L'un des phénomènes les plus importants survenus pendant la maturation du fruit de tomate est le changement de couleur du vert au rouge. Ce changement a lieu dans les plastes et correspond à la différenciation des plastes photosynthétiques, les chloroplastes, en plastes non-photosynthétiques qui accumulent des caroténoïdes, les chromoplastes. Dans cette thèse, nous présentons d'abord une introduction bibliographique sur le domaine de la transition chloroplaste-chromoplaste, en décrivant les modifications structurales et physiologiques qui se produisent pendant la transition. Puis, dans le premier chapitre, nous présentons des observations microscopiques de plastes isolés à trois stades de mûrissement, puis des enregistrements en temps réel de la fluorescence des pigments sur les tranches de fruits de tomate. Il a été possible de montrer que la transition chloroplaste-chromoplaste était synchrone pour tous les plastes d'une seule cellule et que tous les chromoplastes proviennent de chloroplastes préexistants. Dans le deuxième chapitre, une approche protéomique quantitative de la transition chloroplaste-chromoplaste est présentée, pour identifier les protéines différentiellement exprimées. Le traitement des données a identifié 1932 protéines parmi lesquelles 1529 ont été quantifiées par spectrométrie de masse. Les procédures de quantification ont ensuite été validées par WESTERN blot de certaines protéines. La chromoplastogénèse comprend les changements métaboliques suivants : diminution de l'abondance des protéines de réaction à la lumière et du métabolisme des glucide, et l'augmentation de la biosynthèse des terpénoïdes et des protéines de stress. Ces changements sont couplés à la rupture de la biogenèse des thylakoïdes, des photosystèmes et des composants de production d'énergie, et l'arrêt de la division des plastes. Dans le dernier chapitre nous avons utilisé la lincomycine, un inhibiteur spécifique de la traduction à l'intérieur des plastes, afin d'étudier les effets sur la maturation des fruits et sur l'expression de gènes nucléaires impliqués dans la maturation. Les résultats préliminaires indiquent que l'inhibition de la traduction des protéines dans les plastes affecte la maturation du fruit en réduisant l'accumulation de caroténoides. L'expression de plusieurs gènes nucléaires a été modifiée mais une relation claire avec le phénotype altéré de maturation n'a pas pu être établie. Au total, notre travail donne de nouveaux aperçus sur le processus de différenciation chromoplaste et fournit des données nouvelles ressources sur le protéome plaste / One of the most important phenomenons occurring during tomato fruit ripening is the color change from green to red. This change takes place in the plastids and corresponds to the differentiation of photosynthetic plastids, chloroplasts, into non photosynthetic plastids that accumulate carotenoids, chromoplasts. In this thesis we first present a bibliographic introduction reviewing the state of the art in the field of chloroplast to chromoplast transition and describing the structural and physiological changes occurring during the transition. Then, in the first chapter we present an in situ real-time recording of pigment fluorescence on live tomato fruit slices at three ripening stages. By viewing individual plastids it was possible to show that the chloroplast to chromoplast transition was synchronous for all plastids of a single cell and that all chromoplasts derived from pre-existing chloroplasts. In chapter two, a quantitative proteomic approach of the chloroplast-to-chromoplast transition is presented that identifies differentially expressed proteins. Stringent curation and processing of the data identified 1932 proteins among which 1529 were quantified by spectral counting. The quantification procedures have been subsequently validated by immune-blot evaluation of some proteins. Chromoplastogenesis appears to comprise major metabolic shifts (decrease in abundance of proteins of light reactions and carbohydrate metabolism and increase in terpenoid biosynthesis and stress-related protein) that are coupled to the disruption of the thylakoid and photosystems biogenesis machinery, elevated energy production components and loss of plastid division machinery. In the last chapter, we have used lincomycin, a specific inhibitor of protein translation within the plastids, in order to study the effects on fruit ripening and on the expression of some ripening-related nuclear genes. Preliminary results indicate that inhibiting protein translation in the plastids affects fruit ripening by reducing the accumulation of carotenoids. The expression of several nuclear genes has been affected but a clear relationship with the altered ripening phenotype could not be established. Altogether, our work gives new insights on the chromoplast differentiation process and provides novel resource data on the plastid proteome

Les Kinases cycline-dépendantes (CDK / cyclines) jouent un rôle majeur dans la régulation de la progression du cycle cellulaire et la prolifération des cellules cancéreuses, et constituent ainsi des cibles d'intérêt pour le développement de stratégies de diagnostic et thérapeutiques anticancéreuse. L'objectif de cette étude a consisté à développer une famille de biosenseurs fluorescents pour mesurer l'activité des CDK/ cycline in vitro, in cellulo et in vivo.Nous avons conçu et développé un biosenseur polypeptidique sensible à l'environnement comprenant une séquence substrat des CDKs, qui est marquée avec une sonde fluorescente sensible à l'environnement à proximité du site de phosphorylation, et un domaine de liaison phospho-amino acide, qui se lie à la séquence du substrat lorsqu'il est phosphorylé, ce qui modifie l'environnement de la sonde fluorescente et conduit par conséquent à l'augmentation de la fluorescence. Plusieurs variants de ce premier biosenseur CDKACT ont été développés. Les biosenseurs ont d'abord été caractérisés in vitro en utilisant plusieurs complexes CDK / cycline recombinants et avec des CDK / cyclines endogènes à partir d'extraits cellulaires, induisant des changements dynamiques de l'intensité de fluorescence, qui ont été mesurés en temps réel. Nous avons caractérisé la spécificité de ces biosenseurs pour les kinases CDK/ cycline par rapport à d'autres kinases (Plk1, Plk3, CIV, PKA, MAPK). En outre ces biosenseurs permettent de mesurer des différences dans l'activité des CDK/Cyclines entre différentes lignées cellulaires saines et cancéreuses. Enfin, nous avons mis en place les conditions pour internaliser ces biosenseurs dans des cellules vivantes grâce à des formulations de peptides pénétrants, afin de mesurer l'activité des CDK / cycline en temps réel. L'imagerie time-lapse et la quantification ratiométrique de fluorescence de la sonde sensible à l'environnement par rapport à une sonde fluorescente standard a permis de suivre l'activité des CDK/ cycline au cours du cycle cellulaire de cellules en division, des cellules ne se divisant pas et des cellules traitées avec des inhibiteurs des CDK / cycline. Les biosenseurs ont également été utilisé pour établir des conditions nécessaires à réaliser un criblage haut débit et des essais d'imagerie in vivo dans des modèles de souris comportant des xénogreffes. / Cyclin-dependent kinases (CDK/Cyclins) play central roles in regulation of cell cycle progression and proliferation of cancer cells, thereby constituting attractive targets for development of cancer diagnostics and therapeutics. The objective of this study consisted in developing a family of fluorescent biosensors to probe CDK/Cyclin activity in vitro, in cellulo and in vivo. To this aim, we designed and engineered an environmentally sensitive polypeptide sensor consisting of a CDK substrate sequence labelled with an environmentally-sensitive dye proximal to the phosphorylation site, and a phospho-amino acid binding domain, which binds the substrate sequence when it is phosphorylated, thereby altering the environment of the fluorescent probe and consequently leading to fluorescence enhancement. Several variants of this first CDKACT biosensor were further engineered. The biosensors were first characterized in vitro using several recombinant CDK/Cyclin complexes and endogenous CDK/Cyclins from cell extracts, inducing dynamic changes in fluorescence intensity, which were measured in real-time. We further characterized the specificity of these biosensors for CDK/Cyclin kinases as opposed to other kinases (Plk1, Plk3, CIV, PKA, MAPK). We further applied CDK biosensors to measure CDK/Cyclin kinase activity between different healthy and cancer cell lines. Finally, we established conditions to deliver the biosensors into living cells thanks to cell-penetrating peptide formulations, to monitor CDK/Cyclin activity in real time. Time-lapse imaging and ratiometric quantification of fluorescence of the environmentally sensitive probe over that of a fluorescent standard allowed to monitor CDK/Cyclin activity throughout the cell cycle of dividing cells, non-dividing cells and cells treated with CDK/Cyclin inhibitors. The biosensors were further applied to establish conditions for a high throughput screen and an in vivo imaging assay using xenografted mouse models.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à la restauration d'image tridimensionnelle de microscopie de fluorescence. Deux difficultés majeures dans ce système d'imagerie sont traitées. La première est le flou variable en profondeur qui est dû aux aberrations induites par la variation des indices de réfraction dans le système optique et le spécimen imagé. La deuxième est le bruit qui est principalement dû au processus de comptage de photons. L'objectif de cette thèse est de réduire ces distorsions afin de fournir aux biologistes une image de meilleure qualité possible. Dans la première partie de cette thèse, nous étudions les modèles d'approximation du flou variable en profondeur et nous choisissons un modèle adéquat au problème d'inversion. Dans ce modèle, la réponse impulsionnelle (RI) variable en profondeur est approchée par une combinaison convexe d'un ensemble de RIs invariables spatialement. Nous développons pour ce modèle deux méthodes rapides de restauration non-aveugle par minimisation d'un critère régularisé, chacune d'elles est adaptée au type de bruit présent dans les images de microscopie confocale ou à champ large. Dans la deuxième partie, nous abordons le problème de restauration aveugle et proposons deux méthodes dans lesquelles le flou variable en profondeur et l'image sont conjointement estimés. Dans la première méthode, la RI est estimée en chaque voxel du volume considéré afin de laisser une grande liberté sur la forme de la RI, tandis que dans la deuxième méthode, la forme de la RI est contrainte par une fonction gaussienne afin de réduire le nombre de variables inconnues et l'espace des solutions possibles. Dans ces deux méthodes d'estimation aveugle, l'effet des aberrations optiques n'est pas efficacement estimé en raison du manque d'information. Nous améliorons ces méthodes d'estimation en alternant des contraintes dans les domaines fréquentiel et spatial. Des résultats sont montrés en simulation et sur des données réelles. / In this thesis, we focus on the restoration of three-dimensional image of fluorescence microscopy. Two major difficulties in this imaging system are considered. The first one is the depth-variant blur due to aberrations induced by the refractive index variation in the optical system and the imaged specimen. The second difficulty is the noise due to the photon counting process. The goal of this thesis is to reduce these distortions in order to provide biologists with a better image quality. In the first part of this thesis, we study the approximation models of the depth-variant blur and choose an appropriate model for the inversion problem. In that model, the depth-variant point spread function (PSF) is approximated by a convex combination of a set of space-invariant PSFs. We then develop for that model two fast non-blind restoration methods by minimizing a regularized criterion, each of these methods is adapted to the type of noise present in images of confocal or wide field microscopy. In the second part, we address the problem of blind restoration and propose two methods where the depth-variant blur and the image are jointly estimated. In the first method, the PSF is estimated at each voxel in the considered volume in order to allow high degree of freedom on the PSF shape while in the second method, the shape of the PSF is constrained by a Gaussian function in order to reduce the number of unknown variables and the space of possible solutions. In both blind estimation methods, the effect of optical aberrations is not effectively estimated due to the lack of information. We thus improve these estimation methods by alternating some constraints in the frequency and spatial domains. Results on simulated and real data are shown.

Les composés polyaromatiques polysoufrés représentent une classe de molécules peu étudiées, malgré leurs propriétés intéressantes. La présence du soufre influence les propriétés redox, photophysiques et de complexation. Nous avons préparé une série de ces composés par des réactions de substitution nucléophile aromatique. Ceux-ci peuvent être fonctionnalisés par des unités polyaromatiques, tels que l’anthracène ou le pyrène, ou par des glycosides. Leurs propriétés de luminescence ont été étudiées en particulier sous l’angle de l’émission induite par l’agrégation, où les composés deviennent émissifs lorsqu’ils sont immobilisés en phase solide ou fortement refroidis. Ils permettent également de stabiliser des nanoparticules de fer/platine, où une forte densité d’atomes de soufre divalent joue un rôle important en nanosciences. Les dérivés glycosylés ont été testés chez différentes lectines comme ConA, PAIL, PAIIL et Bc2lA, les trois dernières étant impliquées dans les infections bactériennes chez les patients atteints de mucoviscidose. Les études comprennent les propriétés photophysiques, de réticulation et des mesures d’affinité par des méthodes biophysiques (SPR, ITC et HIA). Ceci a ammené à la production de nouveaux biocapteurs ou sondes luminescentes basés sur des interactions sélectives lectine-sucre dans l’éventualité future de dispositifs de diagnostics et de détection à partir d’expression de lectines (ex. cancer, infections bactériennes, etc.).Une autre classe de composés polyaromatiques a été étudiée, les hélicènes. Ces molécules hélicoïdales chirales sont retrouvées sous deux formes énantiomériques, selon le pas d’hélice. Nous présentons ici une nouvelle méthode de synthèse des hélicènes par une voie organométallique de réactions d’annulation et d’insertions C-H. Une étude poussée des conditions réactionnelles a été réalisée. Nous avons préparé des hélicènes fonctionnalisés. Les dérivés bromés et cyanés du [5]-hélicène ont été déposés sur la surface de Suzuki, afin d’étudier par nc-AFM les propriétés de structuration de ces produits sur une surface isolante. Le [5]-hélicène a aussi été fonctionnalisé par des unités mannosylés, dans les mêmes perspectives que pour les astérisques soufrés glycosylés. Ces hélicènes glycosylés sont les premiers de la sorte décrit dans la littérature. Ils ont présenté des propriétés convenables vers des sondes luminescentes chirales et d’autres biocapteurs, qui sont basés sur les interactions lectine-sucre. / Polysulfurated polyaromatic compounds represent a class of molecules that are not extensively studied, despite their interesting properties. The presence of sulfur affects their redox, photophysical and complexation properties. We prepared a series of these compounds by using some aromatic nucleophilic substitutions. They can be further functionalized by some polyaromatic units, such as anthracene or pyrene, or by some glycosides.Their luminescence properties have been especially studied for their agregation induced emission properties, where the emission of the compounds is turned on when they are immobilized in solid phase or strongly cooled. These compounds can also be used to stabilize iron/platinum nanoparticles, where a high density of divalent sulfur atoms play an important role in nanosciences. Glycosylated derivatives have been tested with different lectins like ConA, PAIL, PAIIL and Bc2lA, the last three being involved in bacterial infections found in patient suffering from cystic fibrosis. Studies include photophysical and reticulation properties, and also affinitiy assays by using biophysical methods (SPR, ITC, and HIA). It provided some novel biosensors or luminescent sensors based on some selective lectin-carbohydrate interactions, in the event of future diagnostic devices and biological detection originating from lectins expressions (ex. cancer, bacterial infection, etc.).Another class of polyaromatic compounds has been studied, the helicenes,. Those chiral helical molecules can be found under two enantiomeric forms, according to the sense of the helical pitch.We herein present a new synthetic method of helicenes based on an organometallic route for some annulation reactions and C-H insertions. An exhaustive study of reaction conditions has been performed. We have prepared some functionnalized helicenes. Brominated and cyanated [5]-helicene derivatives have been deposited on a Suzuki surface, in order to study their structuration properties by nc-AFM on a non conductive surface. [5]-helicene was further functionnalized with some mannosylated units, with the same perspectives as for the glycosylated sulfurated asterisks. Those glycosylated helicenes are the first of their kind described in the literature. They provided some adequate properties toward new chiral and luminescent sensors, as well as other biosensors, which are based on lectin-carbohydrate interactions.

La démonstration de la première diode laser organique reste un défi majeur en opto-électronique organique. Parmi les nombreuses problématiques à étudier, l’aspect « matériau » (gain et pertes) est capital. Par exemple, la limite théorique basse du seuil laser en pompage électrique pourrait être connue s’il existait une méthode d’estimation fiable du seuil laser en pompage optique. Dans cette thèse nous avons étudié le gain et la polarisation de lasers basés sur des couches minces de polymère dopées par des colorants organiques. L’originalité de ce travail repose sur l’étude des propriétés du matériau organique à travers l’analyse des caractéristiques de microlasers. Cela permet aussi de s’intéresser aux problématiques de couplage gain-mode et aux systèmes ouverts. Nous proposons une description quantitative du processus d’amplification dans les matériaux organiques. Une relation liant gain, pertes et seuil est établie dans le cas d’une cavité Fabry-Perot, ce qui permet par la suite l’étude de l’amplification optique et de l’extraction de la lumière dans les cavités diélectriques à travers la mesure précise du seuil laser. Nous avons exploré différentes formes de cavités, comme les carrés où la lumière est couplée vers l’extérieur par diffraction au niveau des coins. Nous avons démontré que l’anisotropie de fluorescence intrinsèque des molécules de colorant gouverne la polarisation de tels systèmes lasers. Nous avons développé à cette occasion un modèle original incluant la distribution non-isotrope des molécules dans le polymère. Nous avons aussi étudié le rôle de la géométrie de la cavité sur l’état de polarisation du laser, et différents moyens de contrôler cet état. / The demonstration of an electrically pumped organic laser remains a major issue of organic optoelectronics for several decades. This goal requires an improved device configuration so as to reduce losses which are intrinsically higher under electrical excitation compared to optical pumping. Moreover a systematic investigation of the material properties is still missing and should lead to a reliable estimate of the lasing threshold under optical pumping, and then to a lower limit for electrical pumping. In this thesis we addressed the issue of gain and polarization properties of organic materials in the case of dye-doped polymer thin films. The originality of this work lies in the study of materials via the features of dielectric micro-lasers, allowing to investigate the issues of gain and mode coupling and the physics of open systems. We propose a quantitative description of amplification in organic materials. The “gain-loss-threshold” relation was developed and demonstrated for a Fabry-Perot type cavity, opening the way to study both amplification in organic materials and light out-coupling in dielectric micro-cavities via the lasing threshold. Within this context, different cavity shapes were studied, for instance squares, where light out-coupling takes place by diffraction at dielectric corners. We evidence that polarization properties of such lasing system originate from the intrinsic fluorescence anisotropy of dyes, which required to develop a specific anisotropic model going beyond the existing theory. We also investigated the role of the cavity geometry on the polarization states of the micro-lasers and proposed different ways to influence these features.

La compréhension des processus cellulaires au niveau membranaire est un domaine d’étude important en recherche biomédicale. Contourner la limite de diffraction en microscopie de fluorescence est maintenant devenu possible en exploitant les transitions moléculaires du fluorophore. Ce travail présente le développement instrumental de deux techniques complémentaires permettant d’atteindre une résolution nanométrique, grâce à l'émission stimulée (STimulated Emission Depletion - STED) d’une part, et la microscopie de fluorescence aux angles supercritiques (Supercritical Angle Fluorescence, SAF) d’autre part. La microscopie STED est une méthode permettant de surpasser la barrière de diffraction et d’atteindre des résolutions latérales de l'ordre de 40 nm dans des échantillons biologiques. Ce dispositif de microscopie exploite les transitions moléculaires des marqueurs fluorescents pour surmonter la limite de résolution due à la diffraction. L'amélioration de la résolution est obtenue par déplétion de l'état excité du fluorophores dans les régions périphériques de l'espace du volume focal. Cependant, malgré l'amélioration importante de la résolution latérale avec la technique STED, cette dernière présente une réelle complexité de mise en œuvre qui a par conséquence un impact important sur le cout des instruments STED commerciaux. Dans ce contexte, la réalisation instrumentale et la performance en imagerie d'un dispositif STED sont présentées dans ce manuscrit. Bien que les microscopes STED classiques offrent une meilleure résolution latérale, la résolution axiale est toujours limitée par la diffraction. L’amélioration de la résolution dans cette direction implique une certaine complexité instrumentale. Dans ce cadre, nous démontrons une nouvelle approche utilisant l’imagerie SAF permettant d'obtenir un sectionnement axial de l'ordre de 150 nm. L’approche se base sur la propriété d'une molécule à émettre dans les angles supercritiques uniquement lorsqu’elle se rapproche de l'interface verre-eau. Le sectionnement axial est obtenu dans une configuration simple en détectant uniquement les composantes de l’émission supercritique. La combinaison de ces techniques d'imagerie donne un outil puissant pour étudier les phénomènes moléculaires sur les membranes biologiques. / Understanding cellular processes on membranes has been a key area of biomedical research. Circumventing the diffraction limit in fluorescence microscopy has now become possible by exploiting the molecular transitions of the fluorophore. In this context, this work presents the instrumental development of two complementary techniques for realizing nanometric all-optical resolution and axial sectioning, namely STimulated Emission Depletion (STED) and Supercritical Angle Fluorescence (SAF) microscopy. STED microscopy is an elegant method that has allowed us to break the diffraction barrier with light microscopes and has achieved resolutions of the order of 40 nm (transverse) in biological samples. In this technique, we exploit the molecular transitions of the fluorescent marker to overcome the resolution limit due to diffraction. Resolution enhancement is achieved by efficient depletion of the excited state of the marker in the peripheral spatial regions of the focal volume by using depletion beams in addition to the excitation beam. Despite the major resolution improvement demonstrated, the technique is not well spread out, mainly due to its apparent complexity; and the cost and limited tunability of the commercial system. In this context, the instrumental realization and the imaging performance of a cost-effective home-built STED microscope is presented in this manuscript. While conventional STED microscopes offer improved lateral resolution, an isotropic gain in resolution usually comes at the cost of complex instrumentation. In this regard, we demonstrate SAF microscopy as a powerful tool that achieves an axial sectioning of the order of 150 nm. This is done by exploiting the property of a molecule to emit into the supercritical anglesonly when near the glass-water interface. Axial sectioning is obtained in a simple configuration by detecting solely the supercritical components of radiation. A combination of these imaging techniques offer a powerful tool to study molecular phenomena on the biological membranes.

Le phytoplancton joue un rôle fondamental dans le monde du vivant. C’est un générateur de dioxygène et le plus important fixateur de dioxyde de carbone sur Terre. Cependant, sous certaines conditions, son développement peut devenir envahissant et il peut être néfaste pour la santé des autres végétaux et animaux aquatiques. Il s’agit du phénomène d’hyper eutrophisation. Ce phénomène peut mener à des conséquences dramatiques pour l’environnement, car il limite les échanges de gaz et le processus de photosynthèse des autres espèces végétales. Dans un cas extrême, ce processus peut causer la mort de tout l’écosystème aquatique. Il apparait donc essentiel de renforcer la vigilance et le contrôle de la prolifération du phytoplancton et notamment de leur toxicité. Dans une première approche la reconnaissance et l’identification des organismes aquatiques, nécessaires pour la surveillance, sont réalisés par des systématiciens par observations microscopiques. Néanmoins, dans certaines circonstances, il peut être utile d’avoir un système automatique de reconnaissance pour améliorer la surveillance et optimiser l’intervention de l’homme. Le développement d’un tel système de reconnaissance des organismes aquatiques est de plus en plus envisagé.Dans l’objectif d’identifier les organismes aquatiques, un système microscopique original a été développé au cours de cette thèse dans lequel les faisceaux incident et émis sont filtrés par bande sélective de longueur d’onde. Ce double système de filtration permet l’acquisition d’images microscopiques classiques et d’images de fluorescence de la matière organique végétale sous différente illumination. Ensuite, les différentes images obtenues sont analysées et traitées par deux algorithmes de segmentation pour extraire des caractéristiques morphologiques et la composition des pigments, utilisées par la suite pour la reconnaissance automatique. Finalement, toutes les caractéristiques associant la morphologie et les données de fluorescence des espèces du phytoplancton, sont réunies dans une base de données permettant la reconnaissance optique et automatique du phytoplancton. / Phytoplankton plays a fundamental role in the living world. It is a dioxygen generator and the most important carbon dioxide fixer on Earth. However, under certain conditions, its development may become so excessive that it could be harmful to other vegetal and animal aquatic life in the water ponds in which it grows: it is the “hyper eutrophication” phenomenon. Such a situation leads to dramatic consequences on environment due to the difficulties that arise for photosynthesis and gas exchanges of other plant species. At the extreme limit, this can cause the death of the whole aquatic ecosystem. It appears therefore essential to strengthen the vigilance on controlling the proliferation of plankton and toxins with the necessity of risk evaluation. In a first approach, the recognition and the identification of aquatic organisms, necessary for such a control, are usually performed only by specialists algologists from microscopic observations. Nevertheless, in certain circumstances, it may be useful to dispose of an automatic recognition system to improve the monitoring of high-risk water ponds and optimize human intervention of specialists algologists. The development of such an automatic system of recognition of aquatics organism is more and more considered.In order to identify aquatic organisms, an original optical microscopy set up was developed in which the incident and emitted light beams are filtered in wavelengths. Such a set up enables the acquisition of classical microscopic images and microscopic images of fluorescence emission of the vegetal material under different illumination. These different images are then analyzed and processed by two algorithms of segmentation to collect characteristics data of the vegetals morphology and pigments compositions useful thereafter for their automatic recognition. Finally, all these different characteristic parameters linked to morphology and fluorescence emission of the vegetal species are collected to build a database useful for automatic optical recognition.

La lithiase urinaire est une affection très répandue qui touche 4 à 18% de la population selon les pays. Cette pathologie nécessite beaucoup de recherches pluridisciplinaires. Le travail présenté dans cette thèse a pour objet de préciser la nature des calculs urinaires de l’Est Algérien et d’étudier ensuite le rôle de certains éléments traces ainsi que l’effet de quelques extraits de plantes médicinales sur la dissolution des calculs urinaires. Les techniques utilisées sont principalement les suivantes : la spectrophotométrie infrarouge à transformée de Fourier pour déterminer la composition chimique des calculs, la fluorescence X afin de déterminer la nature et la teneur des éléments traces et la microscopie électronique à balayage pour explorer la structure intime des cristallites à l’échelle mésoscopique. D’autres méthodes comme la microscopie optique ont été utilisées pour faire l’analyse morphoconstitutionnelle des calculs. Enfin, un modèle expérimental in vitro a été développé pour étudier l’effet des plantes médicinales. Bien que le nombre de calculs urinaires considérés soit faible, l’épidémiologie de la lithiase dans cette région de l’Algérie a été esquissée. Les calculs d’oxalate de calcium deviennent prépondérants en raison d’un changement des habitudes alimentaires avec toutefois une persistance des calculs d’origine infectieuse que l’infection soit urinaire ou digestive. Les données recueillies sur la distribution des éléments traces ne soulignent pas leur rôle catalytique mais sont en faveur d’un simple processus d’adsorption. Aucun des extraits de plantes testés, tous issus de la pharmacopée algérienne, n’a eu d’effet tangible pour dissoudre les calculs urinaires. / Urolithiasis is a widespread disease that affects 4-18% of the population according to the countries. This pathology requires a lot of multidisciplinary research. The work presented here aims firstly to clarify the nature of urinary stones in the eastern Algeria and then investigate the role of trace elements as well as the effect of some medicinal plants on the dissolution of urinary stones. The techniques used are mainly the following: Fourier transform infrared spectroscopy to determine the chemical composition of the calculi, X-ray fluorescence to determine the nature and content of trace elements and scanning electron microscopy to explore the inner structure of the crystallites at the mesoscopic scale. Other methods such as stereomicroscopy have been used for the morpho-constitutional analysis of the calculi and an experimental model was developed for the study of the effect of medicinal plants in vitro.Although the number of urinary stones considered being low, the epidemiology of urolithiasis in this region of Algeria was sketched. Calcium oxalate stones become predominant due to a change in eating habits but with a persistence of infection-induced calculi persist, whatever the urinary tract or gut origin of the infection. The acquired data do not underline a catalytic role of trace elements detected within the stones but are in favor of a simple adsorption process. None of the tested extracts from the Algerian pharmacopoeia has had a significant effect to dissolve the urinary stones.

La tomographie optique diffuse et de fluorescence résolue en temps (TR-TODF) est une méthode qui permet de fournir une information sur les propriétés optiques de diffusion et d’absorption des tissus biologiques. Ce manuscrit de thèse fait l’état de l’art de la méthode et propose des pistes pour reconstruire des images multidimensionnelles 2D/3D des cartes optiques du milieu. L’objectif ultime du projet présenté dans ce document est de concevoir un appareil de mesure (tomographe), éventuellement portatif, pour détecter la présence de tumeurs. Le défi est de pouvoir obtenir des images avec une ré- solution suffisante pour être utilisée en milieu hospitalier à des fins de diagnostic préclinique. Hors le caractère naturellement mal posé du problème inverse rend la tâche complexe. La première partie du document est consacrée à la modélisation du problème physique. En particulier nous nous intéressons à l’approximation de diffusion de l’équation du transfert radiatif dans un milieu quelconque. Dans une deuxième partie, nous traitons le problème du point de vue mathématiques en considérant le problème direct de diffusion couplé avec de la fluorescence pour deux type de mesures: en mode contact et non-contact. Puis nous nous intéressons au problème inverse comme un problème de minimisation d’une fonctionnelle que nous traitons par une méthode de l’adjoint. Enfin et pour finir, la troisième partie du document détaille les différents aspects numérique pour parvenir à un code de reconstruction efficace à l’aide de techniques issues du calcul haute performance. / The Time-Resolved Diffuse Optical Tomography and Fluorescence (TR-DOTF) is a method to obtain optical properties information on diffusion and asbsorption of biological tissues. This Phd manuscript details this method state of the art and highlight the different possible path to reconstruct multidimensionnal 2D/3D images for the optical maps of the turbid medium. The project ultimate goal is to build a measurement instrument (tomograph), eventually portative, in order to detect tumours presence. The challenge is to obtain images with sufficient resolution to be used in medical environment for preclinical diagnosis. However the inverse problem ill-posedness makes the situation more difficult. The first part of this document is devoted to the problem modelization. In particular, we are interested to the diffusion approximation for the radiative transfer equation in a turbid medium. In a second part, we treat this problem from a mathematical point of view considering the diffusion problem coupled with fluorescence for two measurement types: contact and non-contact. Then we focus on the inverse prob- lem as a minimization problem for cost objective function solved by an adjoint method. Last, but not least, the third part of this document details the different numerical aspects involved to achieve an efficient reconstruction code using advanced technics from the high performance computing world.

Thesis advisor: Mary F. Roberts / Thesis advisor: Steven D. Bruner / The bacterial phosphatidylinositol-specific phospholipase C (PI-PLC) from <italic>Bacillus thuringiensis</italic> is specifically activated by low concentrations of a non-substrate lipid, phosphatidylcholine (PC), presented as an interface. However, if the PC concentration in the interface is too high relative to substrate, the enzyme exhibits surface dilution inhibition. Understanding this bacterial enzyme, which shares many kinetic features with the larger and more complex mammalian PI-PLC enzymes, requires elucidating the mechanism for PC activation and inhibition. Various techniques were applied to study the interaction of the protein with vesicles composed of both the activator lipid PC and the substrate lipid (or a nonhydrolyzable analogue). Fluorescence correlation spectroscopy (FCS), used to monitor bulk partitioning of the enzyme on vesicles, revealed that both the PC and the substrate analogue are required for the tightest binding of the PI-PLC to vesicles. Furthermore, the tightest binding occurred at low mole fractions of substrate-like phospholipids. Field cycling <super>31</super>P NMR (fc-P-NMR) spin-lattice relaxation studies provided information on how bound protein affects the lipid dynamics in mixed substrate analogue/PC vesicles. The combination of the two techniques could explain the enzyme kinetic profile for the PC activation and surface dilution inhibition: small amounts of PC in an interface enhanced PI-PLC binding to substrate-rich vesicles while high fractions of PC tended to sequester the enzyme from the bulk of its substrate leading to reduced specific activity. FCS binding profiles of mutant proteins were particularly useful in determining if a specific mutation affected a single or both phospholipid binding modes. In addition, an allosteric PC binding site was identified by fc-P-NMR and site directed spin labeling. A proposed model for PC activation suggested surface-induced dimerization of the protein. Experiments in support of the model used cysteine mutations to create covalent dimers of this PI-PLC. Two of these disulfide linked dimers, formed from W242C or S250C, exhibited higher specific activities and tighter binding to PC surfaces. In addition, single molecule total internal reflection fluorescence microscopy was used to monitor the off-rate of PI-PLC from surface tethered vesicles, providing us with a direct measure of off-rates of the protein from different composition vesicles. / Thesis (PhD) — Boston College, 2009. / Submitted to: Boston College. Graduate School of Arts and Sciences. / Discipline: Chemistry.