelation between body composition, dietary habits and circulating endocannabinoidome mediator levels in humans. We have observed strong correlations between parameters of body composition, anthropometric measures and endocannabinoidome mediators, although the direction of the relationship cannot be established. We did not observe strong associations between the consumption of macronutrients and circulating endocannabinoidome mediator levels. We could however observe interesting associations between plasma mediators and habitual intake of their corresponding fatty acid precursors, associations that could be validated in an intervention study. These results suggest that it would be possible to modulate plasma endocannabinoidome mediators with diet, particularly by modulating fatty acid composition. Altogether, these findings are suggestive of associations between plasma endocannabinoidome mediator profiles, body composition and dietary composition but warrant more investigation in order to clarify their relationship.

Titre de l'écran-titre (visionné le 6 février 2024) / Les changements climatiques et la dégradation environnementale posent un défi de taille pour l'industrie chimique. La recherche d'approches plus durables afin de réduire les dommages causés à l'environnement par les procédés chimiques est donc cruciale. Dans cette optique, la catalyse représente l'un des meilleurs outils. Celle-ci permet d'accélérer des transformations chimiques autrement difficiles, réduisant ainsi la demande énergétique et la quantité de déchets générés par ces procédés. Cependant, la plupart des catalyseurs utilisés à ce jour sont à base de métaux nobles, qui sont rares, dispendieux et parfois toxiques. Il est donc nécessaire de trouver d'autres alternatives aux métaux dans la catalyse. L'une des stratégies les plus prometteuses est la catalyse par paires de Lewis. Une paire de Lewis est composée à la fois d'un acide et d'une base de Lewis. Cette configuration particulière lui permet d'agir coopérativement sur une autre molécule de façon similaire à un métal à la différence que celles-ci sont faites à partir d'éléments abondants et peu toxiques. Cela leur permet de catalyser des transformations importantes avec un impact environnemental moindre que leurs analogues métalliques. Dans cette thèse, la borylation C-H isodesmique catalysée par des paires de Lewis est étudiée. Une réaction isodesmique est une transformation dans laquelle la nature des liens qui sont brisés est la même que ceux qui sont formés. Ainsi, la borylation isodesmique consiste à briser un lien B-C pour former un nouveau lien B-C sur une autre molécule. Comme les propriétés chimiques des réactifs sont similaires à celles des produits, cette approche comporte l'avantage d'être compatible avec davantage de fonctions chimiques considérées comme problématiques avec d'autres approches. Dans les premiers chapitres, les fondements de cette approche sont présentés. Il est démontré que la 2-mercaptopyridine en combinaison avec une source de bore appropriée forme une paire de Lewis autoassemblée qui peut catalyser la borylation de transfert d'hétéroarènes. Non seulement cette transformation fonctionne sur les mêmes substrats que les précédents systèmes à base de paires de Lewis, mais que celle-ci est compatible avec des groupements fonctionnels fragiles tels que les alcynes, les alcènes, les nitriles et les esters. Suite à ces travaux, le système catalytique est optimisé. Il est ainsi rapporté que les catalyseurs de type 2-mercaptoazole dont l'azole est un cycle à 5 membres sont plus catalytiquement performants que les azoles à 6 membres. Cette performance améliorée permet la borylation de nouveaux substrats tels que les alcynes terminaux, les alcènes riches en électrons ainsi que les thiophènes. La borylation de chacun de ces substrats est explorée en détail, et les différents mécanismes de désactivation des catalyseurs sont étudiés. Il est également démontré que la borylation de transfert se prête bien aux réactions de fonctionnalisation *in situ*, permettant ainsi une économie d'étapes. Tous les résultats présentés sont soutenus par des études computationnelles approfondies. Finalement, le mécanisme réactionnel de la borylation de transfert est exploré grâce à des expériences cinétiques et mécanistiques. D'abord, un ordre de réaction de ½ est obtenu pour le catalyseur, suggérant que celui-ci se dimérise dans les conditions réactionnelles. Également, des expériences d'entrainement démontrent une réversibilité du processus de borylation du substrat et écartent l'hypothèse de désactivation du catalyseur. Grâce à des modélisations cinétiques, il est conclu que la réversibilité de la borylation du substrat cause une forme d'inhibition par le produit qui s'accentue au fil de la réaction. Ces expériences démontrent que pour améliorer davantage le système, cette inhibition doit être combattue. L'ensemble de ces travaux démontre que les paires de Lewis autoassemblées sont des catalyseurs efficaces pour la borylation d'une grande variété de substrats qui dans certains cas ne sont pas possibles de boryler avec des catalyseurs métalliques. Qui plus est, les études mécanistiques dévoilent comment améliorer la performance de cette transformation et même contribuer à l'avancement de la catalyse grâce aux paires de Lewis. / The growing concerns regarding environmental degradation and climate change are pushing the chemical industry to look for sustainable and green ways to reduce their negative environmental impact. Catalysis presents itself as a ubiquitous tool on the path to greener processes as it allows the acceleration of chemical processes that would be difficult to achieve otherwise, thus reducing the energy demand and the waste generated. However, catalysis mostly relies on a handful of transition metals, which are often scarce, onerous and toxic. This is why there is a pressing need to develop alternative catalytic processes that do not rely on these metals. Enter Lewis pair catalysis, a promising alternative to noble metal catalysts. These compounds are made of earth-abundant elements which are less toxic and expensive than transition metals. As their name implies, they are comprised of both a Lewis acid and a Lewis base. Through the cooperation of the Lewis acid and base, these Lewis pairs can mimic metals. As such, they are greener catalysts for many key transformations. In this thesis, one of these Lewis pair catalyzed reactions is explored: isodesmic C-H borylation reaction. An isodesmic reaction, also called a transfer reaction, is a transformation in which the nature of the bonds that are broken is the same as the nature of the bonds that are formed. In this case, a B-C bond from the boron source is broken to form a C-H bond while in parallel a C-H bond is cleaved on a substrate to make a new C-B bond. Since the chemical nature of the reagents is the same as the products, these reactions often have an excellent functional group tolerance. In the first chapter of this thesis, the basics of transfer C-H borylation are laid out. It is first shown that 2-mercaptoazole compounds such as 2-mercaptopyridine can self-assemble into a Lewis pair *in situ*. This Lewis pair is then able to C-H activate and borylate electron-rich 5-membered arenes such as indoles and pyrroles, the same substrates as with previously reported Lewis pairs based borylation systems. Unlike these previous systems, sensitive functional groups like alkenes, alkynes, nitriles and esters are tolerated due to the innocuity of the boron source. Following this work, the catalytic system was optimized. As such, it was found that 5-membered 2-mercaptoazole catalysts are more catalytically performant than their 6-membered counterparts due to an improved geometry. This improved catalytic efficiency allowed expanding the scope of transfer borylation of more challenging C-H bonds, such as terminal alkynes, electron-rich alkenes and thiophenes. The borylation of each substrate is explored in-depth, including investigation of potential catalyst deactivation pathways and computational studies. It is also demonstrated that transfer borylation is a prime candidate for *in situ* functionalization reactions, going as far as only requiring a sub-stoichiometric amount of boron in boron recycling reactions. Finally, the mechanism of transfer C-H borylation was investigated using kinetic and mechanistic experiments. A reaction order of ½ was obtained for the catalyst, suggesting an underlying catalyst dimerization process was occurring that sequestered the catalyst. Furthermore, label entrainment experiments showed that the borylation of the substrate was reversible and discarded the hypothesis of catalyst deactivation. Kinetic modelling of the reaction demonstrated that the reversible borylation of that substrate was inhibiting the borylation process as the accumulation of the product in the reaction significantly decreased the rate of the reaction. This study has shown that self-assembled Lewis pairs have the capability to effectively borylate a wide range of substrates, including some that cannot be borylated by transition metals. The mechanistic experiments outlined in this research provide insight into how to enhance this chemical process and explore additional applications of Lewis pair catalysis.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2011-2012 / Streptococcus thermophilus est une bactérie utilisée pour la fabrication industrielle de yogourts et de fromages et elle est sujette aux infections phagiques. Plusieurs mécanismes de défense contre les phages sont connus, dont le système CRISPR/Cas. Les loci CRISPR sont constitués de courtes séquences d'ADN répétées entrecoupées de séquences variables, les espaceurs. Des gènes cas et une région promotrice sont associés aux loci et la séquence homologue chez le phage est appelée le protoespaceur. Pour ce mémoire, l'effet du système CRISPRl/Cas de la souche S. thermophilus DGCC7710 sur l'ADN phagique a été étudié. Ainsi, il a été prouvé que l'ADN phagique est clivé dans les protoespaceurs par le système CRISPRl/Cas. Puis, l'analyse des différents espaceurs démontre que les motifs associés aux protoespaceurs sont plus permissifs qu'anticipé. Finalement, la méthylation de l'ADN phagique ne semble pas affecter l'immunité CRISPR/Cas ou l'acquisition d'espaceurs.

Thèse ou mémoire avec insertion d’articles. / Les maladies cardiométaboliques affectent de nombreuses populations à l'échelle mondiale, notamment les populations autochtones qui résident dans le nord du Canada. Des travaux scientifiques récents suggèrent que ces maladies peuvent avoir été causées en partie par des perturbations du microbiote intestinal. Le profilage métabolique d'acides biliaires (AB) est un moyen reconnu pour analyser le microbiote. Cependant, ces analyses sont principalement effectuées a posteriori sur des échantillons fécaux et ne fournissent aucune information spatiale ou temporelle sur les variations métaboliques au sein du tractus gastro-intestinal. Le présent projet vise à développer une méthode de détection sélective aux AB basée sur la spectroscopie Raman exaltée en surface (SERS), une technique d'identification moléculaire. Les capteurs développés à partir de cette méthode permettront une étude en temps réel du microbiote avec une résolution spatiale et temporelle inégalée. La spectroscopie Raman est une technique d'identification moléculaire non invasive et non destructive qui produit un spectre hautement spécifique avec diverses bandes corrélées à la structure moléculaire de l'échantillon. Il est possible d'améliorer sa sensibilité de détection en utilisant une surface métallique nanostructurée amplificatrice de signal, ce qui permet de mesurer différentes espèces moléculaires dans des concentrations réduites et un temps de mesure relativement court. La combinaison du SERS avec des méthodes d'apprentissage machine permet dans certains cas d'augmenter davantage les capacités de détection et de classification. Afin de détecter les AB, un microscope confocal Raman à balayage laser a été construit en laboratoire. Des substrats actifs en SERS et sélectifs aux AB ont par la suite été développés en immobilisant des nanoétoiles d'or sur des lamelles de verre. Afin de réaliser une analyse approfondie avec des algorithmes d'apprentissage machine, une base de données spectrales a été conçue en mesurant plusieurs spectres SERS provenant d'AB individuelles ou de mélanges d'AB, et ce dans diverses matrices moléculaires. Un modèle du type « réseau de neurones convolutif » a été entraîné et jumelé à plusieurs techniques de traitement spectral et d'augmentation des données afin d'effectuer la classification de différentes espèces d'AB à partir de leur spectre. Le modèle résultant a été appliqué avec succès sur cinq espèces d'AB et validé à différentes concentrations. / Cardiometabolic diseases are affecting many populations worldwide, including indigenous populations residing in northern Canada. Recent scientific evidence suggests that these diseases may be caused in part by disorders of the gut microbiota. Bile acid (BA) metabolic profiling is a recognized method for analyzing the gut microbiota. However, these analyses are mostly performed on fecal samples and do not provide any spatial or temporal information on metabolic variations in the gastrointestinal tract. The present project aims to develop an AB-selective sensing method based on Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS), a molecular identification technique. The resulting sensors will allow a real time study of the microbiota with an unmatched spatial and temporal resolution. Raman spectroscopy is a non-invasive and non-destructive molecular identification technique that produces a highly specific spectrum with various bands correlated to the molecular structure of the sample. Its detection sensitivity can be improved using a signal enhancing nanostructured metal surface, which allows the measurement of various chemical species at lower concentrations and/or shorter measurement times. Combining SERS with machine learning methods can, in some cases, increase even further detection and classification capabilities. In order to detect ABs, a confocal laser scanning Raman microscope was built in the laboratory. AB-selective SERS active substrates were developed by immobilizing gold nanostars on glass coverslips. In order to perform an extensive analysis with machine learning algorithms, a database of spectra was developed by measuring several SERS spectra from individual ABs or mixtures of ABs in various molecular matrices. A convolutional neural network model was trained and combined with several spectral processing and data augmentation techniques to perform classification of different BA species based on their spectra. The resulting model was successfully applied to five species of BA and validated at different concentrations.