Depuis les années 1990, les oligomères du chitosane (COS) suscitent un intérêt croissant pour certaines applications biomédicales et alimentaires. Il est possible d'obtenir différents ratios d'oligomères à des degrés de polymérisation (DP) variant de 2 à 8 unités, selon le procédé d'hydrolyse du chitosane employé (chimique ou enzymatique). Il est difficile d'étudier leurs effets tant physiques que biochimiques de façon individuelle car ces oligomères sont difficiles à séparer et jusqu'à maintenant, leur commercialisation est limitée. Tout comme le chitosane, les oligomères possèdent des propriétés de complexation avec des ions métalliques de transition. Plusieurs facteurs interviennent lors de la formation de complexes avec le chitosane, notamment le pH, le degré de polymérisation (DP) ainsi que l'ion métallique. Le travail élaboré dans ce mémoire s'est basé sur l'hypothèse d'une séparation possible d'un mélange de COS (dimère, trimère, tétramère) en faisant intervenir l'affinité avec des ions métalliques en fonction du DP. Nous proposons ainsi une méthode chromatographique basée sur l'affinité entre les ions métalliques cuivre (II) et les groupements amine des oligomères de chitosane. La chromatographie d'affinité sur des ions métalliques immobilisés (IMAC) est déjà appliquée à la purification de biomacromolécules (protéines, ADN). L'adaptation de ce type chromatographique à notre problématique montre un réel intérêt car le développement du système est économique et simple d'utilisation. Des matériaux polyhydroxyliques (Agarose et silice) ont été fonctionnalisés par des groupements de type IMAC. Différentes fonctions chélatantes ont été greffés sur la Sepharose CL-6B (agarose réticulé): l'acide iminodiacétique (IDA), l'acide aspartique carboxyméthylé (CM-Asp) et le tris(carboxymethyl)diamine (TED). Ces matrices ont été caractérisées par FTIR et leurs capacités de rétention de Cu2+ par spectrophotométrie d'adsorption atomique (AAS). Un mélange commercial de COS (dimère, trimère, tétramère) fourni par ISM Biopolymer inc, a été utilisé pour l'étude sur les capacités de rétention. Les différents supports IMAC à base d'agarose (ACL6B) ont montré des quantités de rétention en COS respectivement de 6 mg/cm³, 4 mg/cm³ et 2 mg/cm³ sur les matrices modifiées (ACL6B-IDA, ACL6B-CM-Asp, ACL6B-TED). Les matériaux chromatographiques IMAC ont été employés en mode FPLC (à pression moyenne). Les fractions obtenues ont été analysées par une technique colorimétrique à base d'acide bicinconinique (BCA) et par chromatographie en couche mince avec la détection des oligomères à la ninhydrine. Les résultats sont corrélés avec l'analyse de la population retrouvée des différentes fractions par spectrométrie de masse quadripôle simple. Les oligomères de chitosane ont été partiellement séparés et/ou enrichis (selon la méthode employée) à 95 % pour le dimère, 70 % pour le trimère et 90 % pour le tétramère, avec nos matériaux chélatants obtenus au laboratoire, à base d'agarose réticulée. Ces résultats sont nettement supérieurs à ceux obtenus avec des matériaux chromatographiques commerciaux (Profinity, Chelex-100). Cette nouvelle méthode originale, à base de chromatographie d'affinité IMAC, offre des possibilités de diversification d'applications des COS et pourrait permettre de diminuer les coûts de revient lors de leur préparation à l'échelle industrielle. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Chitosane, Chitooligosaccharide (COS), Chromatographie d'affinité sur ions métalliques immobilisés (IMAC).

Selon l'Organisation mondiale de la Santé, les médicaments les plus utilisés pour le soulagement des douleurs modérées à sévères demeurent les opioïdes. Toutefois, leur utilisation s'accompagne d'effets indésirables comme la nausée, la sédation et la constipation ; de façon intéressante, tous ces effets seraient principalement reliés à l'activation du récepteur opioïdergique mu. En comparaison, les agonistes du récepteur opioïdergique delta (DOPr) n'entraînent que peu d'effets secondaires malgré un caractère analgésique reconnu. Pour cette raison, les agonistes delta pourraient représenter une alternative intéressante dans le traitement de ces douleurs. Par contre, puisque certains agonistes delta de nature non-peptidique peuvent entraîner des convulsions, notre laboratoire s'intéresse plutôt à la conception d'analogues de la Leu-enképhaline, un agoniste endogène de DOPr. Nous avons d'abord synthétisé plusieurs séries de composés où nous avons remplacé de façon séquentielle les liens peptidiques par une modification isostérique (triazole, ester, N/-méthyl amide, thioamide) dans le but de mieux comprendre la relation structure-activité entre la Leu-enképhaline et DOPr. Afin de les caractériser, des essais de liaison par compétition, d'activation de la voie des ERK 1/2, d'inhibition de la contraction de la vas deferens de souris et d'internalisation ont été réalisés. Deux composés avec une modification ester, un avec une modification N/-méthyl amide et trois avec un thioamide en remplacement d'un lien peptidique conservent de bonnes propriétés agonistes pour DOPr. À la suite de cette caractérisation, les meilleures modifications ont été sélectionnées afin de concevoir et synthétiser des composés contenant deux modifications dans le but d'augmenter la stabilité et la lipophilicité de ceux-ci par rapport à la Leu-enképhaline. Une modification alcène en remplacement du premier lien peptidique ayant déjà été caractérisée a aussi été sélectionnée pour ces synthèses. Parmi ces composés à deux modifications, certains ont des affinités plus faibles, ceux contenant un alcène ainsi qu'un ester ou un N/-méthyl amide, alors que ceux possédant un thioamide, que ce soit avec un alcène, un N/-méthyl amide ou un autre thioamide, réussissent à conserver une bonne affinité pour DOPr. Nous explorons maintenant des composés combinant trois modifications afin d'augmenter davantage la stabilité et la lipophilicité des analogues dans la perspective de produire des outils pharmacologiques et, éventuellement, un médicament qui n'aurait que peu d'effets indésirables.

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

Cette thèse étudie trois sujets relevant de la biologie structurale, de lagénétique et de l'immunologie.Premièrement, nous développons de nouveaux prédicteurs de l'affinité deliaison de complexes protéiques, produisant des résultats de niveau ``état del'art''. Nous calculons d'abord 12 variables modélisant diverses propriétésstructurales des complexes. Nous générons et évaluons des estimateursutilisant des sous ensembles de ces variables, de façon à identifier les plusperformants. Le logiciel associé est distribué dans la Structural BioinformaticsLibrary.Deuxièmement, nous proposons de nouvelles analyses de complexes Ig-Ag.D'une part nous concevons un classificateur distinguant les types de ligand desIg. D'autre part, nous montrons que le modèle précédent prédit fidèlementl'affinité de complexes Ig-Ag. Enfin, nous quantifions la contribution des CDR3de la chaine lourde à l'affinité de liaison, et montrons qu'il contribuesignificativement plus que les autres CDR.Enfin, nous nous intéressons à la modélisation de la diversité des répertoiresde chaîne lourde des Igs, à partir de données de séquençage de CDR3, dans unmodèle de vaccin chez le poisson. Nous analysons les répertoires dans troisconditions: naifs, vaccinés et vaccinés + infectés. Nous comparons lesrépertoires de deux individus en utilisant la « earth-mover distance », laquelleexploite la correspondance entre clonotypes de deux répertoires, révélant ainsides informations inaccessibles aux méthodes basées sur les indices dediversité.Dépôt de thèseDonnées complémentairesPour caractériser la notion de réponse immunitaire publique / privée, nousquantifions le chevauchement des clonotypes exprimés entre individus de lamême ou de différentes conditions / This thesis investigates three topics at the cross-roads of structural biology,genetics and immunology.First, we develop a pipeline to design and select binding affinity predictors forprotein complexes, yielding state-of-the art results. The first step is the designand computation of 12 different variables accounting for geometric andphysico-chemical properties of the complexes. The second step is thegeneration and evaluation of models using subsets of these variables, followedby the selection of the best performing ones. The corresponding software isdistributed within the Structural Bioinformatics Library.Second, we provide an analysis of the interface properties of Ig-Ag complexes.In particular, we design a classifier using two descriptors, which is able todistinguish ligand types. We also apply the previous binding affinity predictionmodel to Ig-Ag complexes and obtain accurate predictions. We then develop aquantitative model for the contribution of VH CDR3 to the binding affinity andinteraction specificity, and show that it contributes significantly more thanother CDRs.Third, we model the diversity of VH CDR3 repertoires from Ig RNA sequencingdata in a fish vaccination model. We analyze repertoires from three conditions:naive, vaccinated and vaccinated + infected fish. Comparison of the repertoiresof two individuals uses the earth-mover distance (EMD). By exploiting amapping between the clonotypes of the repertoires, we show that EMD revealsinformation beyond classical methods based on diversity indexes. Tocharacterize the notion of public / private immune response, we quantify theoverlap of clonotypes between individuals of the same or different conditions

La plupart des sites de liaisons des cibles thérapeutiques sont hydrophobes. La majorité des molécules actives sont donc hydrophobes et difficilement soluble dans l'eau. Pour remédier à ce problème lors des test in vitro, un cosolvant est ajouté dans le milieu de réaction pour augmenter la solubilité des molécules. Le plus commun est le diméthylsulfoxyde (DMSO). Cependant, peu d'études ont regardé l'effet du DMSO sur l'affinité des ligand hydrophobes pour leurs cibles, mais toutes ont montré une modification de l'affinité induite par le DMSO. Pour mieux comprendre l'effet du DMSO il est nécessaire d'étudier un grand nombres de système ligand/récepteur différents. Dans cette étude, nous avons étudié l'effet d'une concentration de 5% de DMSO sur la liaison d'un ligand hydrophobe l'acide adamantane-1-carboxylique (ADA) dans deux cavités hydrophobes la beta et la gamma cyclodextrines (CD). Les deux CD diffèrent par la largeur de leur cavité. Les mesures d'affinités ont été réalisées par mesure de vélocité ultrasonore, résonance magnétique nucléaire et par des simulations moléculaires (MS). Toutes les techniques ont montré que le DMSO n'a pas d'effet sur l'affinité de l'ADA pour la gamma-CD alors qu'il diminue fortement l'affinité de l'ADA pour la beta-CD. L'analyse des MS a montré que le DMSO entre en compétition avec l'ADA pour la petite cavité de la beta-CD alors que pour la large cavité de la gamma-CD cette compétition n'est pas présente. L'effet du DMSO semble plus important lorsque le volume du ligand est parfaitement adapté au volume de la cible. / Most therapeutic targets are proteins whose binding sites are hydrophobic cavities. For this reason, the majority of drugs under development are hydrophobic molecules exhibiting low solubility in water. To tackle this issue, a few percent of cosolvent, such as dimethyl sulfoxide (DMSO), is usually employed to increase drug solubility during the drug screening process. However, the few published studies dealing with the effect of adding DMSO showed that the affinity of hydrophobic ligands is systematically underestimated. To better understand the effect of DMSO, there is a need of studying its effect on a large range of systems. In this work, we used beta and gamma-cyclodextrins (CD) as models of hydrophobic cavities to investigate the effect of the addition 5% DMSO on the affinity of 1-adamantane carboxylic acid (ADA) to these CD. The two systems differ by the size of the CD cavity. The evaluation of binding constants was performed using ultrasound velocimetry, nuclear magnetic resonance spectroscopy, and molecular simulations (MS). All techniques show that the presence of 5% DMSO does not significantly modify the affinity of ADA for gamma-CD, while the affinity is dramatically reduced for beta-CD. MS analysis show a competition between DMSO and ADA for the small cavity of beta-CD, which is not present for the large cavity of gamma-CD. The bias induced by the presence of DMSO is thus more important when the ligand volume better fits the CD cavity.

L'objectif de cette étude consiste à développer des bio-architectures à base de nanotubes de carbone mono-feuillet à visées électroanalytiques. Pour ce faire, différentes méthodes de fonctionnalisation de nanotubes de carbone ont été proposées à savoir la fonctionnalisation en solution, par trempage et par électropolymérisation en se servant des interactions π entre les nanotubes de carbone et des molécules π-conjugués (le pyrrole-biotine, le pyrène-biotine et le pyrèneadamantane). Les matrices utilisées pour la conception des biocapteurs sont basées sur les systèmes d'affinité entre l'avidine et la biotine, et entre l'adamantane et la β- cyclodextrine. La comparaison des performances des différents biocapteurs a permis de déterminer la méthode la plus adéquate pour la fonctionnalisation des nanotubes de carbone. Cette dernière consiste à former une monocouche de monomères par simple trempage puis de la renforcer par électropolymérisation oxydative dans une solution exempte de monomère. Cette stabilisation de la couche adsorbée préserve une excellente accessibilité à la surface de l'électrode sous-jacente. Les surfaces fonctionnelles qui en résultent ont été caractérisées par des méthodes physico-chimiques d'analyse.

Dans notre thèse, nous étudions les rapports que les professeurs construisent avec les disciplines qu’ils enseignent en proposant deux concepts : l’affinité disciplinaire et l’affinité didactique. Nous nous intéressons plus particulièrement aux enseignants et futurs enseignants de sciences physiques et chimiques à la fois du point de vue des fondements et des conditions d’émergence des affinités disciplinaire et didactique, ainsi que leurs effets sur l’enseignement, notamment dans le contexte d’un nouveau programme de lycée, le travail documentaire et les interactions avec les collègues. Nous avons mobilisé deux cadres théoriques : l’analyse praxéologique (Chevallard, 1998) et l’approche documentaire du didactique (Gueudet & Trouche, 2008). Nous avons combiné différents outils de recueil de données : questionnaires, entretiens, observations de classe, et visites des systèmes de ressources des enseignants. Les trois derniers outils ont été appliqués à un petit nombre de professeurs, choisis en fonction de leur affinité déclarée et de leur place dans le processus de constitution des ressources d’enseignement (étudiants en master se destinant à l’enseignement et enseignants expérimentés). Nous avons ciblé l’enseignement d’un concept précis, le spectre, choisi pour sa position frontière (issu de la physique et exploité en chimie par les méthodes spectroscopiques). La thèse propose des développements théoriques et méthodologiques pour saisir les interactions entre les affinités disciplinaire et didactique des enseignants et leur travail documentaire. Les résultats montrent l’existence d’une affinité pour une des deux disciplines, et elle met en évidence les relations fortes entre genèse de l’affinité didactique et genèse des ressources de l’enseignant. / In our thesis, we study the relationships that teachers build with the disciplines that they teach by offering two concepts: disciplinary affinity and didactic affinity.We focus on physics and chemistry, both in terms of the basis and conditions for the emergence of disciplinary and didactic affinities, their effects on teaching, particularly in the context of a new curriculum, documentary work and interactions with colleagues. We have mobilized two theoretical frameworks: the anthropological approach of didactics (Chevallard, 1998) and the documentary approach to didactics (Gueudet & Trouche, 2008). We combined several methodological tools: questionnaries, interviews, classroom observations, and teachers resource systems visits. The last three tools have been applied to a small number of teachers selected with respect to their claimed affinity and their place in the process of teaching resources design (pre-service vs. experienced teachers) targeting the teaching of a specific concept, the spectrum, chosen for its border position (from physics and chemistry operated by spectroscopic methods).The thesis offers theoretical and methodological developments to capture interactions between disciplinary and didactic affinities of teachers and their documentary work. The results evidence the presence of an affinity for one of the two disciplines, and it highlights the strong relationship between genesis of didactic affinity and genesis of teaching resources.

L'objectif de ma thèse est d'étudier des oligonucléotides et mononucléotides par de nouvelles techniques de fragmentation comme l'EDD (Electron-Detachment-Dissociation) et l'EID (Electron-Induced-Dissociation) qui font intervenir un bombardement d'électrons. Les échantillons sont d'abord ionisés par une source electrospray (ESI) qui permet une ionisation douce. Au cours de mon travail de thèse, je me suis intéressé à l'étude de petits oligonucléotides (ADN et ARN simples brins) et de mononucléotides par EDD et EID. Tout d'abord nous optimisons les différents paramètres qui ont permis d'obtenir en ESI les espèces multichargées pour étudier les processus EDD, EID d'oligonucléotides à des états de charge différents, afin d'obtenir le maximum d'ions fragments. Ces spectres seront comparés avec les spectres SORI-CID (Collision-Induced-Dissociation) et IRMPD (Infrared-Multiphoton-Dissociation) pour mettre en évidence les spécificités de l'EDD et EID par rapport au SORI-CID. Les spectres EDD et EID montrent quelques ions fragments qui ne sont pas observés dans les spectres SORI-CID et IRMPD parce que ces derniers ne conduisent pas aux ions radicalaires. Grâce aux ions fragments radicalaires obtenus en EDD et en EID, nous avons pu accéder au séquençage d'oligonucléotides riches en thymine pour lesquels il est difficile d'obtenir des informations par les méthodes conventionnelles. Enfin nous avons utilisé des techniques particulières de la technologie ICR et qui seront présentées dans ce manuscrit

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

Les plates-formes multi-coeurs avec un accès mémoire non uniforme (NUMA) sont devenu des ressources usuelles de calcul haute performance. Dans ces plates-formes, la mémoire partagée est constituée de plusieurs bancs de mémoires physiques organisés hiérarchiquement. Cette hiérarchie est également constituée de plusieurs niveaux de mémoires caches et peut être assez complexe. En raison de cette complexité, les coûts d'accès mémoire peuvent varier en fonction de la distance entre le processeur et le banc mémoire accédé. Aussi, le nombre de coeurs est très élevé dans telles machines entraînant des accès mémoire concurrents. Ces accès concurrents conduisent à des ponts chauds sur des bancs mémoire, générant des problèmes d'équilibrage de charge, de contention mémoire et d'accès distants. Par conséquent, le principal défi sur les plates-formes NUMA est de réduire la latence des accès mémoire et de maximiser la bande passante. Dans ce contexte, l'objectif principal de cette thèse est d'assurer une portabilité des performances évolutives sur des machines NUMA multi-coeurs en contrôlant l'affinité mémoire. Le premier aspect consiste à étudier les caractéristiques des plates-formes NUMA que sont à considérer pour contrôler efficacement les affinités mémoire, et de proposer des mécanismes pour tirer partie de telles affinités. Nous basons notre étude sur des benchmarks et des applications de calcul scientifique ayant des accès mémoire réguliers et irréguliers. L'étude de l'affinité mémoire nous a conduit à proposer un environnement pour gérer le placement des données pour les différents processus des applications. Cet environnement s'appuie sur des informations de compilation et sur l'architecture matérielle pour fournir des mécanismes à grains fins pour contrôler le placement. Ensuite, nous cherchons à fournir des solutions de portabilité des performances. Nous entendons par portabilité des performances la capacité de l'environnement à apporter des améliorations similaires sur des plates-formes NUMA différentes. Pour ce faire, nous proposons des mécanismes qui sont indépendants de l'architecture machine et du compilateur. La portabilité de l'environnement est évaluée sur différentes plates-formes à partir de plusieurs benchmarks et des applications numériques réelles. Enfin, nous concevons des mécanismes d'affinité mémoire qui peuvent être facilement adaptés et utilisés dans différents systèmes parallèles. Notre approche prend en compte les différentes structures de données utilisées dans les différentes applications afin de proposer des solutions qui peuvent être utilisées dans différents contextes. Toutes les propositions développées dans ce travail de recherche sont mises en œuvre dans une framework nommée Minas (Memory Affinity Management Software). Nous avons évalué l'adaptabilité de ces mécanismes suivant trois modèles de programmation parallèle à savoir OpenMP, Charm++ et mémoire transactionnelle. En outre, nous avons évalué ses performances en utilisant plusieurs benchmarks et deux applications réelles de géophysique. / Multi-core platforms with non-uniform memory access (NUMA) design are now a common resource in High Performance Computing. In such platforms, the shared memory is organized in an hierarchical memory subsystem in which the main memory is physically distributed into several memory banks. Additionally, the hierarchical memory subsystem of these platforms feature several levels of cache memories. Because of such hierarchy, memory access costs may vary depending on the distance between tasks and data. Furthermore, since the number of cores is considerably high in such machines, concurrent accesses to the same distributed shared memory are performed. These accesses produce more stress on the memory banks, generating load-balancing issues, memory contention and remote accesses. Therefore, the main challenge on a NUMA platform is to reduce memory access latency and memory contention. In this context, the main objective of this thesis is to attain scalable performances on multi-core NUMA machines by controlling memory affinity. The first goal of this thesis is to investigate which characteristics of the NUMA platform and the application have an important impact on the memory affinity control and propose mechanisms to deal with them on multi-core machines with NUMA design. We focus on High Performance Scientific Numerical workloads with regular and irregular memory access characteristics. The study of memory affinity aims at the proposal of an environment to manage memory affinity on Multi-core Platforms with NUMA design. This environment provides fine grained mechanisms to manage data placement for an application by using compilation time and architecture information. The second goal is to provide solutions that show performance portability. By performance portability, we mean solutions that are capable of providing similar performances improvements on different NUMA platforms. In order to do so, we propose mechanisms that are independent of machine architecture and compiler. The portability of the proposed environment is evaluated through the performance analysis of several benchmarks and applications over different platforms. Last, the third goal of this thesis is to design memory affinity mechanisms that can be easily adapted and used in different parallel systems. Our approach takes into account the different data structures used in High Performance Scientific Numerical workloads, in order to propose solutions that can be used in different contexts. We evaluate the adaptability of such mechanisms in two parallel programming systems. All the ideas developed in this research work are implemented in a Framework named Minas (Memory affInity maNAgement Software). Several OpenMP benchmarks and two real world applications from geophysics are used to evaluate its performance. Additionally, Minas integration on Charm++ (Parallel Programming System) and OpenSkel (Skeleton Pattern System for Software Transactional Memory) is also evaluated.