L'exposition de rats à des séances de contention provoque la modulation de l'activité transcriptionnelle des enképhalines dans plusieurs structures du cerveau impliquées dans la neurobiologie du stress. Une augmentation significative des niveaux d'ARN hétéronucléaire de l'enképhaline, évalués par hybridation in situ, est observée immédiatement suivant une séance de contention dans le septum latéral et le noyau paraventriculaire de l'hypothalamus, et suite à des séances répétées, dans le noyau central latéral et intercalaire de l'amygdale. Cette activation du système enképhalinergique dans la CEA et FIA, lors d'une exposition chronique, pourrait être impliquée dans l'adaptation de la réponse au stress. Parallèlemnent à ces résultats, les afférences du noyau du lit de la commissure antérieure (BAC) ont été caractérisées par l'injection de traceurs rétrogrades par iontophorèse. Ces afférences, révélées par immunohistochimie, semblent provenir de régions préfrontales, de noyaux amygdaliens, hypothalamiques et de l'hippocampe.

More than 30% of all enzymes present a metal ion in their active site. Interesting sub-families present a mononuclear active site where a single metal ion (Zn2+ or Cun+) is coordinated to a polyhistidine core. The elaboration of model compounds is important for understanding the fundamental mechanisms involved in their bio-catalytic cycles. In this context, we have developed calix[6]arene based ligands presenting an aza cap covalently linked to the calixarene moiety. These supramolecular assemblies present several advantages: they offer a coordination site for a metal ion through the nitrogen donor atoms of the cap, the small rim of the calixarene moiety defines the second coordination sphere, and the hydrophobic cavity presents an access channel for exogenous ligands. In these systems the coordinating nitrogen atoms are separated from the oxygen rich small rim by two carbon atoms, which allows the controlled coordination of one single guest inside the cavity. Wanting to modulate the properties of the calix[6]arene tren-based (tris(2-aminoethyl)amine) ligand, we successfully synthetized several new receptors and studied their reactivity.The synthesis of “two-story” receptors, the calix[6]amido-tren and calix[6]amido-tacn, allowed the modification of the first and second coordination sphere of a coordinated metal ion by introducing an additional spacer between the tripodal aza-cap and the calixarene macrocycle. The complexes of CuI, CuII and ZnII of these new ligands were synthesized and their reactivity was studied. The presence of three potentially coordinating carbonyl groups changed the host-guest reactivity of these metal complexes as they are in competition with exogenous ligands. A comparative study of the host-guest properties and of the reactivity of the metal complexes of both ligands, calix[6]amido-tren and calix[6]amido-tacn was realized. The cavity of these “two-story” ligands is larger than the one of the parent calix[6]tren and more flexible, allowing not only the coordination of an anion, but the simultaneous coordination of two Cl ligands. The oxidation of sterically hindered amines into hydroxylamines and oximes in the presence of O2 was electrochemically realized by the reduction of the cupric center forming a CuII-superoxo adduct as the reactive species. Amine oxidation has been shown for the parent complex, however, the scope of this reaction was limited due to the smaller cavity. The formation of a CuII-superoxo adduct of the calix[6]amido-tren complex was qualitatively evidenced at low temperature upon addition of O2 to the isolated cuprous complex. This type of adduct has attracted much attention in recent years since it is considered to be a reactive intermediate in the catalytic cycle of copper monooxygenases, such as PHM and DβM. A supramolecular assisted demethylation methodology was developed for different capped calix[6]azacryptands. This methodology was then successfully applied to the demethylation of calix[6]tren in order to obtain calix[6]trentrisPhOH. This receptor showed a very different behavior in comparison to the parent one. Indeed, the complexation of anions and biologically relevant ammonium ions was evidenced by the monoprotonated receptor. The metal complexes of CuII and ZnII were synthesized. The interaction between the metal center and the phenate groups in presence of base has been evidenced and has conducted to a multi-step molecular switch. The cupric complex showed the presence of a phenoxyl radical resembling the oxidized form of galactose oxidase, catalyzing the oxidation of alcohols into aldehydes. These results open the way to new perspectives in reactivity studies.An analog of calix[6]tren, bearing a functionalized reactive arm on the tren cap, was synthesized and the corresponding CuII complex was immobilized on a gold surface through a monolayer formation. In organic medium, the host-guest properties of the grafted calix[6]tren are unchanged, while in aqueous medium, a reversible redox system was observed allowing the selective detection of linear alkylamines at basic pH. To our knowledge, this is the first copper supramolecular system immobilized on surface which permits that kind of detection in an aqueous environment. / Plus de 30% des enzymes présentent un ion métallique dans leur site actif qui est la clé pour les réactions de catalyse. Une sous-famille d’enzymes comporte un site actif où un seul ion métallique (Zn2+ ou Cun+) est coordiné à un cœur polyhistidine. L’élaboration de composés modèles est important pour la compréhension des mécanismes fondamentaux impliqués dans le cycle biocatalytique de ces enzymes mononucléaires. Dans ce contexte, nous avons développé des ligands basés sur des calix[6]arènes présentant un chapeau polyazoté lié de manière covalente au macrocycle. Ces ligands offrent un site de coordination pour le métal et une cavité hydrophobe bien définie. Cet assemblage permet et contrôle la liaison d’un ligand exogène dans la cavité. Afin de moduler les propriétés des complexes métalliques calixaréniques basés sur une unité coordinante tren (tris(2-aminoéthyl)amine), nous avons synthétisé avec succès et étudié plusieurs nouveaux récepteurs calix[6]aréniques.La synthèse de récepteurs bisétagés, le calix[6]amido-tren et le calix[6]amido-tacn, a permis de modifier la seconde sphère de coordination par incorporation de groupements amide entre la cavité et le site de coordination. Cette stratégie s’est avérée efficace. En effet, la coordination d’anions au centre métallique a été mise en évidence et en particulier celle simultanée de deux Cl pour le Cu-calix[6]amido-tren. Cette coordination d’un ou plusieurs invités anioniques était impossible dans le cas du calix[6]tren parent qui présente une seconde sphère de coordination électroniquement dense et un chapeau trop petit pour y accueillir plusieurs invités. La présence de groupements carbonyle entre la chapeau tren et le calixarène modifie également le comportement des complexes :leur coordination au centre métallique entre en compétition avec celle d’invités exogènes. L’oxydation d’amines encombrées sous O2 en hydroxylamines et oximes a été réalisée par la réduction du complexe cuivrique du calix[6]amido-tren par électrochimie. Ce type d’amines n’est pas oxydable par l’adduit superoxo du complexe parent, dû à la taille de la cavité qui empêche la coordination d’invités encombrés. De plus, la formation d’un adduit superoxo a été mise en évidence qualitativement au départ du complexe cuivreux isolé de ce même composé. Ces résultats permettent d’envisager des études de réactivité mimant le site actif des enzymes PHM et DβM par exemple. Enfin, une comparaison des propriétés hôte-invité et de la réactivité des complexes du calix[6]amido-tren avec celles des complexes du calix[6]amido-tacn a été réalisée afin d’évaluer l’impact de la nature du chapeau polyazoté sur les propriétés hôte-invité et la réactivité de ces complexes.Une méthodologie de déméthylation assistée de manière supramoléculaire a été développée pour différents calix[6]azacryptands chapeautés. Celle-ci a ensuite été appliquée avec succès à la déméthylation du calix[6]tren pour obtenir le calix[6]trentrisPhOH. Ce récepteur a montré un comportement très différent de celui du récepteur parent. En effet, la complexation d’anions et d’ammoniums biologiquement pertinents a été possible par ce récepteur protonné. L’interaction entre le centre métallique et les phénates en présence de base a conduit à la réalisation d’un switch moléculaire multi-étapes entre différents états de protonation du récepteur et du complexe zincique. Son complexe cuivrique a montré la présence d’un radical phénoxyle après oxydation du phénate. Cette espèce CuII-radical phénoxyle mime la forme oxydée du site actif de la galactose oxydase, catalysant l’oxydation d’alcools en aldéhydes. Ces résultats ouvrent donc la voie à de nouvelles perspectives pour les études de réactivité de ce composé.Un analogue du calix[6]tren, porteur d’un bras avec une fonction réactive sur le chapeau, a été synthétisé et complexé au cuivre avant d’être immobilisé sur surface via la formation de monocouches. Les électrodes ainsi modifiées ont été étudiées en milieu organique et aqueux. En milieu organique, les propriétés hôte-invité du calix[6]tren sont conservées après immobilisation. En milieu aqueux, un système redox réversible a été observé. Celui-ci a permis la détection sélective d’alkylamines linéaires par le système à pH basique. A notre connaissance, il s’agit du premier système supramoléculaire à cuivre, immobilisé sur surface, qui permet cette détection en milieu aqueux. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Pendant que la menace potentielle du bioterrorisme augmente, il y a grand besoin d'un outil qui peut détecter les agents biologiques contaminants dans l'environnement de façon rapide, fiable et précise. Par contre, les méthodes traditionnelles utilisées nécessitent l'utilisation de laboratoires d'analyse sophistiquée, souvent dans des installations centralisées, ce qui demande un capital considérable et une main-d'oeuvre hautement qualifiée. Il est possible de développé des dispositifs basés sur les biocapteurs à faible coût et très efficace à la détection d'agents biologiques. De plus, ils peuvent être utilisés dans d'autres domaines, au jour le jour, tel pour la surveillance de contaminants dans les produits comestibles. Dans le but de résoudre ce problème, une nouvelle approche pour la fabrication d'un biocapteur optique a été développée. Celui-ci serait capable de détecter, de façon directe, des micro-organismes qui seraient immobilisés à sa surface plus rapidement et plus aisément qu'avec les méthodes conventionnelles. En effet, les expériences présentées visent la fabrication d'un biocapteur suite à la déposition de molécules biochimiques sur une hétérostructure de GaAs/ALGaAs. Le biocapteur ainsi produit tire parti de la photoluminescence émise par ce semi-conducteur quantique III-V pour la détection de microorganismes immobilisés spécifiquement et négativement chargés. La présente recherche est basée sur des techniques novatrices de biocapteurs pour lesquelles il existe peu de littérature. Les travaux expérimentaux et les explications théoriques se révèlent ainsi de nature très exploratoires. Les résultats préliminaires obtenus ont d'ailleurs été similaires aux prédictions initiales. De plus, les détails théoriques et explications physiques permettent de comprendre l'origine des résultats obtenus et d'établir, de manière convaincante, les procédures à suivre pour une architecture optimale. Je rapporte ainsi l'étude de la bio-fonctionnalisation du GaAs (001) visant l'immobilisation d'anticorps polyclonaux selon deux architectures différentes. De plus, les architectures proposées ont leurs régions actives ouvertes à l'environnement, pour permettre des mesures en continues et, en plus d'être des systèmes offrant la possibilité de multiplexage, offrent un potentiel de mesures en parallèle, pour un grand nombre de mesures en simultanées. Les résultats obtenus démontrent l'immobilisation réussie ainsi que la détection effectuée du virus de l' influenza A et des bactéries Escherichia coli et Legionella pneumophila respectivement. Enfin, les avantages et les limites de chaque architecture ont ensuite été détaillés.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Bien que les matériaux poreux soient nombreux dans la nature, la synthèse en laboratoirede matériaux présentant une porosité multi-échelle ou hiérarchisée est toujours délicate. Enutilisant la matière molle (émulsions concentrées, auto-assemblages, mésophases lyotropes, etc)et le procédé sol-gel, il est possible d’obtenir une grande variété de matériaux monolithiques, àporosité hiérarchisée, composés d’un squelette silicique. La porosité de ces matériaux peut êtreoptimisée en jouant avec la nature de l’émulsion, le tensioactif utilisé, ou avec l’ajout d’agentd’extérieur comme le sel. En combinant ces méthodes, des matériaux possédant une mésoporositéhexagonale ont été obtenus. Grâce à leur surface riche en silanols, ces matériaux poreux ont étéfonctionnalisés par greffage post-synthèse de molécules organiques. Dès lors, l’immobilisationd’entités biologiques comme les enzymes au sein de la structure poreuse a permis d’utiliser cesmatériaux pour des réactions d’hydrolyse, de synthèse ou de décoloration en milieu aqueux dansune approche de « chimie verte ». Enfin, des micro-organismes ont été piégés dans ces matériauxporeux qui ont été recouverts d’une coque en silice. Les micro-organismes peuvent s’y développersans restriction et leur croissance est très différente de celle observée dans les cultures classiques.La coque en silice, formée en surface, est donc imperméable au passage des bactéries (taillemicrométrique) mais perméable à la diffusion des substrats et des réactifs. Cette diffusion a étémise à profit pour réaliser des réactions enzymatiques en cascade. Ces matériaux se positionnentcomme des biocatalyseurs très prometteurs pour de nombreuses applications. / Although porous materials are numerous in nature, the laboratory synthesis of materials withmulti-scale or hierarchical porosity is always difficult. By using soft matter (concentrated emulsions,self-assemblies, lyotropic mesophases, etc.) and the sol-gel process, it is possible to obtaina wide variety of monolithic materials with hierarchical porosity composed of a silicic skeleton.The porosity of these materials can be optimized by playing with the nature of the emulsion,the surfactant used, or with the addition of external agents such as salt. By combining these methods,materials with hexagonal mesoporosity have been obtained. Thanks to their silanol-richsurface, these porous materials have been functionalized by post-synthesis grafting of organicmolecules. Therefore, the immobilization of biological entities such as enzymes within the porousstructure has made it possible to use these materials for hydrolysis, synthesis or discolorationreactions in aqueous media in a "green chemistry" approach. Finally, microorganisms were trappedin these porous materials which were covered with a silica shell. Microorganisms can growthere without restriction and their growth is very different from that observed in conventionalcultures. The silica shell formed on the surface is therefore impermeable to the passage of bacteria(micrometric size) but permeable to diffusion of substrates and reagents. This diffusion wasused to carry out cascade enzymatic reactions. These materials are positioned as very promisingbiocatalysts for many applications.

Human practices have resulted in great damage to the environment. Carbon-depletion, water and air pollution, as well as global warming are examples of the environmental footprints caused by several industries and their related applications. Detergency (cleaning) is widely practiced operation in household, industry and institutional sectors and thus consumes significant amounts of water, energy and chemicals and, therefore, contributes appreciably to the environmental destruction. This process is still not fully understood, on a molecular level, and not acceptably optimised. Therefore, this study is a contribution toward a better fundamental understanding and optimisation of protein stain removal from interfaces, which may ultimately result in the development of environmentally friendly and sustainable cleaning products and technologies. In this research, the cleaning of rubisco, a grassy protein stain, from different surfaces (hydrophobic, hydrophilic, and dyed) using different cleaning agent formulations was investigated. These studies encompassed experimental work and fundamental analysis in terms of mathematical modelling. The results revealed a consistent correlation between enzyme adsorption kinetics and stain cleanability. Higher adsorption and desorption absolute rates ( a k and d k ) resulted in higher enzyme mobility and thus higher stain cleanability regardless of the enzyme adsorbed amount. Surface chemistry underlying the stain has indirectly influenced stain cleanability through the alteration of enzyme adsorption kinetics. Such fundamental findings may aid in screening enzyme candidates for detergent formulations and may also assist in designing easily cleanable surfaces. Another fundamental finding is the cooperative cleaning mechanism of surfactant and enzyme of rubisco stain from different interfaces. The break down of intermolecular physical bonds between interfacial rubisco molecules by surfactants and the break down of the intramolecular covalent bonds by enzyme resulted in a higher protein displacement from interfaces. The overall protein removal by the two different actions of surfactant and enzyme showed a superiority of a biosurfactant-enzyme formulation. This finding may have significant implications on developing sustainable detergents that have superior cleaning performance and no or minimal environmental hazard. Overall, the findings reported in this Ph.D. thesis may form a basis for further comprehensive scientific research, which may ultimately provide detergent market with more efficient and optimum cleaning products and technologies.

Ce travail concerne la réalisation d'une électrode enzymatique utilisable pour le suivi en ligne (<i>on-line</i>) d'un procédé de fermentation. Cette étude a nécessité la mise au point d'une nouvelle technique d'immobilisation, applicable à différentes enzymes. Elle est basée sur la formation de liaisons covalentes entre l'enzyme et l'agent portant: le glutaraldéhyde. La méthode consiste en une adsorption de l'enzyme suivie du dépôt, par vaporisation, de l'agent réticulant sur l'extrémité sensible des électrodes de pH en verre. Ce procédé d'immobilisation assure un temps de réponse extrêmement court du biocapteur. Cette performance est un avantage indéniable pour des mesures en continu, tel qu'un système d'analyse par injection en flux continu (FIA). Par la suite, nous avons développé des systèmes FIA incorporant trois différents types de cellules de détection appropriées aux besoins analytiques. Des électrodes à pénicillinase et à uréase, préparées selon la méthode décrite ci-dessus, ont été installées et utilisées dans ces cellules. Les systèmes biocapteurs-FIA, ainsi conçus, ne nécessitent alors ni réacteur enzymatique, ni réactif. De plus, le temps de réponse très court du biocapteur allie aux avantages de la FIA et aux spécificités des cellules a permis d'obtenir une cadence de mesure très élevée. Ce système d'analyse a été applique aux mesures en ligne de la concentration de pénicilline au cours de sa production fermentaire et aux mesures automatiques de l'urée dans les échantillons de sérum humain. Pour cela, nous avons automatise le système biocapteur-FIA et conçu une nouvelle cellule a écoulement agite pour l'installation des électrodes à uréase et a pénicillinase. Ce système biocapteur-FIA donne des résultats satisfaisants pour la détermination de l'urée et surtout s'est révélé extrêmement performant pour le suivi hors ligne et en ligne de la concentration de pénicilline pendant plusieurs fermentations d'une durée de 250 heures environ. Dans ce dernier cas, la comparaison des mesures effectuées avec le système biocapteur-FIA et une méthode classique de dosage (HPLC) est favorable à l'analyseur biocapteur-FIA qui assure des mesures en ligne avec une bonne fiabilité et a un moindre cout, mais aussi en raison de sa simplicité. En rendant possible une exploitation immédiate des mesures en ligne de la concentration en pénicilline par l'ordinateur central de l'installation fermentaire, le système biocapteur-FIA présente un pas important dans l'amélioration du contrôle et/ou de la modélisation des bioprocédés.

A great effort has been recently devoted to the development of new devices for the detection of specific sequences of DNA, due to increasing need of label - free, fast, cheap, and miniaturized analytical systems able to detect target sequences for screening purposes, especially in food industry for genetically modified organisms (GMOs). In this study, development of a QCM - based DNA biosensor for the detection of the hybridisation of CaMV 35S promoter sequence (P35S) was investigated. Attention was focused on the choice of the coating chemistry that could be used for the immobilisation of probe sequences on the gold surface of the quartz crystal. Two immobilisation procedures were tested and compared considering the amount of the immobilised probe, the extent of the hybridisation reaction, the possibility of regeneration and the absence of non - specific adsorption. The two coating methods were based on the use of self - assembled monolayers. One of them employed the interaction between the thiol and gold for the immobilisation of a thiolated P35S probe, while the other employed formation of functionalised aldehyde groups by ethylenediamine plasma polymerization on the gold surface for the immobilisation of amined P35S probes through gluteraldehyde activation. Results indicated that immobilisation of a thiolated probe provides better immobilisation characteristic, higher sensitivity for the detection of the hybridisation reaction, absence of non - specific adsorption and a higher stability with respect to the regeneration step. The optimised immobilisation procedure for the thiolated probe was used for the detection of P35S sequence in PCR - amplified DNAs and in real samples of pflp - gene inserted tobacco plants that produce ferrodoxin like protein additionally. Fragmentation of the genomic DNAs were achieved by digestion with restriction endonucleases and sonication. The obtained results from the fragmented genomic DNAs demonstrated that it is possible to detect the target sequence directly in non-amplified genomic DNAs by using the developed QCM - based DNA biosensor system. The developed QCM-based DNA biosensor represented promising results for a real-time, label - free, direct detection of DNA samples for the screening of GMOs.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

The overall aim of this thesis is to investigate strategies to aid in the measurement of G-protein coupled receptor (GPCR) activity for high-throughput screening and sensing applications. GPCRs are cell surface receptors which have seven membrane spanning domains. They are the largest family of membrane proteins in the human genome and are involved in a number of physiological and pathophysiological pathways. They are the most widely targeted protein family for therapeutics being the target for over 30% of the currently available prescription drugs (Jacoby et al. 2006). For this reason commercial interest and investment into compound screening using these receptors as targets is of high importance in lead drug discovery. Additionally, the extensive ligand range of the GPCR superfamily, which includes light, odorants/ volatiles, neurotransmitters and hormones, make them an attractive biological recognition element in biosensor applications. This thesis demonstrates the functional expression of the H1-histamine, M2-muscarinic and α₂ₐ-adrenergic receptors of the G-protein coupled receptor family, along with their associated G-proteins (Gα, Gβ and Gγ). Expression was achieved using the Sf9/baculovirus expression system. The G-proteins were successfully incorporated into an assay system using time-resolved fluorescence resonance energy transfer (TRFRET). TR-FRET was used in order to create a homogeneous assay format capable of monitoring GPCR activation through the movement of the G-protein subunits. Fluorescence changes in the TR-FRET assay indicated a change in distance between the Gα subunit and Gβγ dimer. The separation of the Gα subunit and the Gβγ dimer after activation resulted in a significant decrease in TR-FRET measurement. The homogeneous set-up of the TR-FRET assay could potentially be adaptable to an array based format. This thesis describes the capture of vesicles containing functional GPCRs onto a solid substrate via the specific interaction between complementary oligonucleotides. GPCR presence and function within the immobilized vesicles, was demonstrated using fluorescent ligands. Further to this, alternative lipid hosts (to the vesicles), known as cubosomes, were introduced. When tagged with an oligonucleotide, these cubosome particles were also shown to immobilize site specifically onto a complementary oligonucleotide surface. / http://proxy.library.adelaide.edu.au/login?url= http://library.adelaide.edu.au/cgi-bin/Pwebrecon.cgi?BBID=1369537 / Thesis (Ph.D.) -- University of Adelaide, School of Molecular and Biomedical Science, 2009