Le radio-cobalt possède de multiples applications dans des domaines tels que la medicine, l'industrie alimentaire et la recherche. Cependant, le ⁶⁰Co pourrait être intégré à une arme de dispersion de poussières radioactives à des fins terroristes. Afin de prévenir une telle menace, il est important de développer des techniques radiochimiques permettant de faire la datation d'une source de ⁶⁰Co et de confirmer son origine, permettant de déterminer la légalité de la source saisie. Pour estimer l'âge d'une source, il est nécessaire de mesurer le ratio isotopique du ⁶⁰Co avec son produit de désintégration le ⁶⁰Ni. Étant donné que le ⁶⁰Ni est un isotope stable, seule la spectrométrie de masse peut être utilisée (ICP-MS). Les deux isotopes possédant le même ratio m/z, une séparation de haute performance est nécessaire afin d'extraire le ⁶⁰Ni de la matrice de radio-cobalt. Il est nécessaire de séparer une faible quantité de nickel dans une matrice très riche en cobalt. Pour effectuer cette séparation, deux approches ont été étudiées : la chromatographie de complexation et la chromatographie échangeuse d'ions. La chromatographie échangeuse d'anions est basée sur les travaux de Krauss et Moore et utilise la résine Dowex 1-X8 sous forme chlorure. L'autre technique est basée sur la complexation du nickel avec le diméthylglyxoime sur une colonne en milieu légèrement basique, celle-ci est commercialisée par la compagnie Eichrom. De plus, une méthodologie de mise en solution a été développée afin d'éviter la contamination de la source par la couche externe faite en nickel. Finalement une analyse complète des paramètres de 1TCP-MS en utilisant deux méthodes d'injection a été effectuée afin d'évaluer les limitations instrumentales pour l'analyse isotopique du ⁶⁰Ni.

Un dispositif expérimental, composé principalement de deux chambres en acier inoxydable ayant chacune leur propre système de pompage indépendant, a été construit pour étudier la cinétique homogène d'espèces qui sont susceptibles de se décomposer facilement sur des parois. Le gaz à analyser est introduit dans un réacteur cylindrique en Pyrex à l'extrémité inférieure duquel on a percé un orifice circulaire. Une partie du gaz qui effuse par l'orifice du réacteur en régime d'écoulement hydrodynamique est collimaté en un faisceau moléculaire par un émondeur qui sépare les deux chambres et plus loin par un orifice circulaire placé à l'entrée de la chambre d'ionisation d'un spectromètre de masse quadrupolaire. Après son passage dans la chambre d'ionisation, le faisceau moléculaire se détruit sur un piège froid qui piège certains gaz facilement condensables. Le faisceau moléculaire permet le transfert sans collision d'un échantillon du mélange réactionnel jusqu'à la chambre d'ionisation. Pour analyser quantitativement des espèces qui sont susceptibles de se décomposer facilement sur des parois, il est nécessaire de distinguer entre le signal provenant du faisceau moléculaire et celui provenant du fond réactionnel. En employant un interrupteur situé entre l'orifice du réacteur et l'orifice de l'émondeur, nous avons mis au point deux techniques pour déterminer les différentes contributions ioniques au spectre de masse… / Montréal Trigonix inc. 2018

Dans cette thèse, nous présentons une étude de l'ionisation multiphotonique ou tunnel de certains atomes et molécules dans un régime intermédiaire d'intensité (~10¹³-10¹⁴ W/cm²) en utilisant des impulsions provenant d'un laser ultra rapide Ti:saphir. En étudiant l'ionisation à deux couleurs de Ar et de Xe, nous présentons un modèle pour quantifier les contributions tunnel quasi-statique et multiphotonique. La dépendance du taux d'ionisation de Ar et de Xe sur l'angle entre les vecteurs de polarisation de deux impulsions ([omega] et 2 [omega] est mesurée. L'ionisation de cinq molécules organiques, C₆H₆, C₅NH₅, C₃H₆, C₂H₄, et C₂H₂, est étudiée. Deux phénomènes sont observés. La première observation montre que la probabilité d'ionisation jusqu'à un état uniquement chargé (+1) est supprimée en comparaison avec des atomes fictifs ayant le même potentiel d'ionisation. La seconde montre que l'ionisation double de ces molécules se produit principalement par un processus non séquentiel. Ces molécules présentent une probabilité relative énorme pour l'ionisation non séquentielle, qui est attribuée à la suppression de l'ionisation multiphotonique ou tunnel d'un ion de charge +1. Finalement, pour une application de spectroscopic laser, les spectres de masse de deux isomères de butène, 1-butène et cis-2-butène ionisés par des impulsions laser femtosecondes intenses sont comparés. On montre que la différence entre ces deux spectres est beaucoup plus prononcée que celle qu'on observe sur des spectres obtenus par collisions d'électrons de 100 eV. Notre observation suggère l'application possible de l'ionisation multiphotonique dissociative par des impulsions d'un laser ultrarapide pour la spectroscopic de masse de haute performance pour distinguer des molécules similaires.

L'avancement de différentes sphères d'analyse moléculaire demande toujours un plus grand pouvoir d'identification de la matière. Par exemple, l'analyse en LDTD-MS peut être difficile lorsqu'un échantillon contient différentes molécules ayant la même masse (isobares & isomères). La mobilité ionique différentielle est une méthode de séparation de molécules ionisées qui s'avère être un outil additionnel dans le domaine de la spectrométrie de masse pour aider à repousser et/ou augmenter la spécificité et les limites de détection. Ce projet a eu pour but la conception et la caractérisation d'un instrument de mobilité ionique différentielle ayant une géométrie originale et qui est couplé à un système LDTD-MS/MS. L'objectif final est d'améliorer la résolution d'interférences de masses dans un système LDTD-MS/MS. Les configurations planes et coaxiales usuelles produisent la séparation des différentes molécules dans un plan perpendiculaire à l'axe de propagation et nécessitent deux électrodes pour y parvenir. Le concept original mis de l'avant dans ce travail sépare les molécules parallèlement à l'axe de propagation. Toutefois, ceci nécessite l'utilisation d'au moins trois électrodes pour y parvenir plutôt que 2 électrodes pour les configurations planes ou coaxiales. Cette approche a été prise dans l'optique de prolonger le parcours des ions dans les conditions optimales de séparation, tout en limitant les pertes par diffusion. Des simulations numériques ont été réalisées pour concevoir et caractériser une configuration à électrodes multiples. La configuration proposée produit la séparation caractéristique des FAIMS et DMS dans deux régions de dérive distinctes. Ce principe de fonctionnement nécessite des tensions de compensation indépendantes sur la première et la troisième électrodes. La fonction asymétrique (tension de dispersion) est appliquée sur la seconde électrode. Selon la polarité de la tension de dispersion, chaque région bloquera plus facilement des ions ayant un différentiel de mobilité ionique soit positif (∆K+) ou négatif (∆K-). Le mécanisme de séparation est différent de ce qui est réalisé lorsque la séparation est perpendiculaire à l'axe de propagation. Ainsi, un effort particulier a été mis sur la description et l'interprétation des courbes de transmission obtenues. Les concepts de résolution et de pouvoir de résolution, nécessaires à l'évaluation de la performance instrumentale, ont du être redéfinis pour pouvoir s'appliquer aux résultats obtenus. Un montage expérimental empruntant l'électronique d'un FAIMS commercial a été réalisé pour expérimenter la configuration novatrice. Les performances instrumentales ont été évaluées sous deux aspects : la séparation ciblée et la filtration d'interférences non ciblées. Des phtalates ayant des structures chimiques similaires ont été infusés et séparés par l'instrument. Les observations expérimentales concordent avec les résultats obtenus en simulation. Le mécanisme de séparation fonctionne tel que décrit théoriquement. La quantification de la quetiapine dans le plasma est limitée par un interférent sur la transition la plus sensible. Une courbe de calibration a comparé la limite de quantification d'un système LDTD-MS/MS et LDTD-FAIMS-MS/MS. La séparation de cet interférent non-ciblé a permis d'abaisser la limite de quantification d'un facteur 10 par rapport au système LDTD-MS/MS. Cette limite de quantification s'avère à un niveau qui plus bas que ce qui est répertorié dans littérature. / The advancement of different spheres of molecular analysis always requires greater power to identify the material. For example, LDTD-MS analysis can be difficult when a sample contains different molecules with the same mass (isobars & isomers). Differential ion mobility is a method for separating ionized molecules that is proving to be an additional tool in the field of mass spectrometry to help increase specificity and detection limits. The aim of this project was to design and characterize a differential ion mobility instrument with an original geometry that is coupled to an LDTD-MS/MS system. The final objective is to improve the resolution of mass interferences in an LDTD-MS/MS system. The usual planar and coaxial configurations produce the separation of different molecules in a plane perpendicular to the propagation axis and require two electrodes to achieve this. The original concept put forward in this work separates the molecules parallel to the propagation axis. However, this requires the use of at least three electrodes to achieve this rather than 2 electrodes for planar or coaxial configurations. This approach was taken in order to extend the ion path under optimal separation conditions, while limiting diffusion losses. Numerical simulations were performed to design and characterize a multiple electrode configuration. The proposed configuration produces the characteristic separation of FAIMS and DMS in two distinct drift regions. This operating principle requires independent compensation voltages on the first and third electrodes. The asymmetric function (dispersion voltage) is applied on the second electrode. Depending on the polarity of the dispersion voltage, each region will more easily block ions with either a positive (∆K+) or negative (∆K-) ion mobility differential. The separation mechanism is different from what is achieved when the separation is perpendicular to the propagation axis. Thus, a particular effort has been put on the description and interpretation of the transmission curves obtained. The concepts of resolution and resolving power, necessary for the evaluation of the instrumental performance, had to be redefined in order to be applied to the obtained results. An experimental set-up borrowing the electronics of a commercial FAIMS has been realized to experiment the innovative configuration. The instrumental performances were evaluated under two aspects: targeted separation and filtration of untargeted interferences. Phthalates with similar chemical structures were infused and separated by the instrument. The experimental observations are in agreement with the results obtained in simulation. The separation mechanism works as theoretically described. Quantification of quetiapine in plasma is limited by an interferent on the most sensitive transition. A calibration curve compared the limit of quantification of an LDTD-MS/MS and LDTD-FAIMS-MS/MS system. The separation of this untargeted interferent lowered the limit of quantification by an order of 10 compared to the LDTD-MS/MS system. This limit of quantification was found to be at a level that is lower than what is reported in the literature.

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

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

Ce travail de thèse porte sur le développement de méthodes de spectrométrie de masse (MS) structurale pour la caractérisation de systèmes protéiques complexes, souvent réfractaires aux approches biophysiques classiques. Dans ce contexte, les développements entrepris furent notamment focalisés sur la caractérisation de complexes impliqués dans la biogénèse des ribosomes et dans la régulation transcriptionnelle, fonctions cellulaires essentielles pouvant être liées à de nombreuses pathologies humaines dont certains cancers. Ainsi, les approches par MS native, pontage chimique et d’HDX-MS ont permis de renseigner sur la connectivité, les proximités spatiales ou encore la dynamique conformationnelle retrouvées au sein des complexes étudiés. Parmi ces techniques, l’HDX-MS permet une approche comparative basée sur les mesures d’incorporations en deutérium renseignant sur la dynamique conformationnelle d’une protéine sous différents états. Aussi, la combinaison d’approches de MS structurale a permis d’approfondir la caractérisation des systèmes complexes étudiés, démontrant ainsi l’intérêt d’une approche intégrative dans ce contexte. / This PhD thesis focuses on developing methods in structural mass spectrometry (MS) to characterize complex protein systems, given their size and their heterogeneity, frequently inaccessible by classical biophysic approaches. In this context, methodological developments have particularly focused on the characterization of protein complexes involved in ribosomes biogenesis and transcriptional regulation. These fundamental cellular processes are related to numerous diseases such as cancers and genetic diseases. Thus native MS, crosslink, and hydrogen/deuterium exchange coupled to MS (HDX-MS) allowed gaining insights about the stoechiometry, spatial proximities and conformational dynamics of studied systems. Among these approaches, HDX-MS enables a comparative approach based on deuterium incorporation measurements giving information about the conformational dynamics of labeled proteins in various experimental conditions. Finally, the combination of structural approaches enables to deeply characterize complex protein systems, highlighting the advantages of an integrative approach in this context.

Résumé : L’adénocarcinome colorectal est parmi les plus importants cancers au Canada en terme de mortalité et morbidité. Cependant, nous n’en connaissons encore que peu, entres autres sur les voies cellulaires importantes et les protéines présentant un potentiel comme biomarqueur. Cette étude fut divisée en deux sous-projets. Sous-projet A. Il n’y a présentement aucun biomarqueur permettant de prédire la réponse à la radiothérapie comme modalité de traitement pour le cancer colorectal. Le but de ce sous-projet était de mettre au point les méthodes permettant d’effectuer une étude prospective ou rétrospective par spectrométrie de masse sur la réponse à la radiothérapie en utilisant des échantillons de tissu de patient. Des échantillons de tissu de souris et de tissu humains anonymisés ont été utilisés pour évaluer la faisabilité d’une telle étude. Différentes techniques d’extraction protéique ont été évaluées. Les extraits totaux et fractionnements subcellulaires de tissu frais ont permis une analyse appropriée des protéines cellulaires. Il en était de même pour l’extraction totale de tissus fixés. Cependant, les protéines extraites suite à microdissection au laser de tissu fixé étaient inadéquates et en nombre insuffisant. Sous-projet B. Afin d’investiguer l’importance de fonctions, voies ou protéines dans différents types de cancer colorectaux, neuf lignées cellulaires de cancer colorectal et de côlon normal ont été fractionnées en quatre compartiments subcellulaires et analysées par spectrométrie de masse. Aucun groupe de recherche n’avait analysé jusqu’à présent plus de cinq lignées et plus d’un compartiment subcellulaire à la fois. Les résultats montraient que certaines voies canoniques et fonctions cellulaires étaient de haute importance dans plusieurs des lignées analysées, dont la voie de signalisation par eIF2. De plus, les régulateurs de transcription TP53, MYC et TGFB1, pouvant être responsables des caractéristiques cellulaires observées, ont été identifiés. En conclusion, ce projet nous a permis d’améliorer nos connaissances sur les caractéristiques moléculaires d’importance dans le cancer colorectal et de mettre au point des techniques qui pourraient permettre la découverte de nouveaux biomarqueurs. / Abstract : Colorectal adenocarcinoma is one of the most important cancers in Canada in terms of mortality and morbidity. However, we still know very little on its molecular features. This study was divided into two sub-projects. Sub-project A. At this time, no biomarker has the capacity of predicting a patient’s response to radiotherapy, which is a commonly used treatment of colorectal cancer. The goal of this section was to develop the methods to conduct a prospective or retrospective mass spectrometry study on the patient response to radiotherapy, through the use of human tissues. Mouse tissues and tissues of an anonymous patient were obtained in order to evaluate the feasibility of such a study. Different protein extraction techniques were evaluated. Total lysates and subcellular fractionations of fresh tissues allowed for a successful analysis of the samples. The same was true of total lysates of fixed tissues. However, proteins extracted from cells isolated through laser capture microdissection were insufficient in numbers and their types were inconsistent with the expected results. Sub-project B. In order to study the importance of proteins and cellular functions or pathways in different types of colorectal cancers. nine cell lines originating from colorectal carcinoma and from normal colon were fractionated according to four subcellular compartments and analysed through mass spectrometry. Until now, no research group had analysed, in a single study more than 5 cell lines as well as more than one subcellular compartment at once. Some cellular functions and canonical pathways were shown to be of high importance in many of the studied cell lines, such as the signalling through eIF2 pathway. Furthermore, the transcription regulators TP53, MYC and TGFB1were identified as potentially responsible for the observed proteomic characteristics. In conclusion, this study allowed for a better understanding of important molecular caracteristics of colorectal cancer and allowed for the optimization of techniques that may serve in the discovery of new biomarkers relative to the use of radiotherapy as a treatment.

Les neurotoxines botuliques (BoNTs), toxines les plus efficaces connues, sont responsables du botulisme. Elles inhibent la libération d'acétylcholine aux jonctions neuromusculaires causant des paralysies flasques. Lors de l'intoxication, la BoNT se lie à ses récepteurs à la surface des neurones, puis est internalisée par endocytose. L'interaction de son domaine de translocation avec la membrane à l'intérieur de compartiments cellulaires acides permet le passage du domaine catalytique dans le cytosol. Le domaine de translocation de BoNT/A (Tm) a été exprimé à partir d'un gène de synthèse. L'insertion de Tm dans la membrane et son activité sont dépendantes du pH et apparaissent dès pH 5,5. Aucun changement de structure n'est détecté par spectroscopie. Cependant, la formation d'une structure quaternaire n'est pas exclue. L'activité de Tm est aussi sensible à la courbure de la membrane, ce qui pourrait permettre une régulation supplémentaire de sa fonction.<br /><br />L'apomyoglobine appartient à la famille des protéines à repliement de type globine, comme certaines toxines bactériennes. Son interaction avec la membrane présente de fortes homologies avec celle du domaine de translocation de la toxine diphtérique. Ce processus à deux étapes (liaison puis insertion) est dépendant du pH et requiert le passage par un état partiellement replié. Pour chaque étape, les régions impliquées ont été localisées par des expériences d'échanges Hydrogène/Deuterium analysées par spectrométrie de masse. La liaison à la bicouche se fait par une hélice amphiphile, puis une hélice hydrophobe intervient pour l'insertion. Cette dernière n'est accessible qu'après formation de l'état partiellement replié.

Nos travaux ont porté sur la mise au point de nouvelles stratégies de synthèse de la nicotianamine (molécule naturelle ubiquitaire chez les plantes et impliquée dans le transport du fer in planta) qui ont été appliquées à la préparation de nouveaux analogues naturels et non-naturels inédits. Les propriétés chélatrices d'un de ces analogues naturels, la thermonicotianamine, ont été mises en évidence par spectrométrie de masse.Ce manuscrit est organisé en quatre chapitres : la première partie présente un point bibliographique sur le rôle central de la nicotianamine dans l'homéostasie du fer chez la plante. Puis, nous avons décrits, après un aperçu de l'état de l'art sur les synthèses de la nicotianamine et de ses analogues naturels et non-naturels, notre nouvelle stratégie de synthèse de la basée sur la réaction de N-alkylation. Afin de répondre à un besoin de nouvelles molécules et de réduire leur temps de fabrication nous avons développé la première synthèse de la NA et de ses analogues sur support. Enfin, après une vue de l'état de l'art sur les méthodes d'analyse des phytosidérophores et de leurs complexes avec les métaux, les propriétés chélatrices de la tNA avec les métaux ont été étudiées par spectrométrie de masse. / Our work focused on developing new strategies for synthesis of nicotianamine (a natural molecule ubiquitous in plants and involved in iron transport in planta) which have been applied to the preparation of new natural and unnatural analogues. The chelating properties of a natural analogue, the thermonicotianamine, were investigated by mass spectrometry.This manuscript is organized into four chapters: the first part presents a literature review on the central role of nicotianamine in iron homeostasis in plants.After an overview of the state of the art in the synthesis of nicotianamine and its natural and non-natural analogues, we described our new synthetic strategy based on the N-alkylation reaction.To meet the need for new molecules and reduce manufacturing time we developed the first synthesis of nicotianamine and its analogues on solid phase.Finally, after a view of the state of the art on methods for analyzing phytosiderophores and their complexes with metal, chelating properties of thermonicotianamine with metals have been studied by mass spectrometry.