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

Les objectifs principaux de ce travail sont de faire la synthèse et la caractérisation de deux familles de catalyseurs à structure pérovskite de formule générale LaMi.xCuxOi (M = Cr, Ga; 0 < X > 0,4), ainsi que d'en faire l'essai pour la réduction catalytique du monoxyde d'azote (NO) en utilisant du propylène (C3I-L,) comme agent réducteur. Une série d'expériences destinées à déterminer la structure, la surface spécifique, la réductibilité et la quantité d'oxygène à la surface de tous les échantillons essayés ont été réalisées. Les résultats montrent que tous les échantillons utilisés avaient une structure principalement pérovskite et que la surface spécifique était supérieure pour les échantillons préparés ou post-traités en utilisant la méthode de broyage. L'augmentation de la quantité de cuivre dans les deux familles de catalyseurs augmente leur réductibilité ainsi que la quantité d'oxygène adsorbée à la surface. Les résultats catalytiques indiquent que la famille de catalyseurs contenant du chrome présente une activité plus élevée pour la réduction sélective du NO en N2 que leurs équivalents contenant du gallium. L'addition de cuivre dans la structure augmente l'activité catalytique pour la réduction du NO et pour l'oxydation du C3H6. Cependant, la présence d'oxygène dans le courant gazeux a un effet négatif sur la réduction du NO, qui disparaît complètement à une concentration de 0,5 % sur l'échantillon le plus performant, dans notre cas le LaCro.ôCuo^Oj broyé.

Le monoxyde d'azote (NO) est une molécule produite par notre organisme lors de la pneumonie à Streptococcus pneumoniae. Le NO participe la pathogenèse de la pneumonie en étant bénéfique ou délétère pour l'hôte, dépendamment de la prévalence de ses effets vasodilatateurs, bactéricides ou cytotoxiques. Le but de ce projet était de vérifier l'effet du NO exogène, via l'administration de donneurs de NO, sur le taux de survie de souris infectées à S. pneumoniae et d'éclaircir les mécanismes associés à cette éventuelle protection. Le donneur de NO nitroprusside de sodium (SNP), bactéricide in vitro, a amélioré la survie de souris infectées tout en améliorant l'élimination sanguine des bactéries et l'oxygénation, et en réduisant significativement l'inflammation et l'œdème pulmonaire. Les autres donneurs de NO testés n'ont démontré aucun effet favorable sur la survie ni sur les différents paramètres inflammatoires mesurés, suggérant que le NO n'est possiblement pas responsable des effets bactéricides du SNP. / Nitric oxide (NO) is a molecule synthesized by our organism during pneumococcal pneumonia. NO plays a role in the outcome of pneumonia in beneficial or detrimental ways, based on the prevalence of its vasodilator, bactericidal or cytotoxic effects. The goal of our study was to assess the influence of exogenous administration of NO (through pharmacological NO donors) on the survival rate of mice infected with Streptococcus pneumoniae, and to identify the mechanisms responsible for the potential protection. We found that the NO donor sodium nitroprusside (SNP) was bactericidal in vitro, and enhanced survival rate of infected mice by facilitating bacterial clearance from blood and by improving blood oxygenation, as well as by reducing pulmonary inflammation and edema. Other tested NO donors didn't protect mice from the deleterious effects of the disease, suggesting that the NO moiety from SNP is likely not responsible for the pneumococcal killing observed with this compound.

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

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Objectifs : Comparer les effets de la plongée à l’air et en apnée sur la vasodilatation d’origine endothéliale et le stress oxydant. Ensuite, tenter de prévenir la dysfonction endothéliale post-plongée par une supplémentation en antioxydants. Méthodes : La fonction endothéliale des grosses artères est évaluée par la dilatation flux-dépendante (FMD) et celle des petites par pléthysmographie. Les concentrations plasmatiques de monoxyde d’azote (NO) furent évaluées en mesurant les nitrites/nitrates par colorimétrie. Les effets de 30g de chocolat noir furent testés en supplémentation 1h30 avant la plongée à l’air et 1h avant l'apnée. Résultats : La FMD diminue dans les 2 types de plongée. Le taux de NO est inchangé après la plongée à l’air alors qu’il augmente après l’apnée. En eau froide, le taux de NO se voit réduit chez les plongeurs en apnée. Lorsque le chocolat noir est administré en supplémentation à des plongeurs, la FMD est augmentée aussi bien après la plongée à l’air qu’en apnée. Le NO augmente après la plongée à l’air alors qu’il ne change pas après l’apnée. Conclusion : En apnée comme en plongée à l’air, la diminution de la FMD suggère qu’elle est liée à un stress oxydant puisqu’elle est prévenue par le chocolat noir. Le chocolat noir est un bon moyen préventif pour la dysfonction endothéliale aussi bien en plongée à l’air qu’en apnée. L’absence de variation du NO suggère que la diminution de la FMD est la conséquence d’une activité du système nerveux autonome et/ou d’une altération du muscle lisse vasculaire. Les mécanismes observés en plongée sont un bon modèle pour la personne âgée où du stress oxydant et une dysfonction endothéliale sont également retrouvés. / Objectives: To compare the effects of SCUBA diving with breath-hold diving on endothelial vasodilation and oxidative stress. Then trying to prevent post dive endothelial dysfunction by a supplementation in antioxidants. Methods: Endothelial function of large arteries is evaluated by FMD and those of small arteries by plethysmography. Plasmatic concentrations of nitric oxide (NO) were evaluated by measuring nitrite/nitrate by colorimetry. The effects of 30g dark chocolate were tested as a supplement 1h30 before SCUBA diving and 1 hour before the breath-hold dives. Results: FMD is reduced in the 2 types of diving. The level of circulating NO remains unchanged after SCUBA diving while it increases after breath-hold diving. The PORH is reduced after SCUBA diving while it is increased in the breath-hold group. In cool water, NO is reduced after breath-hold diving. When dark chocolate is administered to divers FMD is increased after SCUBA diving and breath-hold diving. NO is increased after SCUBA diving while it does not change after breath-hold diving. Conclusion: In breath-hold and SCUBA diving the decreased FMD suggests that it is associated with oxidative stress since it is prevented by dark chocolate. Dark chocolate is a good way to prevent endothelial dysfunction in SCUBA diving and in breath-hold diving. The lack of variation in NO level suggests that the reduced FMD results from the activity of the autonomic nervous system and/or an alteration of vascular smooth muscle. Mechanisms observed in diving are a good model for the elderly people where oxidative stress and endothelial dysfunction are also encountered.

Le monoxyde d'azote (NO•) est connu pour son rôle dans de nombreux processus biologiques et physiologiques. Il peut cependant avoir des effets antagonistes selon sa concentration dans le milieu. Le développement de sources exogènes capables de relarguer localement et quantitativement NO• est donc nécessaire pour profiter pleinement de son potentiel thérapeutique. La chimiothérapie photoactivée offre une approche intéressante qui consiste en l'irradiation de systèmes photosensibles non toxiques dans l'obscurité, mais capables de déclencher la mort cellulaire sous activation à la lumière. Cette thèse s'articule autour de trois complexes de ruthénium nitrosyle (RuNO) à ligands polypyridines, développés dans la perspective d'étudier leur comportement par excitation mono- et biphotonique. La fonctionnalisation des ligands polypyridines par des groupements riches en électrons permet d'envisager une excitation à 2 photons dans la fenêtre thérapeutique afin de traiter de manière locale des tumeurs plus profondes. Un état de l'art sur ces enjeux et cette thématique est dressé dans le premier chapitre. Dans le deuxième chapitre, une étude théorique comparative de plusieurs complexes RuNO à ligand bipyridine fonctionnalisée par des fluorènes permet de sélectionner le meilleur candidat pour la photolibération de NO•. Dans le troisième chapitre, la synthèse et la caractérisation de [Ru(terpy)(F2bpy)(NO)](PF6)3 (terpy = 2,2':6',2''-terpyridine; F2bpy = 4,4'-bis(9,9'-dibutyl-9H-fluoren-2-yl)-2,2'-bipyridine) sont décrites. Sont ensuite présentées dans le quatrième chapitre la synthèse et la caractérisation de [Ru(terpy)(MP2bpy)(NO)](PF6)3 (T0B2) et [Ru(MPterpy)(MP2bpy)(NO)](PF6)3 (T1B2), avec MP2bpy = 4,4'-bis(4-méthoxyphényl)-2,2'-bipyridine et MPterpy = 4'-(4-méthoxyphényl)-2,2':6',2''-terpyridine. Dans le cinquième chapitre, les propriétés photophysiques de [Ru(terpy)(F2bpy)(NO)](PF6)3 sous excitation à un photon et à deux photons sont étudiées, la libération de NO• est mise en évidence (détermination du rendement quantique фNO et de la section efficace σ) et le photoproduit est caractérisé. Le comportement des complexes T0B2 et T1B2 sous irradiation monophotonique est étudié dans le sixième chapitre, à travers la photolibération de NO•, la caractérisation de leur photoproduit et la détermination de фNO. / Nitric oxide (NO•) is known for its role in many biological and physiological processes. Nonetheless its effects are opposite according to the concentration in the media. The development of exogeneous sources able to release locally and quantitatively NO• is therefore necessary to fully benefit from its therapeutic potential. Photoactivated chemotherapy offers an interesting approach consisting in the irradiation of non toxic photoreactive systems in the dark, but able to trigger cell death when irradiated with light. This thesis is based on three ruthenium nitrosyl complexes (RuNO) with polypyridyl ligands, developed in view of studying their behavior under mono- and biphotonic excitation. The functionalization of polypyridyl ligands by electron-rich groups enables to consider a two-photon excitation in the therapeutic window in order to access deeper tumors locally. A state of art on those stakes and on this theme is addressed in the first chapter. In the second chapter, a comparative theoretical study of several RuNO complexes with a bipyridine ligand functionalized with fluorene enables to select the best candidate for NO• photorelease. In the third chapter, the synthesis and the characterization of [Ru(terpy)(F2bpy)(NO)](PF6)3 (terpy = 2,2':6',2''-terpyridine; F2bpy = 4,4'-bis(9,9'-dibutyl-9H-fluoren-2-yl)-2,2'-bipyridine) are detailed. In the fourth chapter are presented the synthesis and characterization of [Ru(terpy)(MP2bpy)(NO)](PF6)3 (T0B2) and [Ru(MPterpy)(MP2bpy)(NO)](PF6)3 (T1B2), with MP2bpy = 4,4'-bis(4-methoxyphenyl)-2,2'-bipyridine et MPterpy = 4'-(4-methoxyphenyl)-2,2':6',2''-terpyridine. In the fifth chapter, the photophysical properties of [Ru(terpy)(F2bpy)(NO)](PF6)3 under one-photon and two-photon excitation are studied, NO• release is demonstrated (determination of the quantum yield фNO and the cross section σ) and the photoproduct is characterized. The behavior of T0B2 and T1B2 under monophotonic irradiation is described in the sixth chapter, through the photorelease of NO•, the characterization of their photoproduct, and the determination of фNO.

Le monoxyde d'azote NO• est impliqué dans de nombreux processus biologiques. Il intervient, entre autres, dans la vasodilatation, la neurotransmission, il peut impliquer le développement ou l'apoptose des cellules et possède également des propriétés bactéricides. Le contrôle de la libération de ce radical est donc de grand intérêt pour des applications biomédicales en chimiothérapie photo-activée (PACT) ainsi qu'en inactivation photo-dynamique (PDI). La stratégie ici est de synthétiser des complexes de ruthénium à ligand nitrosyle photoréactifs, qui sont capables de libérer NO• sous irradiation mono ou biphotonique. L'excitation à deux photons permet une irradiation dans la fenêtre thérapeutique, très focalisée et une pénétration du faisceau plus profonde qu'en monophotonique. Ces travaux de thèse sont consacrés à la synthèse et l'étude des propriétés photochimiques de complexes [RuNO] et à leurs applications en biologie. Le premier chapitre de cette thèse développe l'état de l'art dans le domaine des complexes de ruthénium à ligand nitrosyle et présente les enjeux biologiques. Le second chapitre présente les propriétés de photolibération de NO• de complexes possédant le ligand 4'-(2-fluorényl)-2,2':6',2''-terpyridine, sous excitation à un et à deux photons par des études spectroscopiques. Les photoproduits obtenus sont caractérisés par diffraction des rayons X. Dans un troisième chapitre, l'étude des complexes cis (Cl,Cl)- et trans (Cl,Cl)-[RuII(fluorène-terpyridine)Cl2NO]PF6 est menée dans l'eau. Les capacités de photolibération du trans (NO,OH)-[RuII(fluorène-terpyridine)(Cl)(OH)(NO)]PF6 dans les conditions biologiques sont étudiées. Le quatrième chapitre s'intéresse à la synthèse de nouveaux complexes constitués de ligands dérivés du 4'-(2-fluorényl)-2,2':6',2''-terpyridine et à leurs propriétés de photolibération de NO•. Le cinquième chapitre s'intéresse aux propriétés phototoxiques de ces complexes envers des cellules cancéreuses (HCT 116 et FaDu). Enfin, dans le sixième chapitre, les propriétés remarquables de ces systèmes dans la levée de la résistance de Staphylococcus epidermidis aux antibiotiques sont exposées. / Nitric oxide NO• is involved in numerous biological processes. It takes part to vasodilatation, neurotransmission, it can trigger cell proliferation or apoptosis and it also has bactericidal properties. Thus, NO• release control is of high interest for biomedical applications such as photo-activated chemotherapy (PACT) or photodynamic inactivation (PDI). The strategy here is to synthesize photoreactive ruthenium complexes with nitrosyl ligand which can release NO• under one and two-photon absorption. Compared with one-photon excitation, two-photon excitation allows high focalization and deep penetration of the beam, while exciting in the therapeutic window. This thesis is dedicated to the synthesis of [RuNO] complexes and their biological applications. The first chapter develops the state of the art in the field of ruthenium nitrosyl complexes and presents the biological issues. The second chapter presents the NO• photorelease properties of complexes with 4'-(2-fluorenyl)-2,2':6',2''-terpyridine ligand under one and two-photon excitation by spectroscopic studies. Photoproducts are characterized by X-ray diffraction. In a third chapter, cis (Cl,Cl)- and trans (Cl,Cl)-[RuII(2-fluorene-terpyridine)Cl2NO]PF6 are studied in water. The photorelease capacities of trans (NO,OH)-[RuII(fluorene-terpyridine)(Cl)(OH)(NO)]PF6 are studied in biological conditions. The fourth chapter presents the synthesis of new complexes with 4'-(2-fluorenyl)-2,2':6',2''-terpyridine ligand derivatives and their photorelease properties. The fifth chapter describes the phototoxic studies of these complexes on cancer cells (HCT 116 and FaDu). Finally, in the sixth chapter, the outstanding properties of these systems in the falling of antibiotic resistance in Staphylococcus epidermidis are exposed.

Le monoxyde d'azote (NO) est une molécule gazeuse impliquée dans de nombreux processus biologiques chez les plantes, de la germination de la graine à la mise en place de réponses à des stress abiotiques et biotiques. Dans les interactions plante/ pathogène, le NO fait partie de l'arsenal de défenses de l'hôte. En réponse, les pathogènes ont développé des mécanismes pour contrer les effets du NO. Dans la symbiose fixatrice d'azote entre la légumineuse modèle Medicago truncatula et la bactérie Sinorhizobium meliloti, du NO a été détecté durant toutes les phases de l'interaction. L'équipe avait précédemment montré que la réponse de S. meliloti au NO est nécessaire au maintien de la symbiose puisque des nodules formés par une souche mutée dans le gène hmp (le gène hmp est induit par le NO et code pour une protéine qui dégrade le NO) sénescent prématurément. Au cours de cette thèse, nous avons étudié 3 nouveaux gènes de S. meliloti induits par le NO : nnrS1, nnrS2 et norB. nnrS1 et nnrS2 codent pour deux protéines de fonction inconnue et norB code pour une NO réductase qui dégrade le NO. Nous avons montré que ces 3 protéines participent d'une part à la résistance des bactéries au NO en culture et d'autre part, au maintien de l'interaction symbiotique. Par ailleurs, nous avons montré que ces 3 protéines sont impliquées directement ou indirectement dans la dégradation du NO et des résultats préliminaires suggèrent que NnrS1 présente une activité NO réductase. De plus, nous avons montré que NnrS1 et Hmp n'agissent pas seulement sur les bactéries mais aussi sur les protéines végétales. Il était connu que dans les nodules de M. truncatula, la glutamine synthétase (GS) végétale, une enzyme clé de la symbiose, est inhibée par tyrosine nitration, une modification post-traductionnelle dépendante du NO. Nous avons montré que NnrS1 et Hmp, en modulant le niveau de NO dans les nodules, contrôlent l'activité de la GS. Enfin des expériences préliminaires montrent que d'autres protéines (bactériennes et/ou végétales) pourraient être tyrosine nitratées. / Nitric oxide (NO) is a gaseous molecule involved in a large range of biological processes in plants from the seed germination to abiotic and biotic stress responses. In plant-pathogen interactions, NO is part of the defense systems. In response, pathogens have developed mechanisms in order to counteract the NO effects. In the nitrogen fixing symbiosis between the model leguminous plant Medicago truncatula and the bacterium Sinorhizobium meliloti, NO has been detected at all stages of the symbiosis. The team had previously shown that the S. meliloti response to NO is necessary to maintain the symbiotic interaction since nodules elicited by a strain mutated in the hmp gene (hmp is induced by NO and codes for a flavohemoglobine that degrades NO) senesce prematurely. During this thesis, we have studied 3 new genes of S. meliloti whose expression is induced by NO: nnrS1, nnrS2 and norB. nnrS1 and nnrS2 encode two proteins of unknown function and norB codes for a NO reductase which degrades NO. We have shown that these 3 proteins participate on one hand in bacterial NO resistance in culture and on the other hand in maintaining the symbiotic interaction. Furthermore, we have shown that these 3 proteins are involved, directly or indirectly, in NO degradation and preliminary results suggest that NnrS1 displays a NO reductase activity. Moreover, we have shown that NnrS1 and Hmp are not only dedicated to protect bacteria against NO but also play a role on plant proteins. It was already known that, in M. truncatula nodules, the plant glutamine synthétase (GS), a key enzyme of the symbiosis is inhibited by tyrosine nitration, a NO post-translational modification. We have shown that NnrS1 and Hmp, by modulating NO levels in nodules, control the GS activity. Finally, preliminary experiments suggest that other proteins (from bacterial and/or plant origin), could be tyrosine nitrated.

La drépanocytose est une maladie génétique caractérisée par la présence d’une hémoglobineanormale. Les travaux de cette thèse visaient à caractériser les fonctions micro-et macrovasculaires chezles enfants atteints de la drépanocytose SS et SC et ses conséquence sur la sévérité clinique. Nosrésultats, réalisées sur une cohorte pédiatrique antillaise, démontrent que les fonctions micro-etmacrovasculaires étaient altérées chez les enfants drépanocytaires homozygotes (SS) et chez les enfantsSC par rapport aux enfants non malades. Ainsi il semble que les patients drépanocytaires présentent, etce dès le plus jeune âge, une défaillance vasculaire marquée. Plusieurs facteurs semblent être impliqués :(1) l’activation endothéliale chronique, (2) la faible biodisponibilité en monoxyde d’azote causée parl’installation d’un état de stress oxydatif et nitrosatif chronique, (3) l’altération du système nerveuxautonome avec un risque vasoconstricteur (4) la défense anti-oxydante sur-sollicitée et (5) le faible niveaud’activité physique. En outre, nos résultats indiquent que la dysfonction vasculaire était plus sévère chezles enfants SS comparé aux enfants SC. Le faible taux d’hémolyse et le moindre stress oxydatif,pourraient expliquer la meilleure fonction vasculaire chez les enfants SC. Cette interaction entre stressoxydatif et hémolyse semble jouer un rôle clefs dans le cercle vicieux de la physiopathologiedrépanocytaire. Dans cette cohorte pédiatrique, le degré de dysfonction vasculaire ne semble pasmoduler la sévérité clinique. Cependant une dysfonction vasculaire plus développée a probablement desconséquences néfastes sur la sévérité clinique dans la drépanocytose. / Sickle cell disease is the most common genetic disease in the West Indies that affectshemoglobin. Because of considerable heterogeneity in clinical outcomes, its complex pathophysiology isstill not totally understood. For many decades it was widely assumed that blood disorders were the solecause of vaso-occlusion. More recently blood vessel dysfunction also seem to be involved. But it isunclear whether vascular function is affected similarly in children with sickle cell anaemia (SS) and childrenwith sickle haemoglobin C (SC) disease. This study with a cohort of Guadeloupean children demonstratedthat microvascular reactivity is impaired already in sickle cell SS and SC children compared to healthychildren. Divers biological and physiological analysis revealed that there are many interacting factors, all ofwhich may contribute to vasculopathy: (1) chronic endothelial stress due to elevated blood flow level, (2)reduced nitric oxide bioavailability due to chronic hemolysis and oxidative stress, (3) altered autonomicnervous system activity with increase risque in vasoconstrictor activity, (4) saturated antioxidant activityand (5) limited physical activity known to improve vascular function. In this children cohort, vascularimpairments were not associated to clinical severity. However vascular dysfunction seems to beexacerbated in SS. Mild haemolysis in SC, compared to SS, may limit oxidative and nitrosative stress andcould explain the better preserved microvascular function in this group. Learning more about the progressof vascular dysfunction in sickle cell disease seems to be essential. In advanced state it may possibleseriously worsen clinical severity.