Understanding how the cellular cytoskeleton is maintained and regulated is important to elucidate the functions of many structures such as the mitotic spindle, cilia and flagella. Katanin p60, microtubule-severing enzymes from the ATPase associated with cellular activities (AAA+) family, has previously been shown in our lab to be inhibited by free tubulin as well as α- and β-tubulin carboxy-terminal tail (CTT) constructs. Here we investigate the inhibition ability of several different tubulin CTT sequences. We quantify the effect of the addition of these constructs on the severing and binding activity of katanin. We find that some constructs inhibit katanin better than others and two constructs that appear to enhance katanin activity. Our findings add nuance to our previous findings that consensus α-tubulin tails are less inhibitory of katanin than consensus β-tubulin [3]. Surprisingly, we find that a polyglutamate sequence activates katanin while it has previously been shown to inhibit spastin, a different microtubule-severing enzyme associated with the neuromuscular disease Hereditary Spastic Paraplegia [23]. These results highlight that different CTT sequences can control the activity of severing enzymes and ultimately affect the cytoskeletal network organization in a cell type and location-dependent manner.

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Small chiral molecules are very important building blocks in the synthesis of biologically active compounds. These building blocks include nitrogen and oxygen-containing heterocycles such as 2-oxazolidinones, 1,3-oxazinan-2-ones, 2-oxazolines, oxazines, morpholine and morpholinones. Because of their interesting properties, chiral heterocycles have stirred great interest in the synthetic chemist community to develop useful and efficient strategies to these molecules. In this dissertation, the design and syntheses of various heterocyclic building blocks are presented, as well as the testing of their biological activities as antibacterial. Another very interesting family of heterocycle-containing molecules are the Aeruginosins. They are a family of marine natural products isolated from a blue-green algae, which display inhibitory activity against serine proteases such as thrombin, trypsin, and factor VIIa. Most aeruginosins contain an heterocyclic moiety called the 2-carboxy-6-hydroxyoctahydroindole (Choi) ring; this Choi moiety is a rigid bicyclic unnatural amino acid and is the core structure in the aeruginosins, indispensable to their biological activity. A synthesis of a ring-oxygenated variant of the Choi from D-mannose is reported in this dissertation. The ring-oxygenated variant of 2-carboxy-6-hydroxyoctahydroindole can potentially be used as a surrogate of Choi in the design and synthesis of aeruginosin-based thrombin inhibitors.

Double diffusive phenomena occur in many natural systems and in a variety of engineering applications, such as solar ponds. In a solar pond, the erosion of gradient zone due to convection and diffusion is the main cause of inefficiency and hence, requires lot of maintenance. In this thesis, control of erosion of the gradient zone in a solar pond situation has been studied through experiments and transient numerical simulations. A laboratory solar pond was setup in a tank of size 19cm X 19cm X 19cm, and was heated from below. A polymer additive, Carboxy Methyl Cellulose (CMC) was used to increase the viscosity of the working fluid. With 0.01% CMC, viscosity enhancement of the working fluid by 25 to 30 times was achieved, without changing any other properties. The transient momentum, energy and species conservation equations along with continuity equation were solved numerically, using the SIMPLER algorithm with 2 mm grid spacing. The experiments conducted with the addition of CMC, showed delays in the onset of convection and reduced erosion of the gradient zone. The erosion rates obtained from the numerical simulations agreed with the experimental observation. The impact of viscosity on the onset of convection, kinetic energy, convection pattern, frequency of bursts and erosion rate of the gradient zone, were simulated. Numerical simulations revealed that, there is a nonlinear relationship between the viscosity and erosion rate of the gradient zone. Increase in viscosity by a factor of 15 reduced the erosion of gradient zone completely, indicating the dominant role played by Turbulent entrainment. The present work indicates that the control of erosion of gradient zone in solar pond using the polymer additive shows lot of promise. The use of the polymer additive as a method to increase viscosity will lower the maintenance costs and, increase the reliability and efficiency of solar ponds, with less than 5% increase in the initial cost.

Oxidative stress is caused by overproduction and overaccumulation of ROS (reactive oxygen species). This state is responsible for cellular damage during unfavorable environmental conditions such as drought, low temperatures, salinity. In order to directly study oxidative stress at tobacco plants (Nicotiana tabacum cv. Xanthi) I used specific herbicides, MV (methyl viologen) and 3-AT (3- aminotriazole). There were several markers used for monitoring oxidative damage to cellular components: DNA damage detected by a comet assay, lipid peroxidation, carbonylated proteins and modification of activities of antioxidant enzymes CAT (catalase) and APX (ascorbate peroxidase). Fluorescent microscopy documented changes in a redox state of tobacco cells and a specific signal for peroxisomes was observed after treatment with higher concentrations of MV and 3-AT. Application of both herbicides caused significant DNA damage, while they worked in a different concentrations, MV in µM and 3-AT in mM. Another convincing oxidative stress marker for MV was protein carbonylation. The inhibition of antioxidant enzymes CAT and APX was less significant when compared to the effects of 3-AT. Decreasing membrane stability proved to be an universal oxidative stress marker for both herbicides. On the other hand, lipid...

Le sujet de cette étude consiste en la synthèse de nouveaux copolymères, associatifs en milieux aqueux, susceptibles d'encapsuler une protéine. Ces copolymères doivent être biocompatibles et biorésorbables pour une application biomédicale éventuelle et doivent de plus être amphiphiles. Le but de ce manuscrit est ainsi de décrire la synthèse de copolymères à blocs amphiphiles. L'association des blocs hydrophobes du copolymère doit en effet permettre la formation de particules en émulsion aqueuse. La partie hydrophobe des copolymères à blocs est constituée de polylactide synthétisé par polymérisation par ouverture de cycle du L-lactide. Le bloc hydrophile est constitué de poly(acide glutamique), peptide obtenu en deux étapes. On synthétise le poly(glutamate de benzyle) lors de la première étape par polymérisation par ouverture de cycle d'un anhydride de Leuchs, le N-carboxyanhydride de L-glutamate de benzyle. On déprotège ensuite les fonctions acide de ce polymère encore hydrophobe, le poly(glutamate de benzyle), pour obtenir le poly(acide glutamique), hydrophile. L'architecture du copolymère à blocs est obtenue à l'aide d'un amorceur difonctionnel qui amorce dans un premier temps la polymérisation du L-lactide. Le premier bloc de polylactide ainsi synthétisé possède en bout de chaîne un groupement susceptible d'amorcer la polymérisation du N-carboxyanhydride de L-glutamate de benzyle. On synthétise donc dans un deuxième temps le copolymère à blocs hydrophobes et on déprotège les fonctions acide du deuxième bloc pour obtenir le copolymère à blocs amphiphiles.

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Lors de ces travaux de thèse, nous nous sommes intéressés à de nouveaux développements méthodologiques en cycloaddition 1,3-dipolaire de nitrones suivant deux axes principaux :<br />• l'étude de la réactivité des N-alcényloxazolidin-2-ones en tant que nouveaux dipolarophiles aza-substitués en cycloaddition 1,3-dipolaire à demande inverse vis-à-vis de nitrones.<br />• la mise en jeu de nitrones aspartiques originales en cycloaddition vis-à-vis de différents alcènes pour fournir des précurseurs d'aspartates α-substitués par une chaîne fonctionnelle.<br />Dans un premier temps, nous avons mis au point deux méthodes inspirées de celles de la littérature en partant d'une oxazolidin-2-ones pour synthétiser les N-alcényloxazolidin-2-ones: (i) vinylation cupro-catalysée utilisant un bromure d'alcényle, (ii) condensation avec un aldéhyde. Ces méthodes simples, générales, directes et à hauts rendements nous ont permis d'accéder aux N-alcényloxazolidin-2-ones de structure diverse.<br />Ces N-alcényloxazolidin-2-ones ont montré une grande réactivité en tant que dipolarophile vis-à-vis de diverses nitrones dans différentes conditions : thermiques (avec/sans solvant) et promues par TMSOTf. Les 5-aza-isoxazolidines diversement substituées originales ont été obtenues avec des rendements élevés mais de faibles stéréosélectivités. Cette limitation − due à l'instabilité configurationnelle des nitrones activées et à la flexibilité conformationnelle des N-alcényloxazolidin-2-ones − a été résolue par utilisation de la nitrone chirale à géométrie fixe de Tamura : les adduits trans-β sont obtenus avec d'excellents sélectivités<br />La tranformation des adduits issus de la N-benzyl-α-carbonyloxyéthylnitrone en dérivés aspartates carboxy-différenciés a été ensuite étudiée par une séquence en deux étapes (i) ouverture du cycle isoxazolidinique en aspartimide via N-quaternarisation par benzylation (ii) attaque chimiosélective d'un hétéronucléophile sur la fonction amide. Les aspartates carboxy-différenciés ont été obtenus avec de bons rendements, des excès énantiomériques élevés en version non-racémique, et un grand degré de diversité fontionnelle en ω (ester, amide, acide).<br />L'étude a été étendu à la cycloaddition 1,3-dipolaire des N-vinyloxazolidin-2-ones β,β-difluorées originales avec la N-benzyl-α-carbonyloxyéthylnitrone : les 4,4-difluoro-5-aza-isoxazolidines sont obtenues avec de bons rendements malgré une faible stéréosélectivité probablement due à un mécanisme non-concerté.<br />Notre étude a été complétée par l'accès à des dérivés d'α-aminoacides α,α-disubstitués via cycloaddition 1,3-dipolaire mettant en jeu de nouvelles nitrones aspartiques d'une stablilité configurationnelle inédite. Ce type de nitrones − préparé facilement par addition d'une N-benzylhydroxylamine sur un acétylènedicarboxylate – a montré une grande réactivité vis-à-vis d'une large gamme d'alcènes de différents natures électroniques. Les adduits issus des éthers vinyliques ont été obtenus avec de hauts sélectivités trans. L'extension asymétrique utilisant soit un éther vinylique chiral , soit une nitrone chirale a été effectuée et a permis l'obtention facile des adduits diastéréomériquement enrichis. A partie de ces adduits, un premier accès réussi aux dérivés aminoacides α,α-disubstitués a été réalisé en trois étapes. La diversification de cette méthodologie a été effectuée en utilisant une nitrone aspartique carboxy-différenciée.

Οι μεταγραφικοί παράγοντες COUP-TF (Chicken Ovalbumin Upstream Promoter Transcription Factor) ανήκουν στην υπεροικογένεια των υποδοχέων στεροειδών/ θυρεοειδών ορμονών και θεωρούνται “ορφανοί”, αφού μέχρι στιγμής δεν έχει βρεθεί το υπεύθυνο πρόσδεμα για την ενεργοποίηση τους. Πειραματικές διαδικασίες στο εργαστήριο μας έχουν δείξει ότι στο πρωτογενές μετάγραφο των COUP-TFs συμβαίνει εναλλακτικό μάτισμα που έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή δύο mRNAs που κωδικοποιούν δύο πρωτεΐνες οι οποίες διαφέρουν ως προς το μέγεθος λόγω της εισαγωγής 21 επίπρόσθετων αμινοξέων στην καρβοξυτελική περιοχή (Carboxy Terminal Extension) της περιοχής πρόσδεσης στο DNA (DBD). Πειράματα EMSA με τη χρήση in vitro μεταφρασμένων πρωτεϊνών, αποκάλυψαν ότι η μεγάλη πρωτεΐνη δεν μπορεί να προσδεθεί σε κανένα COUP-TF στοιχείο απόκρισης. Επίσης παρατηρήθηκε ότι παρουσία της μεγάλης πρωτεΐνης, η ικανότητα της μικρής πρωτεΐνης να προσδένεται στο DNA μειώνεται με ανταγωνιστικό τρόπο, οδηγώντας στο συμπέρασμα ότι το ετεροδιμερές πρωτεϊνικό σύμπλοκο δεν μπορεί να προσδεθεί στο DNA. Σκοπός μας είναι να ερευνήσουμε το ρόλο της ένθεσης των 21 αμινοξέων στην μεγάλη πρωτεΐνη, ως προς την ικανότητα πρόσδεσης της στο DNA. Στον αχινό Paracentrotus lividus, η αμινοξική ένθεση στην καρβοξυτελική περιοχή (CTE) της μεγάλης πρωτεΐνης περιέχει δύο προλίνες. Η υπόθεση μας είναι ότι αυτές οι δύο προλίνες παίζουν σημαντικό ρόλο στην στερεοδιαμόρφωση της πρωτεΐνης, επηρεάζοντας την ικανότητα πρόσδεσης στο DNA. Για να ελέγξουμε την υπόθεση αυτή, προκαλέσαμε σημειακές μεταλλάξεις, μεταλλάσσοντας συγχρόνως τις δύο προλίνες σε αλανίνες αλλά κάθε μία προλίνη σε αλανίνη μεμονωμένα, καθώς επίσης μελετήσαμε και μια σειρά εσωτερικών αμινοξικών ελλειμάτων μέσα στην ένθεση των 21 αμινοξέων στην καρβοξυτελική περιοχή. Το σύνολο των μεταλλάξεων έδειξε ότι οι μεταλλαγμένες μεγάλες πρωτεΐνες δεν προσδένονται στο DNA καθώς επίσης ότι οι μεταλλαγμένες μεγάλες πρωτεΐνες ετεροδιμερίζονται πιο αποτελεσματικά με την μικρή ισομορφή πιθανότατα λόγω επαγόμενης αλλαγής της στερεοδιαμόρφωσης της μεταλλαγμένης πρωτεΐνης. Επίσης μελετήσαμε την εξάπλωση του εναλλακτικού ματίσματός στα Δευτεροστόμια, χρησιμοποιώντας ειδικούς εκφυλισμένους εκκινητές σε πειράματα PCR. Εναλλακτικό μάτισμα των μεταγράφων COUP-TF παρατηρήθηκε επίσης στους οργανισμούς Sphaerechinus granularis (Εχινόδερμο) και Saccoglossus kowalevskii (Ημιχορδωτό). / COUP-TFs (Chicken Ovalbumin Upstream Promoter- Transcription Factors) belong to the superfamily of steroid/thyroid hormone receptors and they are consider orphans since the proper ligand that activates them is not yet found. Experimental procedures in our laboratory have shown that in Echinoderms the alternative splicing of the COUP-TF primary transcript results in two mRNAs which encode two protein variants that differ by a 21 amino acid insertion in the Carboxy Terminal Extension (CTE) of the DNA Binding Domain (DBD). EMSA experiments with the use of in vitro translated proteins revealed that the large protein variant is incapable of binding any COUP-TF response elements. Furthermore, in the presence of the large variant, the small COUP-TF protein ability to bind DNA is diminished in an antagonistic way, suggesting that the heterodimeric protein is also incapable of DNA binding. Our aim is to investigate the role of the 21aa insertion in the large variant regarding the DNA binding affinity. In sea urchins the CTE insertion in the large variant contains two prolines. Our hypothesis is that these two prolines play an important role in the protein‟s conformation which in turn is responsible for the loss of DNA binding. To check this, we created point mutations by mutating both prolines to alanines simultaneously and then each proline to alanine separately. We also analyzed a series of internal amino acid deletions within the 21aa insertion of the CTE. All the mutations proved that the large mutated proteins are incapable of binding DNA and that they heterodimerize more effectively with the small protein variant possibly because of the changed conformation of the large protein variant. We also studied the alternative splicing among Deuterostomes, by using degenerate primers in PCR experiments. We observed that alternative splicing of COUP-TF transcripts occurs in the sea urchin Sphaerechinus granularis and in the hemichordate Saccoglossus kowalevskii.