Ce travail porte sur l'amélioration de la sélectivité préférentielle d'une membrane cationique à base d’ETFE pour une utilisation en électrodialyse afin de traiter des effluents industriels contenant un mélange d’acides et de sels métalliques. Pour cela, nous avons fait appel à la méthode de la modification chimique de la surface d’une membrane cationique par la formation d’un film superficiel mince portant des charges positives afin de former une barrière de répulsion électrostatique pour des cations bivalents tout en permettant le passage de cations monovalents tels que les protons. La synthèse de la membrane cationique de base a été réalisée en passant par différentes étapes à savoir : le greffage du styrène - divinylbenzène (DVB), la chlorosulfonation et l’hydrolyse. Au cours de ce travail, nous avons mis au point un protocole de greffage du styrène-DVB dans le film d’ETFE qui permet l’obtention d’un film ayant un taux de greffage reproductible assurant à la membrane cationique finale une bonne conductivité électrique et une capacité d’échange acceptable pour une membrane d’électrodialyse. Une étude de la réaction de greffage en fonction de la concentration en réticulant a été réalisée. Nous avons procédé par la suite à la modification de la surface du film d’ETFE greffé styrène-DVB par la formation d’une couche superficielle mince fixée par des liens covalents. Les membranes modifiées ont été obtenues par la réaction d’une seule face du film d’ETFE greffé chlorosulfoné avec la 3-diméthylaminopropylamine. La modification chimique de la surface du film ETFE greffé chlorosulfoné a été suivie par la technique FTIR-ATR. L’effet de la concentration de la diamine sur les propriétés électrochimiques des différentes membranes modifiées a été étudié. La résistance électrique des membranes modifiées équilibrées au contact de solutions de chlorure de sodium et d'acide sulfurique a été mesurée par la technique d’impédance. La détermination du nombre de transport du proton et de l’ion sodium a été réalisée à partir de mesures du potentiel de membrane. La densité de courant limite des membranes a été évaluée sur base des courbes courant-tension. Les mesures de chronopotentiométrie ont été également effectuées sur les différentes membranes synthétisées. Les résultats de ces caractérisations montrent que la modification de la surface engendre des changements considérables au niveau des propriétés électrochimiques des membranes résultantes. La résistance électrique, la densité de courant limite ainsi que les propriétés de transport de la membrane dépendent d’une part de la concentration de la diamine utilisée et d’autre part de la solution dans laquelle la membrane modifiée est équilibrée. La sélectivité préférentielle des différentes membranes vis-à-vis des protons par rapport aux ions bivalents a été testée en réalisant des électrodialyses d’un milieu mixte H2SO4-NiSO4. Nos résultats montrent que la modification chimique de la surface de la membrane affecte d’une manière significative le transport des ions nickel tout en respectant le passage des protons. Une meilleure séparation a été obtenue pour une membrane modifiée en utilisant la diamine pure.

L’angiotensine II (Ang II), une hormone jouant un rôle important dans l’homéostasie cardiovasculaire, produit la majorité de ses effets en activant le récepteur AT[indice inférieur 1] appartenant à la grande famille des GPCRs. Les sept domaines transmembranaires (TM) des GPCRs contribuent à former la pochette de liaison du ligand. Afin d’identifier les acides aminés du TM2 et du TM5 impliqués dans la formation de la pochette de liaison du récepteur AT[indice inférieur 1], nous avons utilisé l’approche SCAM qui consiste à évaluer les propriétés de liaison du récepteur suite à sa réaction avec le MTSEA. Le MTSEA alkyle les cystéines endogènes ou introduites par mutagénèse dirigée, causant ainsi un encombrement stérique qui interfère avec la liaison du ligand. Une série de mutants ont été produits en remplaçant successivement par une cystéine les résidus 70 à 94 du TM2 ainsi que les résidus 190 à 217 du TM5 du récepteur AT[indice inférieur 1] et de son mutant constitutivement actif N111G-AT1. Après le prétraitement avec le MTSEA, les mutants D74C, L81C, L83C, A85C, A89C ont montré une diminution significative d’affinité pour le ligand [indice supérieur 125]I-[Sar[indice supérieur 1],Ile[indice supérieur 8]]Ang II, suggérant que ces résidus sont orientés dans la pochette de liaison du récepteur AT[indice inférieur 1]. Le mutant D74C-N111G est devenu insensible au MTSEA, alors que la sensibilité de L81C-N111G fut diminuée. Par contre, le mutant V86C-N111G s’est avéré sensible au MTSEA. Ces résultats suggèrent que l’activation constitutive du récepteur AT[indice inférieur 1] implique un mouvement de pivot du TM2, favorisant le rapprochement du haut du TM2 vers la pochette de liaison. Pour le TM5, après le prétraitement avec le MTSEA, les mutants L197, N200, I201, G203 et F204 ont montré une diminution significative d’affinité pour le ligand [indice supérieur 125]I-[Sar[indice supérieur 1],Ile[indice supérieur 8]]Ang II, suggérant que ces résidus sont orientés dans la pochette de liaison du récepteur AT[indice inférieur 1]. Le mutant I201C-N111G est devenu plus sensible au MTSEA, alors que la sensibilité de G203C-N111G fut diminuée. Ces résultats suggèrent que l’activation constitutive du récepteur AT[indice inférieur 1] implique un mouvement de rotation du TM5 dans le sens anti-horaire. Le récepteur AT[indice inférieur 1] est connu pour coupler préférentiellement à la protéine G[indice inférieur q] et les propriétés fonctionnelles de ce récepteur ont surtout été évaluées en fonction de sa capacité à induire la production des inositol phosphates et à mobiliser le Ca[indice supérieur 2+] intracellulaire. Par contre, le récepteur AT[indice inférieur 1] interagit avec d’autres protéines G (G[indice inférieur i] et G[indice inférieur 12/13]) et active également des voies de signalisation indépendantes des protéines G (MAPK). Nous avons évalué une série d’analogues de l’Ang II pour leur capacité à inhiber ou activer plus ou moins sélectivement les diverses voies de signalisation en aval du récepteur. C’est la notion de sélectivité fonctionnelle. Nos résultats démontrent que les substitutions à la position 1 ne confèrent pas de sélectivité fonctionnelle, alors que les substitutions à la position 4 montrent un biais vers la signalisation la MAPK et que les substitutions à la position 8 montrent un biais pour le recrutement des β-arrestines.

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) représentent la plus grande famille de protéines membranaires. Ils sont activés par une grande variété d'hormones, de neurotransmetteurs, et par des stimuli sensoriels. Ces récepteurs jouent un rôle central dans le contrôle de la grande majorité des fonctions physiologiques et constituent une cible thérapeutique majeure. Plusieurs études supportent l'existence de plusieurs états conformationnels de ces récepteurs stabilisés par les ligands. Le caractère dynamique des RCPG est essentiel dans leur fonctionnement. Une question majeure est de déterminer comment un ligand modifie la structure et la fonction de son récepteur. Pour cela, nous avons analysé les changements conformationnels d'un récepteur prototype de la famille des récepteurs à ligands peptidiques, le sous-type V2 de la vasopressine (V2R). Le V2R présente un large éventail de ligands ayant des efficacités différentes (agoniste partiels et complets, agonistes inverses et antagonistes) ainsi que des agonistes biaisés vis-à-vis des voies de signalisation dépendantes de Gs et des arrestines. Afin de déterminer les bases structurales de l'efficacité (amplitude de la réponse biologique) et de la sélectivité fonctionnelle (la capacité d'un RCPG à activer ou à inactiver préférentiellement une voie de signalisation parmi l'ensemble des voies de transduction auxquelles il est couplé), nous avons purifié et stabilisé le V2R par reconstitution en amphipols neutres (Napols). La fonctionnalité du récepteur a été vérifiée par mesure de son interaction directe avec la protéine Gs et les arrestines purifiés. Les profils d'efficacité des ligands vis-à-vis des deux voies de signalisation sont cohérents avec ceux décrits dans des cellules vivantes. Afin d'aborder directement les changements conformationnels dépendants des ligands, nous avons développé deux approches de fluorescence, la fluorescence intrinsèque des tryptophanes et le LRET (Lanthanide Resonance Energy Transfer). La liaison des ligands ayant des efficacités opposées pour la voie Gs ont induit des variations opposées de la fluorescence intrinsèque des tryptophanes, suggèrant l'existence d'états conformationnels distincts. En parallèle, l'analyse des changements des signaux de LRET entre deux domaines fonctionnels du récepteur marqués par deux fluorophores compatibles, le domaine transmembranaire 6 (TM6) côté cytoplasme et l'extrémité C-terminale distale, a permis de calculer une distance moyenne de 33 Å. En accord avec les variations de fluorescence intrinsèque des tryptophanes, les ligands ayant des efficacités opposées pour la voie Gs ont induit un mouvement opposé de ces deux domaines. Les agonistes complets entraînent un éloignement de la boucle i3 et de l'extrémité C-terminale (+2.4 Å) alors qu'un rapprochement des deux domaines est associé à la liaison de l'agoniste inverse (-0.9 Å). Nos résultats démontrent qu'un récepteur à ligands peptidiques répond à la liaison de ses ligands spécifiques par des changements conformationnels dynamiques. Chaque ligand est caractérisé par un ou plusieurs états conformationnels distincts. De plus, les changements conformationnels du V2R jouant un rôle dans le couplage à Gs sont différents de ceux impliqués dans le recrutement des arrestines. Ces données apportent des éléments essentiels de compréhension des mécanismes moléculaires et structuraux de l'activation des RCPG. A plus long terme, une étude plus extensive de la dynamique des RCPG devrait guider le développement de molécules thérapeutiques possédant des propriétés de sélectivité fonctionnelle. / G protein-coupled receptors (GPCR) are seven-transmembrane proteins that mediate most cellular responses to hormones and neurotransmitters, representing the largest group of therapeutic targets. Several studies support the existence of multiple ligand-specific conformational states of GPCR. The dynamic character of GPCR is likely to be essential for their functioning, and a better understanding of this molecular plasticity might facilitate structure-based drug discovery. A major question is to determine how ligands modify receptor structure and function. To this end, we have been studying the structural dynamics of the human vasopressin type 2 receptor (V2R), a prototypical peptide-activated class A GPCR. The V2R is coupled to Gs protein and to β-arrestins, and it has been well characterized pharmacologically using a large panel of ligands with different efficacies. Several display functional selectivity (Gs activation and concomitant β-arrestin inhibition). To demonstrate that ligand efficacy and functional selectivity are achieved through the stabilization of multiple conformational states, we have purified and reconstituted the V2R in amphipathic polymers (amphipol) and developed fluorescence-based approaches. The functionality of the V2R was monitored by direct activation of the purified Gs protein and interaction with purified β-arrestin 1. In these two assays, the effect of ligands correlated well with their known efficacy in cellular systems. Binding of V2R ligands with opposite efficacies toward Gs pathway led to opposite variations in the tryptophan intrinsic fluorescence of the receptor, suggesting the presence of different conformational states of the receptor. In parallel, we used Lanthanide-based resonance energy transfer (LRET) to directly analyze dynamics of the V2R and more particularly conformational changes between fluorophore-labeled extreme C-terminus and transmembrane domain 6. We calculated a basal mean distance of 33 Å between these domains. Interestingly, ligands with different efficacies towards Gs protein elicited opposite LRET changes as for tryptophan fluorescence spectroscopy. Indeed, the two labeled domains moved away upon full agonist binding (+2.4 Å), and closer in presence of inverse agonist (-0.9 Å). These data provide the first evidence of ligand-specific conformational changes in a peptide-activated receptor, and demonstrate that receptor conformational changes involved in Gs coupling are different from those responsible for arrestin recruitment. The results shed some light into the molecular and structural mechanisms of GPCR activation that may be relevant to the design of signaling pathway-selective drugs.

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

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

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

La mise en évidence des nanotubes de carbone mono-feuillets (SWCNTs) en 1993 par S. Iijima a été une des découvertes qui a marqué la recherche dans le domaine des nanos. L'étude de leurs propriétés a révélé qu'elles étaient supérieures à celles de matériaux déjà connus et a laissé entrevoir un champ très large d'applications potentielles. Les méthodes de synthèse actuelles permettent de produire des SWCNTs en grande quantité. Cependant, les échantillons de SWCNTs peuvent être hétérogènes tant au niveau de leur composition (impuretés carbonées et métaux catalytiques) qu'en ce qui concerne les caractéristiques des SWCNTs eux-mêmes. Des traitements post-synthèses sont donc indispensables pour améliorer les caractéristiques des échantillons. Dans ce travail, nous avons dans un premier temps mis en oeuvre une procédure de purification (multi-étape) couramment utilisée. En accord avec la littérature, l'optimisation des paramètres expérimentaux notamment en ce qui concerne le traitement d'oxydation n'a pas permis d'obtenir de bons rendements de purification et une sélectivité de réaction performante. Une méthode de purification alternative a été développée. Elle consiste essentiellement à un traitement thermique sous flux de dichlore. Elle a permis de diminuer significativement la proportion d'impuretés métalliques tout en préservant les nanotubes. Elle s'est également révélée efficace avec des échantillons produits selon différentes méthodes. L'autre difficulté majeure dans l'utilisation des nanotubes est leur processabilité. La modification de l'état de surface des nanotubes passe par la fonctionnalisation chimique. Pour cela, nous avons étudié le greffage de fonctions sondes / The discovery of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) in 1993 by S. Iijima has been one of the milestones of scientific research in the domain of nanos. The study of their properties has revealed that they were superior to those of materials already known and has let to foresee a field of numerous potential applications. The actual methods of synthesis enable to produce SWCNTs in large quantities. However, the SWCNT samples can be heterogeneous regarding both their composition (carbonaceous and metal impurities) and the features of the as-produced SWCNTs. Post-synthesis treatments are therefore indispensable to improve the characteristics of the samples. In this work, firstly we have carried out a standard multi-step purification procedure. In agreement with literature, the optimization of experimental parameters notably those used for the oxidation treatment did not permit us to obtain neither good yields of purification nor efficient selectivity of reaction. An alternative purification method has thus been developed. It consists mainly in a thermal treatment under a dichlore stream. It has enabled to significantly decrease the proportion of metallic impurities in the samples while preserving the nanotubes. It has also shown that this new purification process was efficient with samples produced by different methods. The other main difficulty in using nanotubes is their processability. Chemical functionalization is then needed to modify nanotube surface properties. In that case, we have studied the grafting of probe functions

La flottation ionique est un procédé de séparation permettant d'extraire et de concentrer des ions dans une mousse formée à l'aide d'un tensioactif. Pour les systèmes classiques, la forte interaction entre les ions et le tensioactif collecteur entraîne généralement la formation de précipités. Une fois la mousse collapsée, le résidu solide récupéré nécessite un traitement particulier pour permettre sa valorisation ou son conditionnement. Afin de remédier à cet inconvénient, ce travail propose d'utiliser comme collecteur un tensioactif carboxylique polyéthoxylé, l'AKYPO® RO 90 VG, ayant la particularité de former des complexes ion-tensioactifs solubles, et ce également avec des ions multichargés. Ce travail présente une étude poussée des mécanismes fondamentaux qui régissent l'extraction d'ions par formation de mousses. Dans une première partie, les propriétés tensioactives et acide base du collecteur en solution sont étudiées en combinant nombre de techniques indépendantes que sont le dosage pHmétrique, la tensiométrie et la diffusion aux petits angles. L'évolution de ces propriétés en présence de différents sels de nitrates (Nd, Eu, Ca, Sr, Cu, Li, Na, Cs) couplée à des mesures électrophorétiques donneront une première approche de la sélectivité. Enfin, l'ensemble de ces données associées à une étude de la formation des complexes tensioactif/ion permettra d'établir la spéciation du système Nd/AKYPO® en fonction du pH. Dans une seconde partie, l'analyse de la conductimétrie et de la diffusion de neutron aux petits angles permettront d'établir les paramètres régissant la formation et stabilité des mousses de flottation. Le pH et la nature des ions ajoutés, leur nombre de charge ainsi que leur nature chimique, apparaissent ainsi comme les paramètres majeurs gérant l'humidité et l'épaisseur de film des mousses. La dernière partie est dédiée à la compréhension des expériences d'extraction/séparation ionique par flottation en s'appuyant sur l'ensemble des résultats obtenus précédemment. Il est montré que la flottation du néodyme est fortement liée à sa spéciation, pouvant conduire à sa dés-extraction ou sa flottation sous forme particulaire. Il est également montré que le néodyme induit un phénomène de déplétion des ions monovalents dans la mousse. Cette spécificité ionique permet d'envisager le système étudié pour la séparation d'ions par le procédé de flottation. / Ion foam flotation allows to concentrate ions in a foam phase formed by a soap. For classical systems, the strong interaction between ions and surfactant generally leads to the formation of precipitates and of froth. When the froth collapses, the solid residue thus recovered requires a recycling or conversion. In order to remedy this, the present work uses as collector a polyethoxylated carboxylic surfactant, AKYPO® RO 90 VG, which forms soluble ion/surfactant complexes, even with multi-charge ions. This work presents a detailed study of the fundamental mechanisms that govern the extraction of ions by foaming. In the first part, surface activity and acid/base properties of the surfactant in solution are determined by combining numerous independant techniques which are pHmetric dosage, tensiometry and small angle scattering. The evolution of these properties in the presence of different nitrate salts (Nd, Eu, Ca, Sr, Cu, Li, Na, Cs) coupled with electrophoretic measurements give a first approach to selectivity. Finally, all of these data combined with a study of the formation of surfactant/ion complexes allow us to determine the speciation of Nd/AKYPO® system as a function of pH. In the second part, the analysis of the foam by conductivity and neutron scattering provides information on the wetness and foam film thickness, parameters governing foam stability. The pH and the nature of the added ions, their number of charge and also their chemical nature thus appear to be major parameters that governed wetness and foam film thickness. The last part is devoted to the understanding of the ion extraction/separation experiments by flotation based on all previous results. It is shown that the flotation of neodymium is strongly related to its speciation, which could lead to its re-extraction or its flotation in precipitated form. It is shown that, neodymium induces a phenomenon of mono-charge ion depletion in the foam. This ionic specificity allows to consider the studied system for ion separation by the flotation process.

La performance des procédés de séparation des xylènes utilisant des adsorbants nanoporeux est liée aux propriétés de transport et de sélectivité des zéolithes faujasite du type BaX. Les zéolithes conventionnelles présentent un grand volume de micropores et une bonne sélectivité vis-à-vis du paraxylène. Cependant, la diffusion intracristalline est un processus lent qui limite l'efficacité des zéolithes. Par conséquent, l'utilisation de zéolithes hiérarchiques a été proposée comme alternative pour améliorer les propriétés de transport par l'introduction d'un réseau poreux supplémentaire. Dans cette thèse, deux types de zéolithes hiérarchiques BaX sont considérés: les agrégats de nanoparticules (NA - des agrégats de petites particules avec des mésopores entre eux) et les zéolithes Layer-Like (LL), formées par un réseau de couches zéolitiques (présentant des mésopores entre les couches et au sein des couches). Afin de mieux comprendre le rôle joué par la surface externe et par la porosité supplémentaire dans les zéolithes hiérarchiques (NA et LL), ces zéolithes ont été caractérisées en termes de quantité et de qualité de la surface externe par différentes techniques de caractérisation (diffraction des rayons X, adsorption de N2, porosimétrie, microscopie, infrarouge et résonance magnétique nucléaire). L'adsorption et la diffusion des xylènes ont été évaluées par thermogravimétrie et par batch, en phase gazeuse et liquide, respectivement. Les expériences réalisées en phase liquide permettent d’observer une amélioration importante de la diffusion des xylènes dans les zéolithes hiérarchiques. Néanmoins, une perte significative de la para-sélectivité dans les zéolites BaX hiérarchiques est observée par rapport aux zéolites BaX conventionnelles. L'étude de la diffusion en phase gazeuse a permis d'identifier des barrières de surface, qui sont absentes en phase liquide. Cela peut indiquer qu’à forte concentration , le passage des molécules à travers la surface est moins perturbé. Ceci renforce l'intérêt d’utiliser les zéolithes hiérarchiques pour la séparation des xylènes qui est opérée en phase liquide / The performance of xylene separation processes using nanoporous adsorbents is related to both the transport and selectivity properties of the used faujasite zeolites (BaX). Conventional zeolites exhibit a large volume of micropores and a good selectivity to paraxylene (px). However, intracrystalline diffusion is a slow process which limits the efficiency of the zeolites. Therefore, the use of hierarchical zeolites has been proposed as an alternative to improve transport properties by the introduction of an additional porous network. In this thesis, two types of BaX hierarchical zeolites are considered: Nanoparticles aggregates (NA - aggregates of small particles with mesopores between them) and Layer-like zeolite (LL - array of zeolite layers, with the presence of inter and intra-layers mesopores). In order to better understand the role played by the external surface and by the additional porosity in hierarchical zeolites (NA and LL), these zeolites were characterized in terms of quantity and quality of the external surface by the application of different characterization techniques (X-ray diffraction, N2 adsorption, porosimetry, microscopy, infrared and nuclear magnetic resonance). The xylene adsorption and diffusion were evaluated in gas and liquid phase, by means of thermogravimetry and batch experiments, respectively. Through the experiments in liquid phase, it is noticed that the xylene diffusion in hierarchical zeolites is considerably improved. On the other hand, a significant loss in px-selectivity in hierarchical BaX zeolites is observed compared to conventional BaX zeolites. The study of diffusion in gas phase allowed the identification of surface barriers, which are not present in the liquid phase. This may be an indication that, when the concentration around the surface is large (liquid phase), the passage of molecules across the surface is less/not disturbed. This reinforces the interest of using hierarchical zeolite for xylene separation which is carried out in liquid phase

L'intégrase (IN) du VIH-1 est une enzyme qui catalyse l'intégration du génome du virus dans celui de la cellule infectée. Cette étape d'intégration est cruciale pour le virus pour qu'il puisse se répliquer de manière efficace, l'intégration est donc une cible de choix dans les thérapies antivirales. Comprendre les mécanismes qui participent à l'intégration est donc nécessaire afin de développer des solutions efficaces pour contrecarrer le virus.L’intégration rétrovirale est catalysée par une structure oligomérique d’IN et d’ADN viral bien particulière appelée intasome. Les intasomes rétroviraux catalysent l’intégration préférentiellement sur des nucléosomes, composés d’ADN enroulé de protéines histones, plutôt que sur de l’ADN nu. Ceci est en parti du aux contraintes physiques imposés par la structure de l’intasome, mais également grâce à des facteurs de ciblage cellulaires qui vont interagir avec à la fois l’intasome et des composants du nucléosome.Dans ce projet de thèse, nous avons pu mettre en évidence une nouvelle interaction hôte-pathogène entre l’IN du VIH-1 et la queue d’histone H4 (une des protéines constituant le nucléosome). Ce projet s’est ainsi focalisé autour de cette interaction et a permis de :• Démontrer l’importance de l’interaction entre l’IN du VIH-1 et la queue d’histone H4 lors du cycle viral et plus précisément pour l’étape d’intégration, validant ainsi cette interaction comme une nouvelle interaction hôte-pathogène.• D’identifier que la queue d’histone H4 est un partenaire essentiel de l’intasome du VIH-1 pour qu’il puisse s’ancrer sur le nucléosome.• Développer une nouvelle stratégie antivirale visant à bloquer cette interaction dans les cellules infectées grâce à des composés chimiques. / HIV-1 integrase (IN) catalyzes the insertion of the viral genome into the host cell chromatin. This step is crucial for the virus for its efficient replication, integration is thus of interest to target for antiviral strategies. Understanding the mechanisms involved in integration is important in order to develop efficient tools to fight the virus.Retroviral integration is catalyzed by the intasome, an oligomer of IN and viral DNA. Intasomes integrate onto nucleosomes, composed of DNA wrapped around histone proteins, over naked DNA.In this thesis project, we have identified a new host-pathogen interaction between HIV-1 IN and the H4 histone tail. The topic of the project was then focus on this interaction and has highlighted:• The importance of the HIV-1 IN – H4 histone tail interaction for the viral cycle, especially onto the integration step, validating a new host-pathogen interaction.• The identification of the H4 histone tail as an essential partner for HIV-1 intasome for its anchoring onto nucleosomes.• The development of a novel antiviral strategy aiming to block this interaction in infected cells using chemical compounds