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Les études de protéomique fonctionnelle nous indiquent que probablement aucune protéine n'accomplit une activité biologique ou acquiert sa conformation active de façon complètement autonome. La fonctionnalité des protéines est donc acquise via les interactions protéine-protéine. Pensons par exemples aux interactions protéine-protéine impliquées dans les cascades de signalisation cellulaire, aux complexes de transcription, de traduction etc. Vu la réelle importance des interactions protéine-protéine, la recherche en biologie est présentement en mouvance vers un nouveau courant, soit l'étude des interactions protéiniques ou l'interactomique. Les interactions inter protéine impliquant des super-hélices ont été étudiées chez la levure et il a été avancé qu'une protéine sur 11 interagirait avec d'autres protéines en utilisant un domaine structuré en super-hélice. Plus de 5% des cadres de lecture ouvert (ORFs) du génome de la levure détiendrait l'information modulant des motifs en super-hélice. La connaissance des structures en super-hélice est importante pour le développement, selon le cas, de diverses molécules d'importance pharmacologique pouvant moduler la dynamique d'assemblage, la protection ou le maintien de ces super-hélices. Pour étudier comment les protéines interagissent entre elles via les super-hélices, nous devons étudier les caractéristiques inhérentes de ces structures. Considérant la quantité impressionnante de super-hélices dans l'interactome et la quantité non négligeable de temps nécessaire pour élucider ces structures par une approche expérimentale il est évident que nous avons besoin de méthodes efficaces, rapides, faciles d'utilisation et facilement implémentables pour obtenir les modèles structuraux de toutes les catégories de super-hélices impliquées dans l'interactome en son entier. En se basant sur des postulats analogues à ceux que H.F.C. Crick avait émis en 1953, nous avons posé comme hypothèse que de maintenir chaque brin formant la super-hélice à une distance respectant celle retrouvée dans la structure de super-hélices préalablement déterminées expérimentalement serait suffisant pour générer ces mêmes super-hélices. Afin d'évaluer notre hypothèse, nous avons créé un protocole informatique utilisant un minimum de paramètres et nous l'avons testé en générant les domaines en super-hélices de huit protéines dont les structures furent déterminées par des méthodes expérimentales. Nos modèles générés sont très similaires aux structures expérimentales correspondantes (RMSD majoritairement<1) et nous avons trouvé une excellente similitude des conformations des chaînes latérales composant l'interface. De plus, nos modèles nous permettent d'identifier une certaine dynamique spécifique aux multimères et même à des résidus précis ayant une activité biologique démontrée crucial dans l'interactomique de ces super-hélices.

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

Différentes approches d'amarrage moléculaire sur des systèmes lectines calcium dépendantes – glucides ont été comparées, afin de reproduire les données expérimentales. En utilisant la méthode d'amarrage la plus appropriée, le site de liaison de la lectine humaine Langerine a été étudié, en rationalisant le mécanisme de reconnaissance de l'épitope du virus VIH. Les caractéristiques de la lectine Pseudomonas aeruginosa I ont été également étudiées par des calculs d'amarrage moléculaire, de dynamique moléculaire et d'énergie libre. Une analyse conformationnelle des facteurs Nod, signaux bactériens nécessaires à l'induction de la symbiose, a révélé des états conformationnels spécifiques en accord avec les résultats obtenus par RMN. Les modèles par homologie du domaine LysM2 et du domaine catalytique de la kinase LYK3, récepteurs hypothétiques des facteurs Nod exprimés sur les cellules racinaires de Medicago truncatula, ont été construits et utilisés comme support des données biologiques.

La cristallisation en solution est largement utilisée comme technique de séparation et de purification dans l'industrie pharmaceutique. Les propriétés d'usage et intermédiaires des cristaux sont liées à la taille et au faciès des cristaux Dans cette étude, nous avons considéré la cristallisation des cristaux à faciès aciculaires en combinant l'approche expérimentale et de la modélisation moléculaire. La structure, la nucléation et la croissance des cristaux d'Irbesartan phase A obtenus dans le Propan-2-ol ont été étudiées. L'Irbesartan présente en solution un équilibre tautomérique dont les différents tautomères peuvent être isolés à l'état solide. La modélisation des interactions intermoléculaires de la phase A montre une forte anisotropie de la structure, conduisant à la prédiction de cristaux à faciès aciculaire. C'est un exemple de cristal pour lequel la croissance est régie par les propriétés internes plutôt que les propriétés externes. Des observations in-situ et ex-situ ont permis d'étudier l'influence des conditions de cristallisation sur les mécanismes de croissance. Les observations AFM montrent que les agglomérats présentent des orientations cristallographiques communes. Nous avons utilisé le concept de "regular over et intergrowths" comme dans le cas des macles afin de proposer un mécanisme de croissance. Les résultats expérimentaux et de modélisation moléculaire ont conduit à la sélection de différents additifs. Leur influence sur la nucléation et la croissance des cristaux a été étudiée. Les observations AFM à l'échelle microscopique fournissent des informations intéressantes concernant l'influence des conditions de croissance sur la topographie de surface.

Dans un souci d'un air ambiant sain, les nouvelles constructions sont dotées d'échangeurs d'air qui permettent de remplacer l'air vicié intérieur par l'air sain extérieur. Cependant, ce changement d'air entraîne une perte d'énergie si l'on doit chauffer l'air extérieur froid ou refroidir l'air extérieur chaud qui entre dans la maison. C'est pourquoi il est important d'avoir un échangeur d'air qui réussit à récupérer l'énergie de l'air qui sort ou dissiper celle de l'air qui entre. Dans le but d'optimiser les performances des membranes des échangeurs d'air, une compréhension des interactions moléculaires est nécessaire. Donc, l'objectif de ma maîtrise est d'établir un modèle moléculaire du transfert d'humidité et de chaleur à travers une membrane de cellulose qui est une composante importante des membranes des échangeurs d'air. Premièrement, à l'aide de la microscopie électronique, nous étudierons la structure de la cellulose, ceci nous dévoilera l'allure de la modélisation à effectuer afin de mimer le plus fidèlement possible la réalité telle qu'observée expérimentalement. Nous devons augmenter le contraste entre les chaînes polymériques pour les observer par microscopie électronique. Nous avons augmenté le contraste en associant des complexes de cuivre à la cellulose, ces complexes sont réduits en cuivre métallique avec différents réducteurs. Nous avons aussi utilisé une autre technique qui consiste à oxyder les alcools primaires en surface de la cellulose en acide carboxylique. Ensuite, avec une bonne agitation on peut défaire les fibres en nanofibres dû aux forces de répulsion entre les carboxylates et on peut observer les nanofibres par microscopie électronique à transmission en augmentant le contraste entre les nanofibres à l'aide d'acétate d'uranyle. Ensuite, à l'aide de la suite de logiciel de modélisation moléculaire Material Studio (AcceIrys), nous pouvons simuler et modéliser l'échange d'humidité dans le matériau. La suite de Material Studio permet de faire de la modélisation de type mésoscale, c'est-à-dire entre l'échelle de la mécanique moléculaire et les modèles de continuum. Nous avons développé la méthode pour pouvoir l'appliquer à nos modèles et les résultats obtenus sont très prometteurs pour permettre une application au développement futur d'études portant sur les nanomatériaux. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : DPD, Modélisation moléculaire mésoscale, Diffusion, Caractérisation, Cellulose amorphe, Cellulose cristalline.

Les souches uropathogéniques de Escherichia coli (UPEC) sont la cause de 80% des infections du tractus urinaire qui touchent une femme sur deux au moins une fois dans leur vie. Malgré l'utilisation d'antibiotiques, la récurrence du pathogène demeure un problème qui conduit à la cystite urinaire et la pyélonéphrite. La colonisation est favorisée par l'adhésion bactérienne à l'uroépithélium du tractus urinaire. Cette adhésion se fait par la reconnaissance moléculaire entre la partie glycosylée de l'uroplakine Ia et le domaine de reconnaissance aux carbohydrates (CRD) des pili bactériens (fimbriae de type 1). Récemment, la portion adhésine de 158 a.a. de la sous-unité FimH du pili de type 1 a été clonée (UPEC-JI6) et cristallisée en présence d'un ligand de haute affinité: le butyl a-D-mannopyranoside. La structure du complexe protéine-carbohydrate montre la proximité de quatre résidus d'acides aminés formant une couronne hydrophobe autour de j'aglycone (IIel3, Tyr48, Ile52, Tyrl37) dont deux résidus aromatiques électrodonneurs qui permettraient potentiellement d'optimiser l'interaction entre la lectine et des mannosides synthétiques en tirant profit des interactions hydrophobes et du recouvrement n-aromatique. Les dérivés O-aryl mannosides montrent des affinités de l'ordre du micromolaire pour la FimH. Nous avons donc réalisé la synthèse de dérivés a-D-mannosidiques possédant une extrémité aglyconique hydrophobe (espaceur aliphatique) munie de noyaux hétéro-aromatiques (triazole), en plus de quelques O-aryl mannosides. La synthèse de trois mini-clusters à terminaisons mannosidiques a aussi été effectuée par Click-Chemisty pour apprécier l'effet de multivalence en synergie avec les propriétés liantes de ces nouveaux analogues triazoliques. Les tests biologiques (voir en annexe) en résonance plasrnonique de surface (SPR) ont révélé des Kd allant de 651 à 27.7 nM pour ces nouveaux analogue monomérique, tandis que l'affinité par mannoside est augmentée jusqu'à 5.9 à 7.4 fois par l'effet de multivalence pour les clusters synthétisés (Kd de 14 et 8 nM). Finalement, une méthodologie de synthèse asymétrique de nouveaux synthons C-mannosidiques d'importance en chimie des sucres a été réalisée par allylboration diastéréosélective. Le développement de cette méthodologie, combinée à la métathèse de fermeture de cycle constitue un premier pas vers la synthèse de pseudodisaccharides C-liés d'un genre nouveau. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Chimie thérapeutique, UTI, E. coli, lectine, FimH, D-mannosides, affinités, Click-Chemistry, triazole, multivalence, cluster, C-glycosides, allylboration asymétrique, disaccharides C-liés, métathèse de fermeture de cycle, Grubbs, azidotranfert, modélisation moléculaire.

Les glycosyltransférases et les lectines sont deux familles de protéines impliquées respectivement dans la biosynthèse et la reconnaissance spécifique des glucides. Une partie de ces travaux a été consacrée à la mise à jour de la base de données des structures cristallographiques de glycosyltransférases. La modélisation par homologie de certaines glycosyltransférases d'intérêt biologique dont les structures cristallographiques n'ont pas encore été résolues a été effectuée. Des simulations de dynamique moléculaire de la glycosyltransférase LgtC, qui participe à la biosynthèse des lipooligosaccharides (LOS) chez la bactérie Neisseria meningitidis, ont permis de suggérer un mécanisme de réaction.<br />La lectine PA-IIL de Pseudomonas aeruginosa présente une affinité inhabituellement forte pour le fucose. Les calculs quantiques sur un modèle incluant le site de liaison de la lectine en complexe avec le fucose ont montré que la l'interaction forte entre la protéine et le ligand pourrait partiellement être causée par une délocalisation importante des charges électrostatiques.

Désireux de mettre au point de nouvelles substances pouvant présenter une activité biologique potentielle au niveau du Système Nerveux Central, nous avons envisagé d'étudier les Relations Quantitatives Structure-Activité (QSAR) sur plusieurs familles de composés 5-HT1A. L'objectif était de prédire l'activité et la sélectivité biologique de nouveaux ligands 5-HT1A vis-à-vis de certains neurorécepteurs transmembranaires (5-HT1A, alpha1, alpha2, D2). Pour ce faire, 382 composés issus de différentes familles chimiques (indole, tétraline, chromane, thiochromane, pipérazine, etc...) ont été modélisés et superposés aux pharmacophores 5-HT1A. Nous avons ensuite, pour chaque molécule, calculé et comparé différents descripteurs moléculaires représentatifs de l'aspect électrostatique, lipophilique, stérique et topologique. Les différentes tables constituées des composés et des descripteurs ont ensuite été étudiées par des analyses statistiques comme l'analyse en composantes principales, l'analyse discriminante, la régression multiple et l'analyse Partial Least Square. A partir des meilleurs modèles statistiques, l'activité biologique de nouveaux ligands a été prédite. Après la synthèse et les tests pharmacologiques, ces prédictions se sont révélées précises (écart moyen de 1 unité de pIC50). En parallèle, une étude de dynamique moléculaire du récepteur sérotoninergique transmembranaire 5-HT1A a été entreprise afin de rendre compte de l'importance fonctionnelle de ces ligands au niveau des interactions électrostatiques, stériques et lipophiliques mises en jeu au sein du site actif du récepteur. Ces études sur un nombre limité de complexes ligand/récepteur ont aussi été menées afin de comprendre le rôle de certaines parties fonctionnelles de ces ligands, rôle mal défini jusqu'alors par les autres techniques. Nous avons aussi obtenu des informations qualitatives sur les interactions et la mobilité de certaines parties du récepteur, entre autres sur les hélices transmembranaires TMH5, 6 et 7.

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