L’introduction de composé d’origine anthropogénique (produits pharmaceutiques, et de soin personnel, retardateur de flammes, plastifiants, etc.) par les stations de traitement des eaux usées municipales ainsi que le devenir de ses composés dans l’environnement est une problématique d’intérêt mondial. L’élimination de ses contaminants d’intérêt émergent des eaux usées s’effectue au niveau des stations de traitement des eaux usées qui, pour la plupart, ne sont pas conçues pour réaliser cette tâche. En effet, celles-ci présentent des niveaux très variables d’efficacité de dégradation/transformation de la plupart des contaminants émergents ce qui laisse dans l’effluent de ces stations des concentrations habituellement inférieures à quelques microgrammes par litres d’au moins plusieurs centaines de contaminants. Quelques études ont démontrés que l’exposition chronique à ces concentrations environnementales de différents CIE donne lieu à des effets toxiques chez le méné à tête de boule (effondrement de la population) et le gammare (diminution de l’activité). Cependant, les méthodes classiques utilisées pour l’évaluation de la toxicité ne sont pas suffisamment sensibles pour déceler des effets sublétaux aux concentrations environnementales observées dans les milieux recevant ces rejets de station d’épuration. Bien entendu, il est impossible de concevoir un procédé unique capable d’éliminer la totalité des contaminants d’intérêt émergent (présents ou futurs) des eaux usées. Il est donc nécessaire de créer des approches capables de prioriser et de cibler les composés qui doivent être éliminés. Ce projet de recherche met de l’avant l’hypothèse qu’une étude métabolomique ciblé serait capable de répondre à cette problématique. L’approche utilisée vise à ajouter un ou plusieurs points de terminaison (fluctuation des métabolites) au test de toxicité aiguë des effluents déjà effectué sur la puce d’eau (Daphnia magna) en quantifiant des molécules essentielles à la survie de cette espèce (ecdystéroïdes et acides rétinoïques). Les daphnies sont des modèles idéaux pour ce type d’étude puisqu’il s’agit d’organismes essentiels du zooplancton dans le monde entier. L’espèce D. magna est retrouvée dans l’hémisphère nord dans les lacs, rivières et étangs temporaires, elle se reproduit rapidement, est facile à cultiver et se reproduit par parthénogénèse. La quantification des ecdystéroïdes et acides rétinoïques aux concentrations observées chez la puce d’eau (picogramme par individus) est typiquement atteinte par dosage radio-immunologique (radioimmunoassay). Cependant, ce type de méthode ne permet pas d’identifier spécifiquement l’analyte ciblé, mais plutôt la somme de toutes molécules produisant une réaction immunologique similaire à celui-ci appelée "équivalent immunologique" et les résultats obtenus dépendent de l’anticorps, de la préparation effectuée et du lot de l’anticorps utilisé. Ce manque de sélectivité et variabilité des données obtenues pose problème pour la comparaison inter-laboratoires de résultats et a donc forcé le développement d’une nouvelle méthode analytique. Le présent document décrit le développement et la validation d’une méthode de quantification par chromatographie liquide couplée à un spectromètre de masse permettant d’atteindre des limites de quantification allant de 210 à 380 pg mL-1 pour trois ecdystéroïdes (20-hydroxyecdysone, ecdysone et ponasterone A) et de 5 ng mL-1 pour la somme des isomères de l’acide rétinoïque. La quantification de ces analytes aux faibles concentrations observées chez la puce d’eau a nécessité l’optimisation des paramètres instrumentaux, de la préparation d’échantillon et l’optimisation des conditions chromatographiques. Au final, la 20-hydroxyecdysone a pu être quantifiée à 19 ± 8 pg ind-1 pour les adultes (475 ± 200 pg mL-1, n=3) et à 3.6 ± 1.0 pg ind-1 pour les juvéniles (360 ± 10 pg mL-1, n=3), mais seulement détectée chez les néonates à 0.19 pg ind-1 (19 pg mL-1, n=3). L’ecdysone a également pu être détectée à 1.8 pg ind-1 chez les spécimens de taille adulte (180 pg mL-1, n=3). Le projet suivant vise à augmenter les connaissances sur l’effet de contaminants d’intérêt émergents sur l’environnement et sur le métabolisme de la puce d’eau D.magna ainsi que fournir une méthode potentiellement capable d’évaluer le risque d’exposition à des concentrations environnementales et permettre de prioriser les composés à être évaluer.

La présence des contaminants organiques dans l’environnement est une problématique aux enjeux aussi bien scientifiques que politiques. Le caractère diffus et continu (différentes et multiples sources) de cette contamination ne permet pas à ces molécules biologiquement actives d’être soumises à une législation. Ces molécules, pouvant être très récalcitrantes, ne sont pas systématiquement éliminées par les systèmes de traitement des eaux conventionnels. Actuellement, de nouveaux procédés biotechnologiques basés sur des enzymes extracellulaires (e.g. Laccase) ou des champignons lignivores permettent l’élimination des composés les plus récalcitrants. Notre compréhension des mécanismes impliqués dans cette élimination reste incomplète. En effet, la biosorption et l’activité des enzymes extracellulaire sont les mécanismes les plus souvent mis en avant pour expliquer l’efficacité des procédés d’élimination fongique, mais ne sont pas capables d’expliquer les performances obtenues pour certains composés pharmaceutiques. Ces lacunes dans nos connaissances sur les mécanismes responsables de l’élimination fongique des contaminants organiques sont un frein à la pleine exploitation de ces procédés de traitement. De plus, il est forcé d’admettre qu’un grand nombre de travaux portant sur l’élimination fongique de contaminants organiques ont été réalisés dans des conditions de hautes concentrations, qui peuvent être peu représentatives des matrices environnementales. Ainsi, les effets observés à plus forte concentration peuvent etre le résultat dû au stress de l’organisme au contact des contaminants (toxicités). Cette thèse adresse deux questions ; ainsi quelle est l’influence des concentrations traces sur de tels procédés ? Et comment expliquer l’élimination de certains contaminants organiques lors des traitements fongiques ? Afin d’apporter des éléments de réponse sur les mécanismes mis en jeux lors de l’élimination fongique, les travaux présentés ici ont été réalisés sur un modèle de champignon lignivore connu pour ses propriétés en bioremediation. Dans un premier temps, un développement analytique permettant la quantification d’une sélection de contaminants organiques à l’état de traces a été réalisé. Cette méthode a permis d’effectuer des analyses de ces molécules à partir d’un seul échantillon environnemental de faible biomasse et à partir d’une seule injection instrumentale. Les résultats de cette thèse démontrent que l’élimination fongique de contaminants organiques résulte de mécanismes plus complexes que précédemment décrits. Notamment, la dégradation est fortement dépendante d’une étape initiale d’internalisation du contaminant par l’organisme ciblé et de la dégradation intracellulaire. Les mécanismes impliqués peuvent ainsi donnés lieux à des réactions de conjugaison intracellulaire des molecules (glucuronide, glutathione). Les résultats démontrent également que ces procédés d’élimination fongique sont efficaces sur une large gamme de concentration en contaminants organiques. Cependant, les faibles concentrations modifient les propriétés physico-chimiques et biologiques de l’organisme testé (i.e. un changement de la morphologie et du profil de la production enzymatique). La réponse biologique n’étant pas directement proportionnelle a l’exposition en contaminant. Cette étude a permis d’accroitre notre compréhension des mécanismes impliqués dans la dégradation fongique de contaminants organiques. Ceci ouvre la voie à de nouvelles études portant sur les interactions entre processus intra — et extracellulaires. Cette thèse contribue également à l’amélioration des connaissances en offrant des outils de compréhension nécessaire à l’optimisation et au développement du potentiel de ces procédés biotechnologiques (ciblage et role des enzymes réeellement impliquées dans les réactions de biocatalyse).

La maladie de Fabry est une maladie de surcharge lysosomale liée au chromosome X. Elle est causée par une mutation au niveau du gène GLA qui provoque un déficit de l’enzyme α-galactosidase A. Elle entraîne une accumulation de glycosphingolipides tels le globotriaosylcéramide (Gb3), le globotriaosylsphingosine (lyso-Gb3) et galabiosylcéramide (Ga2) ainsi que leurs isoformes/analogues respectifs au niveau des tissus et des liquides biologiques des patients. Les symptômes peuvent se présenter de manière très variable soit par de l’acroparesthésie, des troubles ophtalmologiques, des angiokératomes, des troubles cardiaques, rénaux ou encore neurologiques. Les connaissances au niveau physiopathologique de la maladie de Fabry sont à ce jour, toujours déficientes. Les biomarqueurs analysés ne permettent pas de prédire la sévérité et la progression de la maladie. Afin d’apporter des connaissances plus approfondies à ce niveau, l’objectif principal de cette étude était d’analyser les biomarqueurs au niveau cellulaire pour des patients atteints de la maladie. Les objectifs secondaires étaient: 1) de développer et de valider une méthode en spectrométrie de masse en tandem pour la quantification relative et simultanée de certains biomarqueurs susmentionnés dans les leucocytes, les lymphocytes B et les monocytes de patients Fabry et contrôles sains; 2) d’évaluer les biomarqueurs dans le total des leucocytes, les lymphocytes B, les monocytes, le plasma et l’urine chez les patients Fabry et les contrôles sains appariés selon le sexe et l’âge; et 3) d’établir des corrélations entre la quantité relative de ces biomarqueurs et le génotype des patients traités et non traités. Les résultats de cette étude démontrent qu’il n’y a pas de changements significatifs dans la distribution des groupes d’isoformes/analogues du Gb3 selon le type cellulaire pour les patients et les contrôles. La découverte d’isoformes/analogues méthylés du Gb3 suggère un processus de méthylation qui se produit directement au niveau des cellules sanguines et particulièrement pour les lymphocytes B et les monocytes. Des corrélations face à la quantité de biomarqueurs et le génotype ont été établies. Ces résultats pourraient permettre une meilleure compréhension des processus biochimiques reliés à l’accumulation du Gb3 dans les cellules sanguines.

Certains médicaments en se métabolisant dans le corps forment des métabolites dits « réactifs » (MR) qui peuvent entraîner une toxicité en se liant de manière covalente à des protéines pour former des adduits. Notre étude se concentre sur l'analyse d'adduits formés à partir d'une protéine sanguine : la sérum albumine humaine. En particulier, les adduits formés au niveau du site actif de l'albumine situé sur la cystéine en position 34. L'objectif principal de ce travail était de mettre en place une méthode d'analyse en chromatographie liquide haute performance (HPLC) couplée à la spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS) permettant la détection et la caractérisation des adduits peptidiques issus de la sérum albumine modifiée. Le travail a consisté tout d'abord à valider par des réactions in vitro la formation d'adduit issus de médicaments connus pour former des MR avec un antioxydant naturel : le glutathion (GSH). En parallèle, en mimant le site actif de la sérum albumine humaine avec un peptide synthétique, le QQCPF, le profil de fragmentation en LC-MS/MS des adduits formés avec le QQCPF ont été comparé avec ceux obtenus par le GSH et ont permis de le valider comme agent de trappage. Pour de futures réactions in vivo, l'identification des adduits d'albumines en LC-MS implique une étape de digestion de l'albumine en peptides, le protocole de digestion de l'albumine en comparant plusieurs enzymes a été optimisé pour l'analyse en LC-MS des peptides digérés comportant la cystéine 34. Par ailleurs, une méthode de quantification de ce peptide modifié a été mise en place par l'introduction d'un étalon interne provenant d'une autre espèce d'albumine, l'albumine de rat. Le but ultime est que la sérum albumine soit utilisée comme biomarqueur sanguin de toxicité en utilisant cette méthodologie qui permettra avec un prélèvement sanguin d'identifier à partir de la sérum albumine humaine modifiée, la toxicité du médicament ingéré et ainsi améliorer la prévention de risque du médicament. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Sérum albumine, métabolite réactif, adduits, liaison covalente, spectrométrie de masse, fragmentation, séquençage, chromatographie liquide.

La maladie de Fabry est une maladie héréditaire de surcharge, dont la transmission est liée au chromosome X qui résulte d'un déficit de l'[alpha]-galactosidase A. Le déficit enzymatique mène à une augmentation de glycosphingolipides, notamment le globotriaosylcéramide (Gb[indice inférieur 3]), dans les tissus et fluides biologiques. Le Gb[indice inférieur 3] est donc un biomarqueur ou indicateur de la présence de cette maladie chez les patients Fabry. Nous voulions évaluer la faisabilité de procéder à un projet pilote de recherche en vue d'un dépistage néonatal urinaire de la maladie de Fabry.La variation de l'excrétion du Gb[indice inférieur 3]/créatinine urinaire chez des enfants normaux dans la période néonatale jusqu'à l'âge de 6 mois est inconnue. Cette constatation nous a conduits au questionnement suivant : existe-t-il une variation dans la quantité du Gb[indice inférieur 3]/créatinine urinaire excrétée chez des enfants normaux de 0 à 6 mois de vie? Afin de répondre à cette question, nous avons procédé à une étude permettant de doser le Gb[indice inférieur 3]/créatinine chez des enfants normaux par spectrométrie de masse en tandem et ce, en comptant sur la collaboration des parents à effectuer un total de treize prélèvements d'urine pendant une période de 6 mois. Nous avons d'ailleurs évalué ladite collaboration des parents à nous faire parvenir les échantillons d'urine de leur bébé durant cette période. Nous avons utilisé une méthode par spectrométrie de masse en tandem avec des échantillons d'urine séchée sur papier filtre pour analyser simultanément le Gb[indice inférieur 3] total urinaire et la créatinine à différents temps soit 2, 3, 4, 6, 10, 14, 21, 28 jours, de même qu'à 2, 3, 4, 5 et 6 mois chez 37 filles et 39 garçons normaux. Le traitement quantitatif des données de la créatinine et du Gb[indice inférieur 3] urinaire a été fait par le logiciel QuanLynx (Waters). Nous avons divisé la variable du temps en quatre périodes pour les fins d'analyses statistiques : (1) < 6 jours; (2) 6-29 jours; (3) 30-90 jours; (4) > 90 jours. Nous avons procédé à des analyses statistiques comparatives du rapport Gb[indice inférieur 3]/créatinine de 728 échantillons pour les deux cohortes en fonction du temps. Une analyse de variance a été faite pour évaluer l'effet de l'âge et du sexe sur le rapport du logarithme du Gb[indice inférieur 3]/créatinine urinaire et l'effet de l'âge et du sexe sur la quantité d'excrétion de la créatinine urinaire seulement. Nous avons observé un effet significatif de l'âge sur la créatinine (p < 0.0001). En ce qui concerne les résultats du rapport du Gb[indice inférieur 3]/créatinine, il y a une augmentation non significative de la médiane dans les périodes 1 et 2 pour les garçons (Période 1: Médiane 53.9; Min-Max 0 - 369.3 [micro]g/mmol créatinine; Période 2: Médiane 92.5; Min-Max 0 - 611.1 [micro]g/mmol créatinine ; p = 1.0000). Chez les filles, l'excrétion du Gb[indice inférieur 3]/créatinine est plus élevé à la naissance et présente une tendance à l'accroissement entre les périodes 1 et 2 (Période 1: Médiane 59.5; Min-Max 0 - 669.9 [micro]g/mmol créatinine; Période 2: Médiane 96.1; Min-Max 0 - 456.1 [micro]g/mmol créatinine ; p = 1.0000). Par ailleurs, l'excrétion du Gb[indice inférieur 3]/créatinine chez les garçons diminue de façon significative entre les périodes 2 et 4 (Période 2: Médiane 92.5; Min-Max 0 - 611.1 [micro]g/mmol créatinine; Période 4: Médiane 14.6; Min-Max 0 - 158.5 [micro]g/mmol créatinine ; p < 0.0001); au niveau des filles, il y a une diminution non significative de la médiane de la période 2 à la période 3 (Période 2 : Médiane 96.1; Min-Max 0 - 456.1 [micro]g/mmol créatinine ; Période 3 : Médiane 35.6; Min-Max 0 - 254.4 [micro]g/mmol créatinine p = 0.2290) et une légère augmentation à la période 4 (Période 4 : Médiane 42.7; Min-Max 0 - 617.2 [micro]g/mmol créatinine). Ainsi, nous pouvons constater qu'il existe une grande variabilité de l'excrétion du Gb[indice inférieur 3]

La protéogénomique consiste à affiner l'annotation du génome d'organismes modèles pour lesquels des données protéomiques sont générées à haut-débit. Des erreurs d'annotation structurale ou fonctionnelle sont encore fréquentes. Innover dans les méthodologies permettant de lever ces ambiguïtés est essentiel. L'étude spécifique du N-terminome permet de vérifier expérimentalement l'identification du codon d'initiation de la traduction et de certifier les données obtenues. Pour cela, deux stratégies innovantes ont été développées basées sur : i) le marquage sélectif du N-terminal des protéines, ii) une digestion multienzymatique en parallèle, et ii) l'enrichissement spécifique des peptides N-terminaux marqués par chromatographies liquides successives ou immunocapture dirigée contre le groupement N-terminal ajouté. L'efficacité de ces méthodologies a été démontrée à partir du modèle bactérien Roseobacter denitrificans. Après enrichissement par chromatographie, 480 protéines ont été validées et 46 ré-annotées. Plusieurs sites d'initiation de la traduction ont été décelés et l'annotation par similarité a été remise en cause dans certains cas. Après immunocapture, 269 protéines ont été caractérisées dont 40% ont été identifiées spécifiquement après enrichissement. Trois gènes ont également été annotés pour la première fois. Les résultats complémentaires obtenus après analyse par spectrométrie de masse en tandem facilitent l'interprétation des données pour révéler les sites d'initiation réels de la synthèse des protéines et identifier de nouveaux produits d'expression des gènes. La ré-annotation peut devenir automatique et systématique pour améliorer les bases de données protéiques. / Proteogenomics is a recent field at the junction of genomics and proteomics which consists of refining the annotation of the genome of model organisms with the help of high-throughput proteomic data. Structural and functional errors are still frequent and have been reported on several occasions. Innovative methodologies to prevent such errors are essential. N-terminomics enables experimental validation of initiation codons and certification of the annotation data. With this objective in mind, two innovative strategies have been developed combining: i) selective N-terminal labeling of proteins, ii) multienzymatic digestion in parallel, and iii) specific enrichment of most N-terminal labeled peptides using either successive liquid chromatography steps or immunocapture directed towards the N-terminal label. Efficiency of these methodologies has been demonstrated using Roseobacter denitrificans as bacterial model organism. After enrichment with chromatography, 480 proteins were validated and 46 re-annotated. Several start sites for translation initiation were detected and homology driven annotation was challenged in some cases. After immunocapture, 269 proteins were characterized of which 40% were identified specifically after enrichment. Three novel genes were also annotated for the first time. Complementary results obtained after tandem mass spectrometry analysis allows easier data interpretation to reveal real start sites of translation initiation of proteins and to identify novel expressed products. In this way, the re-annotation process may become automatic and systematic to improve protein databases.

Introduction: La prévalence de l'hypovitaminose D peut atteindre 90% chez les patients après une chirurgie bariatrique type dérivation bilio-pancréatique (DBP) malgré la supplémentation avec des méga-doses de vitamine D. Notre hypothèse est que la méthode de dosage immuno-compétitive courante de Roche pourrait ne pas reconnaître de façon équimolaire les deux formes de la 25-OH vitamine D (25-OH-D2 et 25-OH-D3), surestimant ainsi la prévalence du déficit en vitamine D et exposant ces patients, et plus particulièrement ceux supplémentés en D2, à un risque de toxicité à la vitamine D. Objectif: Notre objectif était de comparer deux méthodes de dosage sérique de la vitamine 25-OH-D totale : la méthode ECLIA de Roche et la méthode LC-MS/MS chez la population ayant eu une chirurgie bariatrique. Méthode: Il s’agit d’une étude transversale et corrélationnelle avec dosage sérique de la 25-OH-D dans trois groupes : un groupe contrôle de 48 sujets apparemment sains choisis aléatoirement au laboratoire de biochimie clinique et deux groupes de patients post-dérivation bilio-pancréatique un supplémenté en vitamine D3 (n=44) et l’autre en vitamine D2 (n=30). Les patients ont été recrutés au cours de leur visite de suivi à la clinique de l'obésité au CHUS et à l’IUCPQ. Le nombre d'échantillons par groupe a été établi selon les recommandations du Clinical and Laboratory Standard Institute (EPO9-A2-IR). L'étude comparative (régression linéaire, régression de Deming et le graphique des différences de Bland-Altman) a été réalisée en utilisant le logiciel Analyse-it en considérant p <0,05 comme statistiquement significatif. Résultats: La corrélation entre les deux méthodes était acceptable dans le groupe contrôle de sujets apparemment sains et dans le groupe post-DBP supplémenté en vitamine D3 avec des biais moyens respectifs de -1.7% et -9.2%. Cependant, cette corrélation était inacceptable dans le groupe post-DBP supplémenté en vitamine D2 avec un biais moyen de -45.3%. La méthode LC-MS/MS nous a permis de détecter quatre patients (13%) avec excès ou intoxication en vitamine D dans le groupe post-DBP supplémenté en D2, pour lesquels il était nécessaire d'arrêter la supplémentation en vitamine D. Conclusion : Malgré la bonne corrélation apparente entre la méthode Roche et la méthode LC-MS/MS dans le groupe contrôle de sujets apparemment sains et dans le groupe de patients post-DBP supplémenté en vitamine D3, un biais considérable semble exister, en particulier en présence de la 25-OH-D2. La méthode Roche sous-estime la 25-OH-D totale sérique jusqu’à 95.7% et la spectrométrie de masse a conduit à un ajustement posologique pour plus d’un patient sur quatre. La méthode LC-MS/MS est donc la méthode la plus appropriée pour le suivi sécuritaire de la population bariatrique post-DBP supplémentée en vitamine D2. Il est à noter que nos résultats pourraient être généralisés à tous les types de chirurgie bariatrique et autres patients tels que les insuffisants rénaux. Ils permettraient également la mise à jour des recommandations du suivi post-chirurgie bariatrique et le changement des pratiques en optimisant le choix de suppléments en vitamine D (D2 vs D3) en fonction de la méthode de dosage disponible et d’orienter les laboratoires pour le choix de méthodes de dosage dépendamment de la clientèle servie. / Abstract : Introduction: The prevalence of hypovitaminosis D may reach 90 % in patients after BPD despite supplementation with mega doses of vitamin D. Although LC-MS/MS is the gold standard for vitamin D measurements, it is not routinely use in clinical practice. Our hypothesis is that methods of assays currently used in laboratories of Medical Biochemistry for evaluation of serum 25-hydroxyvitamin D may not recognize equimolarly the two forms of 25-OH-D (D2 and D3) thus overestimating the prevalence of vitamin D deficiency supplemented with D2 and exposing patients to the risk of toxicity. Objective: Our objective was to compare the ECLIA from Roche versus the LC-MS/MS method for quantitation of serum 25-hydroxy-vitamin D in patients who have undergone bariatric surgery. Design and methods: Cross-sectional and correlational study was performed on three different groups for the 25-OH-D levels quantitated by both methods. The control group of apparently healthy subjects (n=48) was randomly selected in a clinical chemistry laboratory. Test groups were patients who had undergone bilio-pancreatic diversion (BPD) and were supplemented either with vitamin D2 (n=30) or with vitamin D3 (n=44). Patients were recruited during their follow-up visit to the obesity clinics at the CHUS and at the IUCPQ. The number of samples per group was established according to the Clinical and Laboratory Standard Institute recommendation protocol (EPO9-A2-IR). The study comparing methods (linear regression, Deming and Bland-Altman bias) was performed using the Analyse-it software program considering p < 0.05 as statistically significant. Results: The agreement of LC-MS/MS with the Roche method was acceptable in the apparently healthy subjects group and in the post-BPD D3-supplemented group with an average bias of -1.7% and -9.2%, respectively. However, this agreement was unacceptable in the post-BPD D2-supplemented group with an average bias of -45.3%. The LC-MS/MS enabled us to detect four patients (13%) who had excess vitamin D or intoxication with vitamin D for which it was necessary to stop the supplementation with vitamin D in the D2 -supplemented group. Conclusion: Despite the apparent good agreement between the Roche method and LCMS/MS in the healthy subjects group and in the post-DBP D3-supplemented patient group, a considerable bias seems to exist, particularly in the presence of D2. Results showed that the routine method underestimated total vitamin D ad 95.7% in patients post BPD supplemented with D2. The LC-MS/MS method is therefore the most accurate method to follow the vitamin D2-supplemented bariatric population. This study could generalize the results to all types of bariatric surgeries and other patients such as renal impairment. The study could also update the recommendations of the postbariatric surgery monitoring, and suggest making changes to the clinical practices so as to optimize the choices of vitamin D supplements (D2 vs D3) depending on the assay method available. It could also guide laboratories in choosing methods depending on dosage of clients served.

Les troubles reliés à la dépression, l’épuisement professionnel et l’anxiété sont de plus en plus répandus dans notre société moderne. La consommation croissante d’antidépresseurs dans les différents pays du monde est responsable de la récente détection de résidus à l’état de traces dans les rejets urbains municipaux. Ainsi, ces substances dites « émergentes » qui possèdent une activité pharmacologique destinée à la régulation de certains neurotransmetteurs dans le cerveau suscitent maintenant de nombreuses inquiétudes de la part de la communauté scientifique. L’objectif principal de ce projet de doctorat a été de mieux comprendre le devenir de plusieurs classes d’antidépresseurs présents dans diverses matrices environnementales (i.e. eaux de surfaces, eaux usées, boues de traitement, tissus biologiques) en développant de nouvelles méthodes analytiques fiables capables de les détecter, quantifier et confirmer par chromatographie liquide à haute performance couplée à la spectrométrie de masse en tandem (LC-QqQMS, LC-QqToFMS). Une première étude complétée à la station d’épuration de la ville de Montréal a permis de confirmer la présence de six antidépresseurs et quatre métabolites N-desmethyl dans les affluents (2 - 330 ng L-1). Pour ce traitement primaire (physico-chimique), de faibles taux d’enlèvement (≤ 15%) ont été obtenus. Des concentrations d’antidépresseurs atteignant près de 100 ng L-1 ont également été détectées dans le fleuve St-Laurent à 0.5 km du point de rejet de la station d’épuration. Une seconde étude menée à la même station a permis l’extraction sélective d’antidépresseurs dans trois tissus (i.e. foie, cerveau et filet) de truites mouchetées juvéniles exposées à différentes concentrations d’effluent dilué traité et non-traité à l’ozone. Un certain potentiel de bioaccumulation dans les tissus (0.08-10 ng g-1) a été observé pour les spécimens exposés à l’effluent non-traité (20% v/v) avec distribution majoritaire dans le foie et le cerveau. Une intéressante corrélation a été établie entre les concentrations de trois antidépresseurs dans le cerveau et l’activité d’un biomarqueur d’exposition (i.e. pompe N/K ATPase impliquée dans la régulation de la sérotonine) mesurée à partir de synaptosomes de truites exposées aux effluents. Une investigation de l’efficacité de plusieurs stations d’épuration canadiennes opérant différents types de traitements a permis de constater que les traitements secondaires (biologiques) étaient plus performants que ceux primaires (physico-chimiques) pour enlever les antidépresseurs (taux moyen d’enlèvement : 30%). Les teneurs les plus élevées dans les boues traitées (biosolides) ont été obtenues avec le citalopram (1033 ng g-1), la venlafaxine (833 ng g-1) et l’amitriptyline (78 ng g-1). Des coefficients de sorption expérimentaux (Kd) calculés pour chacun des antidépresseurs ont permis d’estimer une grande sorption des composés sertraline, desméthylsertraline, paroxetine et fluoxetine sur les solides (log Kd > 4). Finalement, un excellent taux d’enlèvement moyen de 88% a été obtenu après ozonation (5 mg L-1) d’un effluent primaire. Toutefois, la caractérisation de nouveaux sous-produits N-oxyde (venlafaxine, desmethylvenlafaxine) par spectrométrie de masse à haute résolution (LC-QqToFMS) dans l’effluent traité à l’ozone a mis en lumière la possibilité de formation de multiples composés polaires de toxicité inconnue. / Mood disorders such as depression, burn-out and anxiety have increased in our modern society. Increasing amounts of antidepressant prescriptions around the world are now suspected to be the main cause of the recent detection of traces of antidepressant residues within urban wastewaters. These so-called “emerging” substances that possess pharmacological activity towards neurotransmitter regulation in the brain have raised serious concerns from the scientific community. The initial goal of the study was to better understand the fate of various classes of antidepressants present in different environmental matrices (e.g. surface waters, wastewaters, treatment sludge, and biological tissues) by developing novel reliable analytical methods that can detect, quantify and confirm antidepressants using high performance liquid chromatography coupled to tandem-mass spectrometry (LC-QqQMS,LC- QqToFMS). A preliminary study completed at the Montreal sewage treatment plant (STP) confirmed the presence of six antidepressants and four N-desmethyl metabolites in raw sewage (2 – 330 ng L-1). For this primary treatment (physico-chemical), low removal rates (≤ 15%) were obtained. Concentrations of antidepressant close to 100 ng L-1 were also detected directly in the St. Lawrence River at 0.5 km of the effluent outfall. A second study conducted at the same STP allowed the selective extraction of antidepressants in three biological tissues (e.g. liver, brain, and filet) dissected from juvenile brook trouts previously exposed to diluted untreated and treated effluents with ozone. Bioaccumulation of antidepressants was readily observed in fish tissues (0.08-10 ng g-1) for the specimens exposed to untreated effluent (20% v/v), with major distribution in liver and brain. During experiments, a significant correlation was established between the concentrations of three antidepressant detected in brain tissues and the activity of a selected biomarker of exposition (e.g. an N/K ATPase pump involved in the serotonin regulation) measured within dissected synaptosomes from trout exposed to effluents. Investigation of estimated treatment removal efficiencies from various Canadian STPs operating different disinfection modes showed that secondary treatments (biological) were more efficient than primary (physico- chemical) to remove antidepressants (mean removal rates : 30%). The highest amounts detected in treated sludge (biosolids) were obtained respectively with citalopram (1033 ng g-1), venlafaxine (833 ng g-1), and amitriptyline (78 ng g-1). Experimental calculated sorption coefficients (Kd) of each antidepressant predicted fairly good sorption capacities for sertraline, desmethylsertraline, paroxetine, and fluoxetine to solid matters (log Kd > 4). Finally, an excellent mean removal rate of 88% was obtained after ozonation (5 mg L-1) of a primary effluent. However, the characterization of new N-oxide side-products (venlafaxine, desmethylvenlafaxine) in ozonized effluent by high-resolution mass spectrometry (LC-QqToFMS) highlighted the possibility of formation of multiple polar compounds with unknown toxicity.

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

Les troubles reliés à la dépression, l’épuisement professionnel et l’anxiété sont de plus en plus répandus dans notre société moderne. La consommation croissante d’antidépresseurs dans les différents pays du monde est responsable de la récente détection de résidus à l’état de traces dans les rejets urbains municipaux. Ainsi, ces substances dites « émergentes » qui possèdent une activité pharmacologique destinée à la régulation de certains neurotransmetteurs dans le cerveau suscitent maintenant de nombreuses inquiétudes de la part de la communauté scientifique. L’objectif principal de ce projet de doctorat a été de mieux comprendre le devenir de plusieurs classes d’antidépresseurs présents dans diverses matrices environnementales (i.e. eaux de surfaces, eaux usées, boues de traitement, tissus biologiques) en développant de nouvelles méthodes analytiques fiables capables de les détecter, quantifier et confirmer par chromatographie liquide à haute performance couplée à la spectrométrie de masse en tandem (LC-QqQMS, LC-QqToFMS). Une première étude complétée à la station d’épuration de la ville de Montréal a permis de confirmer la présence de six antidépresseurs et quatre métabolites N-desmethyl dans les affluents (2 - 330 ng L-1). Pour ce traitement primaire (physico-chimique), de faibles taux d’enlèvement (≤ 15%) ont été obtenus. Des concentrations d’antidépresseurs atteignant près de 100 ng L-1 ont également été détectées dans le fleuve St-Laurent à 0.5 km du point de rejet de la station d’épuration. Une seconde étude menée à la même station a permis l’extraction sélective d’antidépresseurs dans trois tissus (i.e. foie, cerveau et filet) de truites mouchetées juvéniles exposées à différentes concentrations d’effluent dilué traité et non-traité à l’ozone. Un certain potentiel de bioaccumulation dans les tissus (0.08-10 ng g-1) a été observé pour les spécimens exposés à l’effluent non-traité (20% v/v) avec distribution majoritaire dans le foie et le cerveau. Une intéressante corrélation a été établie entre les concentrations de trois antidépresseurs dans le cerveau et l’activité d’un biomarqueur d’exposition (i.e. pompe N/K ATPase impliquée dans la régulation de la sérotonine) mesurée à partir de synaptosomes de truites exposées aux effluents. Une investigation de l’efficacité de plusieurs stations d’épuration canadiennes opérant différents types de traitements a permis de constater que les traitements secondaires (biologiques) étaient plus performants que ceux primaires (physico-chimiques) pour enlever les antidépresseurs (taux moyen d’enlèvement : 30%). Les teneurs les plus élevées dans les boues traitées (biosolides) ont été obtenues avec le citalopram (1033 ng g-1), la venlafaxine (833 ng g-1) et l’amitriptyline (78 ng g-1). Des coefficients de sorption expérimentaux (Kd) calculés pour chacun des antidépresseurs ont permis d’estimer une grande sorption des composés sertraline, desméthylsertraline, paroxetine et fluoxetine sur les solides (log Kd > 4). Finalement, un excellent taux d’enlèvement moyen de 88% a été obtenu après ozonation (5 mg L-1) d’un effluent primaire. Toutefois, la caractérisation de nouveaux sous-produits N-oxyde (venlafaxine, desmethylvenlafaxine) par spectrométrie de masse à haute résolution (LC-QqToFMS) dans l’effluent traité à l’ozone a mis en lumière la possibilité de formation de multiples composés polaires de toxicité inconnue. / Mood disorders such as depression, burn-out and anxiety have increased in our modern society. Increasing amounts of antidepressant prescriptions around the world are now suspected to be the main cause of the recent detection of traces of antidepressant residues within urban wastewaters. These so-called “emerging” substances that possess pharmacological activity towards neurotransmitter regulation in the brain have raised serious concerns from the scientific community. The initial goal of the study was to better understand the fate of various classes of antidepressants present in different environmental matrices (e.g. surface waters, wastewaters, treatment sludge, and biological tissues) by developing novel reliable analytical methods that can detect, quantify and confirm antidepressants using high performance liquid chromatography coupled to tandem-mass spectrometry (LC-QqQMS,LC- QqToFMS). A preliminary study completed at the Montreal sewage treatment plant (STP) confirmed the presence of six antidepressants and four N-desmethyl metabolites in raw sewage (2 – 330 ng L-1). For this primary treatment (physico-chemical), low removal rates (≤ 15%) were obtained. Concentrations of antidepressant close to 100 ng L-1 were also detected directly in the St. Lawrence River at 0.5 km of the effluent outfall. A second study conducted at the same STP allowed the selective extraction of antidepressants in three biological tissues (e.g. liver, brain, and filet) dissected from juvenile brook trouts previously exposed to diluted untreated and treated effluents with ozone. Bioaccumulation of antidepressants was readily observed in fish tissues (0.08-10 ng g-1) for the specimens exposed to untreated effluent (20% v/v), with major distribution in liver and brain. During experiments, a significant correlation was established between the concentrations of three antidepressant detected in brain tissues and the activity of a selected biomarker of exposition (e.g. an N/K ATPase pump involved in the serotonin regulation) measured within dissected synaptosomes from trout exposed to effluents. Investigation of estimated treatment removal efficiencies from various Canadian STPs operating different disinfection modes showed that secondary treatments (biological) were more efficient than primary (physico- chemical) to remove antidepressants (mean removal rates : 30%). The highest amounts detected in treated sludge (biosolids) were obtained respectively with citalopram (1033 ng g-1), venlafaxine (833 ng g-1), and amitriptyline (78 ng g-1). Experimental calculated sorption coefficients (Kd) of each antidepressant predicted fairly good sorption capacities for sertraline, desmethylsertraline, paroxetine, and fluoxetine to solid matters (log Kd > 4). Finally, an excellent mean removal rate of 88% was obtained after ozonation (5 mg L-1) of a primary effluent. However, the characterization of new N-oxide side-products (venlafaxine, desmethylvenlafaxine) in ozonized effluent by high-resolution mass spectrometry (LC-QqToFMS) highlighted the possibility of formation of multiple polar compounds with unknown toxicity.