Le syndrome du QT long (SQTL) est une anomalie du coeur caractérisée par une prolongation de l'intervalle de repolarisation entre les ondes Q et T sur l'électrocardiogramme. Ce syndrome pouvant provoquer de l'arythmie et même la mort peut être causé par des mutations génétiques, ou par la prise de certains médicaments. Plusieurs médicaments vendus sous ordonnance qui induisaient le syndrome du QT long ont été retirés du marché au cours de la dernière décennie et plusieurs autres ont échoué les tests de contrôle avant même leur sortie en pharmacie. La plupart de ces médicaments provoquent le SQTL à des doses thérapeutiques et dans pratiquement tous les cas, le syndrome est causé par une interaction du médicament avec le canal potassique transmembranaire du human ether-à-go-go-related-gene (hERG). Selon plusieurs études, la majorité des molécules qui bloquent le canal hERG se lieraient à des sites localisés dans la partie intracellulaire de la région du pore (hélice transmembranaire S5 et/ou S6) ou dans la région extracellulaire qui connecte S5 et S6. Dans la présente recherche, le rôle du segment extracellulaire (lIe583 -Tyr597 ) dans le fonctionnement du canal hERG et dans le mécanisme du SQTL fut étudié. Pour ce faire, l'interaction de ce segment avec quatre médicaments cardiotoxiques (bépridil, cétirizine, diphenhydramine, pentamidine) fut analysée en plus de vérifier l'interaction de ce segment et des médicaments avec des membranes modèles. Une approche combinant la RMN de l'état liquide et de l'état solide jumelée avec des analyses de dichroïsme circulaire a permis d'obtenir les conclusions suivantes. Tout d'abord, les résultats des interactions peptide-médicaments étudiées par RMN de l'état liquide du ¹H par des mesures de diffusion à l'aide de gradients de champ pulsés suggèrent une faible interaction du peptide avec chacun des médicaments dans un environnement aqueux. Cependant, une très forte interaction des médicaments et du peptide avec la membrane a été observée, suggérant un rôle potentiel de cette dernière dans la cardiotoxicité des médicaments provoquant le SQTL. Ensuite, les résultats des interactions médicaments-membranes et peptide-membrane étudiées par RMN de l'état solide du ²H et du ³¹P suggèrent une importante perturbation de la membrane (tant au niveau des têtes polaires que des chaînes acyle) par le segment extracellulaire lIe583 -Tyr597 . Finalement, les analyses de dichroïsme circulaire ont permis de démontrer que ce segment n'adopte pas une structure secondaire bien définie malgré sa forte interaction avec la membrane. Cependant, la conformation de ce segment varie en fonction de la nature et de la charge de la membrane modèle, ce qui prouve sa grande flexibilité structurale. Ces résultats suggèrent que la membrane joue un rôle important dans le fonctionnement du canal hERG, probablement en stabilisant des conformations transitoires durant les processus d'ouverture et de fermeture contrôlés par voltage. En terminant, les expériences biochimiques réalisées ont permis d'exprimer avec succès le segment S5. Des expériences sont toujours en cours pour purifier ce segment. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Syndrome du QT long, hERG, Médicaments cardiotoxiques, Membrane modèle, RMN de l'état liquide, RMN de l'état solide, Interaction médicaments-membranes, Interaction peptide-membranes.

Le phénomène de résistance aux antibiotiques stimule le développement de nouveaux médicaments. Ceux ayant un mécanisme d'action basé sur la perturbation des membranes bactériennes sont de bons candidats puisque les pathogènes y développent plus lentement une résistance. La RMN-ÉS in vivo de membranes naturelles marquées au deutérium (2H) devraient permettre des études plus représentatives des interactions entre les membranes et des agents antimicrobiens ce qui poussera le développement de nouveaux antibiotiques moins susceptibles aux phénomènes de résistance. Le but de ce projet est donc de préparer des bactéries Escherichia coli ayant les lipides membranaires deutérés par incorporation d'acides gras exogènes deutérés pour permettre des études in vivo par 2H RMN-ÉS. Le projet a également pour but d'extraire et purifier des pigments de type marennine pour évaluer leur activité biologique et leurs effets sur les membranes d'E. coli. Nos résultats démontrent qu'une souche sauvage d'E. coli incorpore l'acide palmitique deutéré dans les phospholipides membranaires à un taux de 76% (m/m d'acide gras totaux) permettant un bon rapport signal sur bruit sur les spectres 2H RMN-ÉS. Trois agents antimicrobiens avec des mécanismes d'action différents ont été testés afin de vérifier la réponse des membranes deutérée d'E. coli. Les effets de l'antibiotique polymyxine B étaient cohérents avec la rigidification des membranes, tandis que l'exposition aux nanoparticules de fullerénol a restreint légèrement la dynamique des phospholipides. Le spectre du chlorure de cétyltriméthylammonium révèle la formation d'une phase gel de la membrane. Les interactions entre le modèle développé et les agents antimicrobiens sont en accord avec les mécanismes d'action connus ce qui souligne la justesse de l'analyse in vivo 2H RMN-ÉS d'une souche sauvage d'E. coli pour étudier les mécanismes d'action des agents antimicrobiens et les biomembranes. Le modèle développé a été exposé à l'agent antimicrobien marennine pour vérifier si ce pigment algal extrait de diatomées perturbait les membranes d'E. coli. Les travaux ont permis d'optimiser la croissance des diatomées H. provincialis et d'H. karadagensis en réduisant l'intensité lumineuse, ce qui a assuré la qualité et la quantité du pigment marennine. L'analyse 2H RMN-ÉS indique que la forme externe du pigment extrait d'H. provincialis rigidifie les membranes d'E. coli tandis que la forme interne les fluidifie légèrement ce qui est en accord avec leur propriétés antimicrobiennes respectives connues. Les interactions entre les pigments et les membranes bactériennes sont possiblement la cause de leur action antibiotique. Les formes externes d'H. ostrearia et d'H. karadagensis ont été testées sur les cellules Vero pour déterminer leur cytotoxicité et leur effet antiviral sur le virus HSV-1. Le pigment d'H. karadagensis est moins toxique et a un effet antiviral plus important que le pigment d'H ostrearia ce qui oriente la recherche de nouveaux agents antiviraux sur les pigments d'H karadagensis. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Bactérie Gram négatif, interactions membranaires, polymyxine B, fullerène polyhydroxylé, chlorure de cétyltriméthylammonium, pigment de type marennine.

Les amidures de lithium dérivé de 3-aminopyrrolidines chirales (3APLi) forment des<br />agrégats mixtes avec les alkyllithiens (3APLi : AlkLi) parfaitement caractérisés en<br />solution. L'étude de ces agrégats, d'une part par Résonance Magnétique Nucléaire<br />multinoyaux (RMN 1H/6Li/13C/15N), d'autre part par modélisation moléculaire, a permis,<br />au cours de cette thèse, de :<br />- confirmer le pliage (type azanorbornyle) de l'amidure grâce au double<br />marquage à l'azote 15N de l'azote intracyclique et du lithium 6Li ;<br />- observer et quantifier l'affinité relative des 3-APLi's pour les halogénures de<br />lithium LiX (X = Br, Cl). Les résultats suggèrent que la formation des<br />agrégats mixtes 3-APLi : LiX est favorisée, aux dépends des complexes 3-<br />APLi : AlkLi. ;<br />- évaluer le degré et la capacité d'agrégation des 3-APLi's en présence d'un<br />mélange d'alkylithiens (MeLi + nBuLi).<br />Les analyses et observations effectuées sont pour l'essentiel en accord avec les résultats<br />expérimentaux de synthèse asymétrique et permettent de justifier des variations d'excès<br />énantiomériques observées.

Ce travail est consacré a l'intercalation de deux typesC d'éspèces dans des structures lamellaires : d'une part de lithium dans FeWO4C1, d'autre part des ions complexes vanadate dans des hydroxydes doubles lamellaires. La réaction du lithium dans FeWO4C1 est réversible dans le domaine de composition FeWO4C1. L'analyse structurale sur monocrstal de FeWO4C1 et de l'affinement par la methoe de rietveld une foorte modification de l'environnement du fer lors de l'intercalation.<br />Des hydroxydes doubles lamellaires dérivés de Ni(OH)2 contenant des chaînes métavanadate intercalées ont été préparés par la chimie douce. Ces matériaux ont été caractérisés par diffraction des rayons X, spectroscopie infrarouge, analyser thermogravimétrique, analyse chimique et RMN du vanadium. L'étude du processus d'intercalation montre que des ions diperoxovanadate sont insérés de prime abord pouis polycondensent spontanément pour donner des chaînes métavanadate. La RMN du vanadium met en évidence le couplage de ce comportement à un phénomène de greffage, également spontané, des entités insérées aux feuillets.

Le peptidoglycane est un biopolymère essentiel délimitant la bactérie et dont la synthèse est le produit de réactions catalysées par des complexes protéiques finement régulés spatio-temporellement. Le point culminant de ce processus est l'assemblage et l'insertion des chaînes réticulées de peptidoglycane dans la structure déjà existante par les PBPs, cibles des β-lactames. Les travaux présentées ici portent sur deux importants régulateurs peu caractérisés au niveau atomique, les Lpos (chez Escherichia coli), qui stimulent les activités des PBPs. En utilisant principalement la RMN, les premières structures à haute-résolution de ces protéines ont été obtenues et quelques interactions ont pu être étudiées. Les résultats présentés permettent de mieux comprendre comment ces facteurs, ancrés à la membrane externe, atteignent leur cible et régulent directement la synthèse du peptidoglycane. / Peptidoglycan is an essential biopolymer which surrounds the bacterial cell. Its biosynthesis is the product of large macromolecular complexes tightly regulated in space and time. The peak of this process is the assembly and insertion of peptidoglycan reticulated chains in the existing network by Penicillin-Binding Proteins (PBPs), targets of β-lactam antibiotics. The work presented here focuses on two important regulators of peptidoglycan growth lacking atomic-scale characterization, the Lpo proteins (in Escherichia coli). These proteins are directly stimulating PBPs activities. Using mainly NMR, their structure was obtained, for the first time, and, for one of them, the interaction with its protein partner was investigated. The results provide new insights on how these proteins reach their targets from the outer-membrane and on how their regulatory function is determined.

Pendant ma thèse de doctorat, j’ai eu la grande chance de travailler sur le développement de nouvelles méthodes de deux techniques spectroscopiques complétement différentes : la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) et la Spectroscopie de Masse par Résonance Cyclotronique Ionique à Transformée de Fourier (FT-ICR/MS). En tant que méthodologiste, mon but principal a été d’améliorer les méthodes existantes et la théorie. En RMN, l’outil fantastique de la manipulation des spins permet la mise en place des séquences d’impulsions, et en FT-ICR, les rapports masse sur charge (m/z) des ions et des fragments d’ions obtenus par différents chemins de fragmentation peuvent être appliqués à des problèmes en chimie, biochimie et médecine. Le manuscrit de ma thèse de doctorat comporte deux parties. Les sujets abordés étant différents, ce manuscrit a été rédigé pour que chaque chapitre puisse être lu indépendamment. La première partie aborde la RMN dans le chapitre I. Dans ce chapitre, nous avons amélioré une méthode développée précédemment dans l’equipe pour l’étude de l’échange rapide des protons par RMN. Nous avons adapté la méthode à l’étude de l’acide aminé histidine, système en apparence simple mais qui s’est avéré très compliqué à l’étude. La deuxième partie de ma thèse de doctorat aborde la spectroscopie de masse et comprend deux chapitres. Dans le chapitre II, nous avons essayé de faire revivre et de mettre en œuvre une méthode longtemps oubliée ; il s’agit de la méthode d’isolement d’ions par éjection sélective (‘notch ejection’) par spectroscopie de masse FT-ICR. Un autre sujet abordé pendant ma thèse, qui est décrit dans le chapitre III, concerne l’utilisation de trois impulsions rf dans une expérience à deux dimensions (2D) ICR. Notre objectif a été de mieux comprendre la complexité du comportement des ions pendant cette expérience 2D ICR, en particulier pour le cas d’impulsions courtes. / This thesis encompasses methodological developments in both nuclear magnetic resonance and Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry. The NMR section explores the effects of scalar relaxation on a coupled nucleus to measure fast exchange rates. In order to quantify these rates accurately, a precise knowledge of the chemical shifts of the labile protons and of the scalar couplings is normally required. We applied the method to histidine where no such information was available a priori, neither about the proton chemical shifts nor about the one-bond scalar coupling constants J(1H15N), since the protons were invisible due to fast exchange. We have measured the exchange rates of the protons of the imidazole ring and of amino protons in histidine by indirect detection via 15N. Not only the exchange rate constants, but also the elusive chemical shifts of the protons and the coupling constants could be determined. For the mass spectrometry section, the ion isolation project was initiated to study the effect of phase change of radiofrequency pulses. Excitation of ions in the ICR cell is a linear process, so that the pulse voltage required for ejecting ions must be inversely proportional to the pulse duration. A continuous sweep pulse propels the ion to a higher radius, whereas a phase reversal causes the ion to come to the centre. This represents the principle of ‘notch ejection’, wherein the ion for which the phase is reversed is retained in the ICR cell, while the remaining ions are ejected. The manuscript also contains a theoretical chapter, wherein the ion trajectories are plotted by solving the Lorentzian equation for the three-pulse scheme used for two-dimensional ICR. Through our simulations we mapped the ion trajectories for different pulse durations and for different phase relations.

Les travaux de cette thèse portent sur la caractérisation fine des cristaux d’apatite osseuse, principalement par résonance magnétique nucléaire à l’état solide. Leur originalité majeure a été de se tourner vers l’étude d’un échantillon d’os frais et intact, analysé dans les deux heures après son extraction de chez l’animal (i.e. une brebis âgée de deux ans). Cette démarche évite toute altération de l’échantillon d’os, lequel se trouve proche de son état d’hydratation naturel. Une telle rigueur expérimentale a permis de mettre en lumière le fort caractère hydrophile des cristaux d’apatite du minéral osseux. Un même caractère hydrophile a également été rapporté pour des analogues biomimétiques de synthèse étudiés dans un état humide artificiel. Il est prouvé ici que ce caractère hydrophile est fourni par la présence d’un domaine minéral particulier se trouvant en surface des cristaux d’apatite osseuse et biomimétique, appelé domaine non-apatitique. Les signatures RMN (des noyaux 31P et 1H) ainsi que les propriétés d’hydrophilie de ce domaine non-apatitique ont été comparées à celles d’un échantillon de phosphate de calcium amorphe de synthèse, et se sont avérées similaires. Une étude sur la composition chimique de ce domaine non-apatitique a également été entreprise, réalisée parfois sur un échantillon d’os intact et parfois sur des analogues biomimétiques de synthèse enrichis en certains isotope (i.e. 13C et 43Ca). Il a de cette manière été montré que ce domaine non-apatitique est principalement composé d’espèces divalentes : Ca2+, HPO42- et CO32-. Enfin, des expériences de diffraction des rayons X et de cryo-microscopie électronique en transmission ont permis d’étudier le comportement en solution des cristaux d’apatite. Il a de cette manière été prouvé, de manière inattendue, que les molécules d’eau rigidement adsorbées sur le domaine de surface des cristaux d’apatite peuvent favoriser l’adhésion entre les cristaux ainsi que leur organisation 3D. / The work of this thesis is focused on the characterization of bone apatite crystals, mainly by solid-state nuclear magnetic resonance. The originality of this work was to study a fresh bone sample, analyzed within two hours after its extraction from the animal (i.e. a two years old sheep). This approach avoids any alteration of the bone sample, and keeps its natural state of hydration. Such experimental rigor led to the evidence that the apatite crystals of bone own a high hydrophilic character. Furthermore, a analogous hydrophilic character has also been reported for two samples of biomimetic apatites, both studied in a artificial wet state. It is shown here that this hydrophilicity is given by the presence of a particular mineral domain located at the surface of the bone apatite (and biomimetic apatite) crystals, the so called non-apatitic domain. The NMR signatures (1H and 31P nuclei) and the hydrophilic properties of the non-apatitic domain were compared with those of a synthetic amorphous calcium phosphate, and all were found to be similar. The chemical composition of the non-apatitic domain was also studied, sometimes performed on a bone sample and sometimes on labeled (13C and 43C) biomimetic apatites. It has been shown that this non-apatitic domain is mainly composed of divalent species : Ca2+ , CO32- and HPO42-. Finally, some X-ray diffraction and cryo-electron transmission microscopy experiments were done to study the behavior of apatite crystals in aqueous media. It has been shown, surprisingly, that the water molecules strongly adsorbed on the non-apatitic domain at the surface of apatite crystals, can promote the adhesion between crystals and their 3D organization.

Ce travail s’inscrit dans le cadre de la chimie supramoléculaire, domaine qui traite des systèmes comportant deux ou plusieurs entités moléculaires, organisées et maintenues ensemble par des interactions intermoléculaires non covalentes. Ces interactions sont très répandues dans les systèmes naturels et de nombreux récepteurs moléculaires synthétiques ont été développés afin d’améliorer la compréhension des différents processus de reconnaissance hôte-invité. Parmi ces récepteurs, les calix[6]arènes sont des candidats de choix car ils possèdent une cavité hydrophobe idéale pour l’inclusion de petites molécules organiques. De plus, de nombreuses méthodes de synthèse ont été mises au point pour les modifier chimiquement. Un certain nombre de travaux publiés dans la littérature ont porté sur la synthèse de récepteurs multitopiques à base de deux sous-unités calixaréniques reliées entre elles :les bis-calixarènes. L’objectif consiste à obtenir des tubes possédant des propriétés de complexation inédites. Parmi les composés préalablement étudiés au sein du Laboratoire de Chimie Organique, le bis-calix[6]tris-amide est le premier exemple de récepteur multitopique, car il permet l’inclusion d'un ammonium et de son contre-ion selon un processus de reconnaissance de paires d'ions associés, mais également l'inclusion d'un second ammonium pour obtenir des complexes cascade, dans un solvant apolaire (CDCl3). Cependant, ces propriétés de reconnaissance sont particulièrement limitées dans un solvant protique (CD3OD), restreignant de ce fait leur applicabilité.L’objectif de nos travaux a été de synthétiser et d’étudier les propriétés hôte-invité de nouveaux dérivés bis-calix[6]aréniques, modifiés à diverses positions, afin de moduler et renforcer les propriétés de reconnaissance, notamment en milieu protique. Pour ce faire, cinq nouveaux récepteurs ont été développés. Tout d’abord, le remplacement des trois liens amide par trois liens urée ou thiourée a permis d'améliorer la reconnaissance d’une grande variété de paires et triades d’ions organiques, grâce à un remarquable phénomène d’adaptation induite et avec une sélectivité importante pour les ammoniums linéaires associés à un anion dichargé. Les processus de complexation sont hautement coopératifs et sont en grande partie dirigés par l’interaction ionique. L'étude approfondie de ces récepteurs a permis de mieux comprendre le mode d'insertion des ammoniums qui s’insèrent très probablement dans les cavités en passant par les petits cols calixaréniques, le méthyle terminal en premier. Ces deux récepteurs sont également aptes à complexer des ammoniums quaternaires fonctionnalisés et des zwittérions de type bétaïne :l’ammonium est alors reconnu au sein d’une des deux cavités aromatiques tandis que le second groupe fonctionnel interagit avec le site tris-(thio)urée. La reconnaissance sélective de lipides de type phosphatidylcholine a également été mise en évidence. Il est très intéressant de noter que ces récepteurs constituent un très bel exemple de biomimétisme, avec un mode de reconnaissance très proche de celui des transporteurs naturels de ces molécules. D’autre part, le bis-calix[6]tris-thiourée peut également servir de détecteur capable de discriminer divers anions en présence d'un petit ammonium primaire dans le chloroforme.En présence de deux sites tris-urée sur chaque bras reliant les deux sous-unités calixaréniques, la formation de complexe quaternaire avec des bis-anions de type disulfate ou dicarboxylate a été observée tandis qu’en supprimant les groupes méthyle des petits cols calixaréniques via une réaction de déméthylation sélective, le bis-calixarène hexa-déméthylé possède une meilleure affinité pour les triades d’ions d’ammoniums secondaires et quaternaires, grâce à la plus grande flexibilité de ce récepteur par rapport à son équivalent hexa-méthylé. Enfin, l’introduction de bras fonctionnalisé sur le bis-calix[6]arène tris-urée a permis de former sélectivement des complexes quaternaires de type [1+1+1+1] en incluant deux ammoniums différents. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’IRM à 1,5T ou 3T de la prostate est l’imagerie la plus performante pour la détection du cancer de prostate. Nous avons travaillé à des modèles expérimentaux ex vivo d’IRM haute résolution à 7T permettant d’améliorer la résolution spatiale et la détection tumorale.La première partie de ce travail a porté sur la mise au point de protocoles d’analyse IRM de tissus prostatiques ex vivo à 7T. Des coupes de tissus de pièces opératoires et cadavériques avec et sans cancer ont été étudiées. Les données obtenues ont permis de définir des paramètres de séquence en turbo spin-echo pour obtenir des images avec résolution spatiale de 60 X 60 X 90 μm3. Cette résolution permettait d’identifier à l’imagerie IRM 7T des caractéristiques tissulaires comparables à celles obtenues par analyse histo-pathologique (X2).La seconde partie de ce travail a porté sur l’étude par IRM 7T de glandes prostatiques entières chez 18 patients opérés pour cancer de prostate. En utilisant les protocoles d’acquisition mis au point dans la première étude, l’imagerie a comporté des séquences T2, à la plus haute résolution de 130 X130 X195 μm3 et de diffusion avec cartographie ADC. Les résultats étaient interprétés par deux relecteurs en aveugle pour évaluer la qualité et la détection tumorale. La haute résolution spatiale des images, comparée à celle obtenue par analyse histo-pathologique, était jugée comme bonne avec une concordance inter-relecteur élevée. Une étude de corrélationanatomo-imagerie pour la détection du cancer avec analyse par secteur a montré une sensibilité de 70%, une spécificité de 80%, une valeur prédictive positive de 79% et une valeur prédictive négative de 72%.Ces résultats ont permis de mesurer la résolution de l’imagerie IRM à 7T ex vivo et son intérêt pour la détection du cancer. Une sémiologie IRM 7T du tissu prostatique doit être décrite. Ces résultats serviront de base à la translation future de l’imagerie actuelle vers l’IRM 7T in vivo chez l’homme. / Prostate MRI at 1.5T or 3T is the best imaging modality for tumor detection. Weinvestigated high resolution MRI at 7T on prostate specimen tissue to improve spatialresolution and prostate cancer detection.First part of experiments consisted of setting up new imaging protocol with 7T MRI onex vivo prostatic tissue. Imaging was carried out on all or part of specimen from radicalprostatectomy of patients or prostate harvested from deceased organ donors.Collected data resulted in new protocol parameters for fast spin echo needed to yielda spatial resolution of 60 X 60 X 90 μm3. High spatial resolution imaging was used toidentify relevant morphological structures for characterization of the prostate gland andtumor as compared to histology.Second part of work was done with whole gland imaging at 7T of radical prostatectomyspecimens of patients. Imaging protocol was based on the outcomes from the first partof experiments and consisted in T2W with high resolution of 130 X130 X195 μm3,diffusion and ADC map. Two independent and blinded reviewers were in charge ofimaging quality assessment and tumor detection. Overall quality was great with goodagreement between the two reviewers. Correlation study for prostate cancer detectionwith the corresponding H&E was of 70%, 80%, 79% and 72% for sensitivity, specificity,positive predictive value and negative predictive value, respectively.We measured the resolution of 7T MRI of ex vivo prostatic tissue, and it’s benefits intumor detection. New semiology should be designed at 7T to improve theunderstanding of prostatic tissue in further experiments. In future, these findings canbe extrapolated to carry out in 7T MRI of in vivo prostate gland.

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