Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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

Actuellement, les médecins utilisent l'échographie pour visualiser la prostate lors de la biopsie. La technique actuelle de biopsie offre un taux de détection du cancer contenant entre 20 et 36 % de résultats faux négatifs, ce qui retarde le traitement du cancer. Ces faux négatifs sont causés en partie par le manque de perceptibilité sous échographie des tumeurs ayant un diamètre inférieur à 5 mm. L'imagerie par résonnance magnétique (IRM) pourrait résoudre ce problème puisque cette technique d'imagerie offre une meilleure résolution et une perceptibilité des tumeurs meilleures que celles obtenues avec l'échographie. Toutefois, l'intervention sous IRM est peu sécuritaire et peu ergonomique pour le médecin en raison de l'intense champ magnétique nécessaire à l'imagerie et de l'accès restreint au patient. Le présent travail présente le développement d'un prototype de manipulateur robotisé permettant aux médecins d'effectuer des interventions précises et rapides à la prostate à l'intérieur même du scanner IRM. Le manipulateur est conçu de manière à ne pas influencer ou être influencé par le champ magnétique de l'IRM, soutenir les forces induites par l'insertion de l'aiguille dans le patient, atteindre une cible avec précision et être suffisamment petit pour être introduit avec le patient dans l'IRM. L'architecture du manipulateur utilise une approche binaire moyennée élastiquement dans une architecture parallèle. Chacun des actionneurs compte seulement deux états discrets. Les actionneurs retenus sont des muscles pneumatiques en raison de la forte densité de force qu'ils génèrent. De plus, ces actionneurs permettent d'éliminer les joints complexes nécessaires à la construction de manipulateur parallèle en utilisant l'élasticité intrinsèque des actionneurs. Un prototype a été construit dans le but d'étudier l'erreur de positionnement obtenue avec le manipulateur et valider l'atteinte des requis cliniques. La justesse a été mesurée à 3,3 mm et la précision a été mesurée à 0,5 mm. La raideur a aussi été mesurée et atteint ~1,14 N/mm au bout de l'aiguille pour s'assurer que le manipulateur est en mesure de soutenir l'insertion d'aiguille sans trop dévier de la trajectoire prévue. Une preuve de concept de valve pneumatique compatible à l'IRM a été prototypée. La valve utilise un actionneur de polymère diélectrique rotatif en raison de la grande compatibilité à l'IRM de cette technologie. Les travaux montrent que la solution proposée est viable et très prometteuse. Le robot est simple, peu couteux et est capable de rencontrer les requis cliniques. Néanmoins, plusieurs travaux sont encore à faire sur le manipulateur, car seulement l'orientation de l'aiguille a été traitée. De plus, l'assemblage des muscles pneumatiques a été réalisé à l'aide de tubes offerts commercialement. Plusieurs modifications pourraient améliorer les performances du manipulateur, dont notamment, mouler les muscles pneumatiques.

Chez une bactérie, la régulation de l’expression génétique est essentielle afin de maintenir l’équilibre, s’assurer du bon fonctionnement des processus cellulaires et mieux s’adapter aux changements environnementaux. Elle peut s’effectuer à plusieurs niveaux (la transcription, la traduction et la synthèse ou la dégradation des protéines), et par le bais de différents mécanismes, dont les protéines, font le plus grand part de cette régulation. Cependant, au début des années 2000, une découverte fascinante a mis en évidence un nouveau mécanisme de régulation dont l’ARN est l’acteur principal. Ce sont les riborégulateurs (riboswitches). Ces derniers sont localisés dans la partie non traduite de certains ARNmessagers (ARNm) et capable de lier un ligand spécifique sans l’intervention des protéines, afin de réguler l’expression génique du gène d’intérêt. Aujourd’hui, plusieurs familles de riborégulateurs sont caractérisées, entre autres les riborégulateurs c-di-GMP. Ces derniers sont présents chez plusieurs espèces bactériennes notamment les bactéries pathogènes telles que Clostridium difficile, une bactérie nosocomiale opportuniste qui a causé des problèmes majeurs durant les dernières années, vu sa multirésistance aux antibiotiques. Le séquençage de son génome a révélé la présence de 66 riborégulateurs dont 16 sont des riborégulateurs c-di-GMP. Il a été proposé que parmi ces derniers, certains régulent l’expression des gènes impliqués dans deux phénotypes essentiels chez C. difficile : la motilité et la formation du biofilm. La présente étude porte sur la caractérisation structurale et fonctionnelle de deux riborégulateurs c-di-GMP chez le C. difficile, le Cdi1-1 et Cdi1-12, qui se trouvent en amont du gène CD1990 et le gène CD2830 (ZmpI) respectivement. Au début, nous avons prédit les deux structures liées (en présence du ligand) et non liées (en absence du ligand). Nous avons ainsi démontré qu’un des deux riborégulateurs (Cdi1-12) est fonctionnel et capable de lier le c-di-GMP in vitro. Ensuite, nous avons caractérisé les changements structuraux potentiels lors de l’interaction riborégulateur Cdi1-12/ligand. Nous avons également caractérisé le mécanisme de régulation en cis du riborégulateur Cdi1-12 in vitro et nous avons constaté que c’est un riborégulateur transcriptionnel Rho-indépendant. À la fin de notre étude, nous avons confirmé le mode de régulation de ce riborégulateur in vivo dans la bactérie modèle Bacillus subtilis.

La structure coiffe est une structure protectrice retrouvée à l'extrémité 5' des ARN messagers (ARNm). Elle est requise pour la stabilité, le transport, l'épissage et la traduction des ARNm.La coiffe est synthétisée par trois activités enzymatiques successives : les activités ARN 5'-triphosphatase, ARN guanylyltransférase et ARN (guanine-7) méthyltransférase. Cette structure doit de plus être dégradée par des enzymes spécifiques pour permettre le recyclage des ARNm. Plusieurs protéines virales ont été découvertes possédant l'une ou l'autre de ces diverses activités de synthèse et de dégradation de la structure coiffe. Ces enzymes viraux représentent donc des modèles très intéressants pour étudier ces activités catalytiques, permettant soit de mieux comprendre les mécanismes similaires chez les métazoaires, ou de cibler ces activités chez les virus à l'aide de molécules inhibitrices. Cette thèse présente l'étude des plus petites ARN 5'-triphosphatases et ARN guanylyltransférase connues à ce jour, les protéines A449R et A103R du virus Paramecium bursaria chlorella de type 1, ainsi que du premier enzyme viral de dégradation de la structure coiffe découvert : la protéine D10 du virus de la vaccine. L'étude de l'ARN 5'-triphosphatase A449R a permis de déterminer l'implication des acides aminés Glu24, Glu26 et Glu165 dans l'interaction avec des ions divalents au centre catalytique de l'enzyme, ainsi que leur nature essentielle pour l'activité ARN 5'-triphosphatase. De plus, les résultats obtenus démontrent que l'interaction de l'enzyme avec les ions ne stabilise pas l'interaction de l'enzyme avec son substrat d'ARN, tel que précédemment observé avec l'ARN triphosphatase de la levure Saccharomyces cerevisiae. Chez A449R, la liaison des ions semble plutôt positionner les acides aminés du centre catalytique pour la catalyse. Ces données démontrent que des enzymes reliés au niveau phylogénique possèdent des mécanismes distincts pour une même activité essentielle de synthèse de la structure coiffe. Ces particularités pourraient être ciblées pour le développement d'antiviraux ou d'antifongiques spécifiques. Parallèlement, une caractérisation cinétique complète de toutes les étapes du mécanisme d'ARN guanylyltransférase de la protéine A103R a été entreprise.La production d'un schéma de l'énergie libre impliquée dans le déroulement de la réaction a permis de préciser l'étape limitante du mécanisme, ainsi que la nature spontanée de la réaction in vitro . Les ARN guanylyltransférases étant très conservées entre les métazoaires, levures et virus, cette caractérisation a permis d'acquérir quantité d'information sur ce mécanisme catalytique peu connu. Cette étude nous mène au questionnement des implications pour la cellule de la synthèse exclusive d'une coiffe guanosine par les ARN guanylyltransférases. Finalement, la caractérisation du mécanisme d'action de la protéine D10 ainsi que la modélisation du site actif de l'enzyme ont permis de générer le premier modèle mécanistique pour un enzyme viral de dégradation de la structure coiffe. Ce mécanisme est régi par la présence de deux ions divalents et d'une molécule d'eau coordonnée par les acides aminés Glu141, Glu145 et Glu132 respectivement. Étant donné le peu de conservation de la séquence primaire entre cet enzyme viral et les enzymes de dégradation de la coiffe des métazoaires, il est possible que le mécanisme utilisé par ces enzymes diffère du mécanisme découvert pour la protéine D10. Cet enzyme deviendrait donc une cible virale potentielle supplémentaire.La caractérisation de ces trois protéines virales a permis d'accroître significativement notre connaissance mécanistique fondamentale des activités catalysées par ces enzymes retrouvés tant chez les virus que chez l'humain et les levures. L'étude de l'ARN 5'-triphosphatase A449R a démontré que des enzymes très proches au niveau phylogénique peuvent posséder des mécanismes divergents. De plus, des études futures pourront démontrer dans quelles mesures les mécanismes découverts pour l'ARN guanylyltransférase A103R et l'enzyme de dégradation de la coiffe D10 seront applicables à d'autres enzymes de même famille présents chez d'autres organismes. Il serait intéressant de poursuivre ces études en incorporant une utilisation accrue de la bioinformatique pour la modélisation des structures tertiaires des enzymes viraux, ainsi que l'utilisation de collections d'analogues de nucléotides pour caractériser les sites actifs des enzymes et ouvrir la voie au développement d'inhibiteurs.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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Dans un contexte de forte demande en carburants, la diversification des charges pétrolières et la sévérité des normes actuelles sur les carburants conduisent à des modifications des unités industrielles de raffinage en vue de leur optimisation. L’approche proposée dans cette thèse consiste à améliorer la description des cinétiques des réactions d’hydrotraitement des gazoles pour pouvoir prédire les effets de changements de conditions opératoires et de charge dans un simulateur du procédé industriel. La cinétique a été étudiée pour 7 charges de compositions initiales différentes sur catalyseur commercial CoMo/Al2O3 pour des températures comprises entre 320°C et 380°C à 45MPa de pression. La méthodologie adoptée a permis de balayer une gamme de soufre final allant de 5000 ppm jusqu’à quelques ppm correspondant à l’HDS ultra-profonde. Un réacteur parfaitement agité continu (Mahoney-Robinson) a été utilisé pour mesurer les vitesses de réaction. Des techniques analytiques (Sulf UV, CPG-SCD, CPG-NCD, HPLC) ont été mises au point pour quantifier les espèces soufrées, azotées et aromatiques présentes dans les gazoles. L’influence de H2, H2S, des familles de réactivité a pu ainsi être observée. Un modèle cinétique de forme Langmuir-Hinshelwood à deux sites (voies hydrogénante et désulfuration directe) pour l’HDS des espèces soufrées individuelles a été établi. Il intègre 188 paramètres cinétiques pour 33 composés et a donné des résultats satisfaisants. L’H2S est le composé le plus inhibiteur pour la voie DDS et les composés di- et tri-aromatiques pour la voie d’hydrogénation. Enfin, un modèle pour l’HDA et l’HDN des différentes familles identifiées est également proposé. / In the context of a growing demand for fuel, the diversity of feedstocks and the severity of the actual specifications have led to major modifications in the industrial refinery processes for their optimization. The approach of this thesis consists in improve the kinetic descriptions of the hydrotreatment reactions of gas oils to predict the effects of operating conditions and gas oil nature changes in an industrial process simulator. The kinetic has been studied for 7 gas oils with different initial compositions over a CoMo/Al2O3 commercial catalyst for 320-380°C range of temperature and 45MPa total pressure. The methodology used in this work has permitted to cover a total sulfur range from 5000ppm to few ppm corresponding to the deep HDS. A continuous stirred tank reactor (Mahoney-Robinson) has been used to measure the reactions rates. Analytic technics (Sulf UV, CPG-SCD, CPG-NCD, HPLC) have been set to quantify the sulfur, nitrogen and aromatic species present in the gas oils. The influence of H2, H2S, individual sulfur species or reactivity groups of sulfur species, groups of aromatic and nitrogen compounds have been observed. A bi sites kinetic model (hydrogenation and direct desulfurization pathways) for the HDS of the individual sulfur species resulting from a Langmuir-Hinshelwood mechanism has been established with 188 parameters for 33 compounds and has given satisfying results. The H2S is the most inhibiting compound for the direct desulfurization and the di- and tri-aromatics for the hydrogenation. At last, a model for the HDA and HDN of the different identified families is presented as well.

Dans le cadre de la loi programme relative à la gestion durable des matières et déchets radioactifs du 28 Juin 2006, la France a choisi comme solution de référence le retraitement de ses combustibles usés et le stockage en milieu géologique profond des déchets ultimes vitrifiés. Néanmoins, les études relatives à un stockage direct des combustibles usés se poursuivent par mesure de précaution. Le concept de stockage prévoit de conditionner les assemblages de combustibles usés dans un surconteneur en acier dont l'étanchéité est garantie sur une durée spécifiée de l'ordre de 10 000 ans. L'arrivée d'eau au contact du combustible après dégradation du conteneur initie les processus de dégradation de la matrice UO2 conduisant au relâchement des radionucléides. Il est de ce fait, important de connaître et de comprendre le mécanisme d’altération de la matrice UO2. Pour cela, des techniques électrochimiques (voltammétries cyclique et linéaire) couplées à des techniques de caractérisation du solide et de la solution (XPS, ICP-MS) ont été utilisées.Une étude thermodynamique et bibliographique du système U(VI)/UO2(s) a permis de mettre en évidence l’influence des conditions physico-chimiques de la solution sur le système, et de mettre en évidence les différents mécanismes proposés pour décrire l’oxydation/dissolution d’UO2 dans différents milieux (non-complexant, carbonaté et argileux). L’étude de l’oxydation/dissolution d’UO2 en milieu acide non-complexant (NaCF3SO3 0,1 mol/L à pH = 3), milieu où le couple UO22+/UO2 prédomine et où la formation de précipités est limitée voire évitée, a mis en évidence un mécanisme en deux étapes électrochimiques et un modèle caractéristique de l’oxydation d’UO2 en milieu acide non-complexant. Ensuite, l’étude en milieu neutre non-complexant (NaCl 0,05 mol/L à pH = 7,5) a mis en évidence un mécanisme en deux étapes électrochimiques et une étape chimique (EEC) dans lequel les deux étapes électrochimiques sont similaires à celles proposées en milieu acide. Enfin, une première approche de l’oxydation/dissolution d’UO2 a été réalisée en milieu carbonaté (NaCl 0,05 mol/L + NaHCO3 2.10-3 mol/L à pH = 7,5) puis en présence d’une phase argileuse (MX80) dans la solution d’étude. Ces études ont respectivement montré l’influence des carbonates et de la MX80 sur la dissolution du dioxyde d’uranium. / Within the framework of the geological disposal of spent nuclear fuel, research on the long term behavior of spent fuel is undertaken and in particular the study of mechanisms of UO2 oxidation and dissolution in water-saturated host rock. Under the law program on the sustainable management of radioactive materials and waste of June 28, 2006, France was chose as the reference solution the retreatment of spent fuel and disposal in deep geological repository of vitrified final waste. Nevertheless, studies on a direct disposal of spent fuel will continue for safety. The disposal concept provides for conditioning spent fuel in a steel container whose seal is guaranteed for a period specified in the order of 10,000 years. It is also reasonable to assume that the groundwater comes into contact with the fuel after the deterioration of container and lead to the UO2 matrix degradation and the release of radionuclides. The oxidation/dissolution of UO2 has been studied by means electrochemical methods coupled to XPS and ICP-MS measurements.A thermodynamic and bibliographic study of U(VI)/UO2(s) system allowed to show the effect of the physical and chemical conditions of the solution on the system, and to show the different mechanisms proposed to describe the oxidation and the dissolution of the uranium dioxide in different media (non-complexing, carbonate and clay). The study of the oxidation/dissolution of UO2 in acidic and non-complexing media (0.1 mol/L NaCF3SO3, pH = 3), where UO22+/UO2(s) predominates and the formation of precipitates is limited or even avoided, showed a mechanism with two electrochemical steps and a model characteristic of UO2 oxidation in acidic non-complexing media. Then, the study in neutral non-complexing media (0.05 mol/L NaCl, pH = 7.5) showed a mechanism with two electrochemical steps and one chemical step (EEC) in which both electrochemical steps are similar to those proposed in acidic media. Finally, a first approach of the UO2 oxidation/dissolution was carried out in carbonate media (0.05 mol/L NaCl + 2x10-3 mol/L NaHCO3, pH = 7.5) and in the presence of clay (MX80) in the solution. These studies have respectively shown the influence of carbonates and MX80 on the dissolution of uranium dioxide.