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

No description available.

Le poisson zèbre Danio rerio a été utilisé dans cette étude comme organisme modèle, dans un projet visant à développer une méthode de confinement biologique des poissons d'élevage fondée sur les interactions entre la biotine et l'avidine. Les objectifs de cette thèse étaient de i) estimer les besoins en biotine chez le poisson zèbre; ii) étudier les effets d'une complémentation en biotine et en avidine sur la croissance, la survie, la conversion des aliments, le statut de la biotine et l'expression des gènes chez le poisson zèbre; iii) évaluer la contribution de la microflore intestinale dans l'approvisionnement en biotine chez le poisson zèbre; et iv) évaluer les effets de la biotine sur la reproduction du poisson zèbre. La première étude de cette thèse a démontré que la biotine est essentielle pour la croissance du poisson zèbre et que le niveau de biotine à inclure dans l'aliment pour une croissance maximale est de 0,51 mg kg-1 d'aliment. La seconde étude a confirmé le caractère essentiel de la biotine pour ce poisson, tel que démontré précédemment. Elle a aussi révélé que l’alimentation du poisson zèbre avec une ration contenant 60 fois plus d'avidine que le niveau requis de biotine induit des signes de carence en biotine. La troisième étude a suggéré que la synthèse microbienne intestinale est une source significative de biotine chez le poisson zèbre. Les poissons nourris avec la ration contenant un antibiotique (1% succinylsulfathiazole, masse/masse) ont présenté une croissance, une condition générale, des teneurs en biotine totale du corps, une survie et une utilisation des aliments moindres que ceux nourris avec les rations ne contenant pas d'antibiotique. Les résultats de la quatrième étude ont démontré que les mâles carencés en biotine présentent un faible indice gonado-somatique et de faibles qualité et quantité du sperme, tandis que les femelles carencées en biotine ont une faible fertilité. Les résultats de cette thèse ont fourni des informations de base pour la compréhension des interactions entre la biotine et l'avidine alimentaires chez le poisson zèbre. Ces données pourront servir à développer des stratégies de confinement biologique en utilisant ces interactions. / Zebrafish Danio rerio was used as model organism in the first step of a project aiming at developing a biological confinement method of farmed fish based on the interactions between biotin and avidin. The objectives of this thesis were i) to estimate the dietary biotin requirements of zebrafish; ii) to study the effects of dietary biotin and avidin on growth, survival, feed conversion, biotin status and gene expression in zebrafish; iii) to assess the contribution of the intestinal microflora to biotin supply in zebrafish, and iv) to investigate the effects of biotin on zebrafish reproduction. The first study of this thesis has demonstrated that biotin is essential for zebrafish growth and that the optimum dietary biotin requirement for maximal growth is 0.51 mg kg-1 diet. The second study confirmed the essentiality of biotin for zebrafish growth found in the first study. This study also revealed that feeding zebrafish a diet containing avidin in 60-fold excess of biotin requirement induces biotin deficiency signs in zebrafish such as retarded growth, high mortality, low condition factor, and decreased steady-state level of acetyl CoA carboxylase-A (acca) transcripts in the liver. The third study suggested that intestinal microbial synthesis is a significant source of biotin to zebrafish. Fish fed the antibiotic-supplemented diet (1% succinylsulfathiazole, mass/mass) showed lower growth, health condition, whole-body biotin content, survival and feed utilization than fish fed the biotin unsupplemented and biotin supplemented diets. The results of the fourth study demonstrated that dietary biotin affect both male and female reproductive performances; the biotin-deficient male showed lower gonadosomatic index as well as lower sperm quality and quantity, while biotin-deficient female showed reduced fertility. The results of this thesis constitute a baseline in the understanding of the interactions between dietary biotin and avidin in zebrafish nutrition on the one hand, and in the potential use of these interactions in order to develop a biological confinement strategy of farmed fish on the other hand.

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.

La compréhension des phénomènes d'adsorption des protéines aux interfaces solides liquides est un élément clé dans la conception et l'utilisation de membranes artificielles et de matériaux biocompatibles. Devant la complexité des phénomènes, les études fondamentales et leurs modélisations revêtent une importance stratégique. Les techniques de fluorescence et de polarisation de fluorescence résolues dans le temps permettent à de très faible concentration d'obtenir des informations tant sur l'environnement direct que sur le mouvement d'une molécule émettrice. Par ailleurs, les techniques de fluorescence confocales rendent possibles quant à elles la visualisation d'un volume parfaitement localisé de l'ordre du femtolitre. <br />La fluorescence intrinsèque des protéines ou le marquage direct par un chromophore ne rendent pas toujours compte simplement du mouvements des protéines. De ce fait, Nous avons synthétisé une sonde fluorescente composée de biotine éthylènediamine et d'alexa fluor 594. Ce marquage permet d'obtenir un temps de corrélation unique l de 32 ns, compatible à celui attendu pour une protéine de géométrie sphérique de masse molaire de 66 KDa. Durant ce travail de thèse, nous avons développé un dispositif optique innovant permettant d'effectuer des études d'adsorption sous flux par des mesures de fluorescence et de polarisation de fluorescence résolues dans le temps en mode confocal. Le dispositif mise au point permet d'obtenir une résolution spatial de 1,2 µm soit un volume de l'ordre du femtolitre qu'il est possible de déplacer dans une cuve d'épaisseur de 230 µm. En fluorescence dynamique, les valeurs de temps de corrélation et de durée de vie de fluorescence obtenue sont similaires avec ceux obtenus en mesure de fluorescence classique.<br />Enfin, nous avons suivi la cinétique d'adsorption et l'évolution des profile de concentration de l'avidine lors du processus d'adsorption sur une surface modèle (mica) et sur une membrane d'hémodialyse (AN-69).

Les pentasaccharides sont des inhibiteurs indirects du facteur Xa ayant des profils pharmacocinétiques très prédictibles. En raison de la liaison de forte affinité des pentasaccharides à l'antithrombine, cette pharmacocinétique peut être prédite mais aussi transférée à d'autres molécules qui leur sont liées de manière covalente. L'EP42675 combine dans une seule molécule, une antithrombine directe réversible peptidomimétique (analogue de l'α-NAPAP), et un pentasaccharide inhibiteur indirect du facteur Xa antithrombine dépendant (analogue du fondaparinux). L'EP217609 est le dérivé biotinylé de l'EP42675. Son action anticoagulante peut être neutralisée par l'avidine qui se lie avec une grande affinité et spécificité à la fraction biotine de l'EP217609. La première indication cible de l'EP217609 et de son antidote l'avidine est la chirurgie cardiaque nécessitant une circulation extracorporelle. La deuxième indication cible est le traitement des syndromes coronariens aigus nécessitant ou non une intervention coronarienne percutanée. Les études précliniques et cliniques de phase I et phase IIa résumées ici démontrent l'intérêt d'un tel concept de couplage avec un pentasaccharide : absence de dissociation entre les deux entités, faible variabilité intra et interindividuelle des paramètres pharmacocinétiques et pharmacodynamiques, et une neutralisation de l'activité anticoagulante de l'EP21609 quasi complète et sans effet rebond. / Pentasaccharides are indirect inhibitors of factor Xa with highly predictable pharmacokinetic profiles. Because of the high affinity binding of pentasaccharides to antithrombin, this pharmacokinetics can be predicted but also transferred to other molecules covalently bound to them. EP42675 combines in a single molecule, a reversible direct antithrombin (α-NAPAP peptidomimetic analog), and a pentasaccharide similar to fondaparinux with an indirect anti-factor Xa activity. EP217609 is the biotinylated derivative of EP42675 whose anticoagulant activity can be neutralized by avidin which binds with high affinity and specificity to the biotin moiety of EP217609.The first target indication of EP217609 and its antidote avidin is cardiac surgery requiring extracorporeal circulation. The second target indication is the treatment of acute coronary syndromes requiring or not a percutaneous coronary intervention.The preclinical and clinical Phase I and IIa studies summarized here demonstrate the value of such a coupling concept to the pentasaccharide: absence of dissociation between the two entities, low intra- and interindividual variability of the pharmacokinetic and pharmacodynamic parameters, and an almost complete neutralization of the EP217609 anticoagulant activity with no rebound effect.

Les liquides ioniques connaissent depuis quelques décennies un essor particulier en raison de leurs nombreuses propriétés physico-chimiques intéressantes, telles qu’une faible pression de vapeur saturante, une viscosité limitée, une faible miscibilité avec la plupart des solvants communs, ou encore des propriétés d’agencement supramoléculaire, qui en font des outils puissants dans de nombreux domaines de la chimie. Les sels d’imidazolium représentent la plus grande famille de liquides ioniques à ce jour. Leur modulabilité leur permet d’être dérivés pour de nombreuses applications spécifiques, notamment en synthèse organique, où ils sont utilisés majoritairement comme solvants, et plus récemment comme catalyseurs. Les travaux présentés dans cette thèse se concentrent sur leur utilisation en synthèse organique, à la fois comme solvants et principalement comme catalyseurs chiraux, catalyseurs pour lesquels l’anion du sel est l’espèce catalytique, permettant d’ajouter de la flexibilité et de la mobilité au système. En tirant parti de la tolérance des liquides ioniques envers la majorité des macromolécules naturelles, l’objectif principal des travaux présentés dans cette thèse est le développement d’un nouveau type de catalyseur bio-hybride reposant sur l’encapsulation d’un sel d’imidazolium dans une protéine. Par le biais de la technologie biotine-avidine, l’inclusion supramoléculaire de sels d’imidazolium biotinylés portant des contre-anions catalytiques dans l’avidine a été réalisée et exploitée en catalyse. Dans un premier temps, le développement et l’étude de deux sels de 1-butyl-3-méthylimidazolium possédant des anions chiraux dérivés de la trans-4-hydroxy-L-proline sont rapportés, ainsi que leur comportement dans des réactions énantiosélectives d’aldol et d’addition de Michael. Ces types de composés se sont révélés actifs et performants en milieu liquide ionique. Dans un second temps, la préparation de sels d’imidazolium dont le cation est biotinylé et portant un contre-anion achiral, a été réalisée. Le comportement de l’avidine en milieu liquide ionique et son apport en termes de chiralité sur le système bio-hybride ont été étudiés. Les résultats montrent le rôle crucial des liquides ioniques sur la conformation de la protéine et l’efficacité du catalyseur pour des réactions d’aldol. Dans un dernier temps, l’influence de la structure du cation et de l’anion sur le système a été étudiée. Différents espaceurs ont été introduits successivement dans les squelettes cationiques et anioniques des sels d’imidazolium biotinylés. Dans le cas du cation, les résultats ne révèlent aucune influence majeure sur l’efficacité du catalyseur. La structure de l’anion se montre cependant beaucoup plus importante : la préparation de différents catalyseurs bio-hybrides possédant des anions aux propriétés physico-chimiques différentes a permis d’obtenir de plus amples informations sur le mode de fonctionnement du système bio-hybride et de la coopérativité entre l’avidine et l’anion du sel d’imidazolium.La nature ionique de la liaison cation-anion offrant une liberté de mouvement accrue à l’anion dans la protéine, la tolérance à différents substrats a également été abordée après optimisation du système. / Ionic liquids have gained a growing interest due to many interesting properties, such as low vapor pressure, reasonably low viscosity, poor miscibility with common organic solvents, and also exhibit supramolecular organization in solution, which make them interesting tools for several fields of applications in chemistry. As of today, imidazolium salts make up the largest family of ionic liquids. Their modulability allows them to be used for a wide range of applications, notably in organic chemistry, where they are mainly used as solvents, but also more recently as actual catalysts. The work presented in this thesis focuses on their use as solvents and chiral catalysts, in which the catalytic species is the anion of the imidazolium salts, adding more flexibility and mobility to the whole system. Taking advantage from the tolerance of ionic liquids toward biological macromolecules, the main goal of this work is the design and development of a new type of bio-hybrid catalyst based on the encapsulation of an imidazolium salt inside the cavity of a host protein. Based on the biotin-avidin technology, the supramolecular ligation of biotinylated imidazolium salts inside avidin, bearing catalytic counter-anion, is discussed. As a first step, the development and studies of two 1-butyl-3-methylimidazolium-based salts, bearing trans-4-hydroxy-L-proline-derived anions are reported. Their use for asymmetric catalysis in ionic liquids media is disclosed, both for the aldol and Michael additions. Results show that these compounds are viable and efficient organocatalysts in ionic liquids. Subsequently, the preparation of biotinylated imidazolium salts, bearing a racemic pyrrolidine-based counter-anion is reported. Avidin behaviour in ionic liquid media, as well as its contribution for the stereocontrol for the whole bio-hybrid system, is assessed. Results highlight the critical role of the ionic liquid reaction medium on the protein’s conformation, and thus the efficiency of the bio-hybrid catalyst towards aldol reactions. Finally, the influence of the structure of the cation and anion on the catalytic properties of the biohybrid system were investigated. Several spacers were inserted successively both in the cation and anion structures of the biotinylated imidazolium salts. Regarding the cation modifications, results show no major influence on the bio-hybrid catalyst behaviour. However, modifying the anion structure revealed the much more important role of the anion towards catalysis. Preparation of different anions, each bearing a different spacer, granting them different physico-chemical properties, gives rise to further information regarding the behaviour of the bio-hybrid catalyst, and possible cooperativity between avidin and the imidazolium salt. The ionic character of the interaction between the anion and the cation, allowing a greater freedom of movement of the anion inside the avidin’s cavity, and the tolerance of the bio-hybrid system to different substrates were studied.