<p>Pancreatic β-cells sense the concentration of glucose in the systemic circulation through metabolism of the sugar molecule. Failure to correlate the blood sugar concentration to an appropriate metabolic signal disrupts the function of the β-cell as a controller of glucose homeostasis and may contribute to the development of type 2 diabetes mellitus. Release of insulin is pulsatile and this thesis presents data that support that metabolism drives such pulsatile release. It is also found that increase in insulin release in response to elevation of the glucose concentration is only seen when the rise in glucose induces a prompt and sustained increase in mitochondrial metabolism. Such activation of mitochondrial metabolism depended on the metabolic state of the β-cell prior to the glucose challenge. In this context, prolonged periods of elevated levels of fatty acids are harmful to the pancreatic β-cell. To study the protein expression changes induced by fatty acids a protocol for islet protein profiling and identification of differently expressed proteins were developed. By using this protocol it was discovered that oleate decreased the cellular level of the chaperone peptidyl-prolyl isomerase B. The protocol was also used to study protein expression in islets obtained from mice fed a high-fat and/or a high-sucrose diet. Excess of glucocorticoids in the systemic circulation also cause a diabetic phenotype. Tissue response to glucocorticoids is regulated by the intracellular concentration of the active form of glucocorticoids, which is formed from the inactive form by the enzyme 11β-hydroxysteroid dehydrogenase type 1. It was found that pancreatic islets produce 11β-HSD1 protein in relation to substrate availability and that the amount of islet 11β-HSD1 protein was negatively correlated with insulin secretion.</p>

Pancreatic β-cells sense the concentration of glucose in the systemic circulation through metabolism of the sugar molecule. Failure to correlate the blood sugar concentration to an appropriate metabolic signal disrupts the function of the β-cell as a controller of glucose homeostasis and may contribute to the development of type 2 diabetes mellitus. Release of insulin is pulsatile and this thesis presents data that support that metabolism drives such pulsatile release. It is also found that increase in insulin release in response to elevation of the glucose concentration is only seen when the rise in glucose induces a prompt and sustained increase in mitochondrial metabolism. Such activation of mitochondrial metabolism depended on the metabolic state of the β-cell prior to the glucose challenge. In this context, prolonged periods of elevated levels of fatty acids are harmful to the pancreatic β-cell. To study the protein expression changes induced by fatty acids a protocol for islet protein profiling and identification of differently expressed proteins were developed. By using this protocol it was discovered that oleate decreased the cellular level of the chaperone peptidyl-prolyl isomerase B. The protocol was also used to study protein expression in islets obtained from mice fed a high-fat and/or a high-sucrose diet. Excess of glucocorticoids in the systemic circulation also cause a diabetic phenotype. Tissue response to glucocorticoids is regulated by the intracellular concentration of the active form of glucocorticoids, which is formed from the inactive form by the enzyme 11β-hydroxysteroid dehydrogenase type 1. It was found that pancreatic islets produce 11β-HSD1 protein in relation to substrate availability and that the amount of islet 11β-HSD1 protein was negatively correlated with insulin secretion.

Obesity is pandemic. Pharmacological treatment development depends on modeling the regulation of feeding, particularly by free fatty acids (FFA). Most models have been employed in the rat in vivo, and show FFA-stimulated intestinal satiety signals are dependent on the fat’s acyl chain-length, involve cholecystokinin (CCK) secretion, and are mediated by vagal afferents. I hypothesized that an in vitro mouse model could be employed, with sensitivity to measure afferent responses to nutrient stimuli. Male C57BL/6N mice were killed, the intestine harvested en bloc, and a jejunal section dissected with neurovascular mesenteric arcade emanating centrally. The tissue was placed in a Krebs-superfused chamber, the lumen cannulated with the outlet open to drain, and Krebs or other mediators were continuously perfused intraluminally. The dissected afferent nerve was placed in a suction electrode for extracellular recording. Afferent responses to distension and the perfusion of mediators (e.g. CCK or FFA) were tested. Preparations from normal mice (no surgery), or from mice following chronic subdiaphragmatic vagotomy or sham operation, were used to assess vagal afferent contributions. Luminally-perfused CCK (100 nM) increased afferent firing. This response was abolished with the CCK-1 receptor antagonist lorglumide (10 µM). The short-chain fatty acid (SCFA) sodium butyrate (30 mM) potentiated firing. The long-chain fatty acid (LCFA) sodium oleate (1-300 mM) activated concentration-dependent firing (EC50=25.35 mM) that was significantly greater at 30 mM than that evoked by butyrate. Lorglumide (30 µM) abolished the oleate (30 mM) response. The L-type Ca2+ channel (LTCC) inhibitor nicardipine (3 µM), intraluminally, potentiated the oleate response, while bath application abolished it. Vagotomy attenuated the oleate response. Vagotomy abolished the intraluminal CCK (100 nM) response, and attenuated the response to bath-superfused CCK. These findings support FFA chain-length-dependent mesenteric afferent activation and CCK involvement in oleate-induced firing, and suggest LTCC mediation of excitatory and inhibitory oleate response transduction pathways. The murine oleate response was shown to be mostly vagally-mediated, with some spinal contribution, and both vagal and spinal contributions to CCK responses were suggested. These data provide a basis for further investigation in vitro of cellular and molecular mechanisms of afferent satiety signals, and ultimately of obesity pathogenesis. / Thesis (Master, Physiology) -- Queen's University, 2010-06-29 15:56:08.387

La mammite est une inflammation de la mamelle, le plus souvent, en réponse à une invasion d’origine bactérienne. L’utilisation d’antibiotiques pour le traitement de cette pathologie n’est pas la solution idéale. Outre les problèmes engendrés pour la qualité du lait, l’apparition de résistance et l’inefficacité des traitements nécessitent de développer des méthodes alternatives. L’objectif de ces travaux de thèse était de vérifier si l’utilisation d’huile de tournesol ozonée comme moyen de lutte alternatif contre les mammites est envisageable. Dans un premier temps, l’effet des conditions d’ozonation sur la composition et sur l’activité antibactérienne de l’huile ozonée a été étudié pour déterminer les conditions optimales de synthèse d’un agent antibactérien. Les résultats ont montré que l’ajout d’eau et l’augmentation de la durée de la réaction permettaient l’obtention de valeurs d’indice de peroxyde plus élevées et d’une meilleure activité antibactérienne mettant en évidence la relation existant entre ces deux paramètres. Par la suite, l’activité antibactérienne d’huile de tournesol ozonée a été évaluée in vitro sur 59 espèces bactériennes isolées de cas déclarés de mammites chez des brebis. Le produit testé a prouvé son efficacité contre toutes les souches étudiées avec des concentrations minimales inhibitrices de croissance comprises entre 0,625 et 20 mg/mL. L’homologation de l’huile de tournesol ozonée comme préparation vétérinaire requiert d’avoir des données sur sa stabilité thermique et d’identifier les molécules actives. Les travaux menés ont montré que la composition de l’huile de tournesol ozonée stockée à −20 °C ou à +4 °C n’évoluait pas pendant une durée d’un an. Au contraire, des températures de stockage plus élevées entrainaient rapidement une diminution de l’indice de peroxyde et une augmentation de l’acidité. Cependant, ces modifications n’ont pas eu d’effet sur l’activité antibactérienne qui a gardé une valeur constante. Ces observations ont permis d’émettre des hypothèses sur l’identité des molécules actives. L’activité antibactérienne des huiles ozonées serait due à la présence d’ozonides, d’hydroperoxydes et d’acides nonanoïque et azélaïque. L’étude de la réaction d’ozonolyse sur un composé modèle, l’oléate de méthyle, a permis d’affiner ces hypothèses. En effet, l’activité antibactérienne spécifique de différentes fractions obtenues après purification d’oléate de méthyle ozoné a été évaluée. Toutefois, les ozonides purifiés et caractérisés par RMN n’ont pas montré d’activité dans la gamme de concentration testée. L’activité antibactérienne de l’huile de tournesol ozonée peut donc être attribuée aux hydroperoxydes, aux aldéhydes et aux acides carboxyliques à chaines courtes. / Mastitis is an inflammation of the udder, usually in response to a bacterial invasion. The use of antibiotics for the treatment of this disease is not the ideal solution. In addition to the problems caused to the quality of milk, the development of resistance and ineffective treatments require to focus on alternative methods. The aim of this work was to verify if the use of ozonized sunflower oil as an alternative means of fight against mastitis could be possible. Firstly, the effect of the ozonation conditions on the composition and the antibacterial activity of ozonized oils was studied to determine the optimum conditions for the synthesis of an antibacterial agent. The results showed that the addition of water and increasing the duration of the reaction allowed to obtain higher peroxide index values and improved antibacterial activity highlighting the relationship between these two parameters. Afterwards, the antibacterial activity of ozonized sunflower oil was assessed in vitro against 59 bacterial species isolated from reported cases of mastitis in ewes. The tested product has proved its efficiency against all the strains studied with minimum inhibitory concentrations between 0.625 and 20 mg/mL. The registration of ozonized sunflower oil as a veterinary preparation requires to obtain data on its thermal stability and to identify the active molecules. The work carried out has shown that the composition of ozonized sunflower oil stored at −20 °C or +4 °C did not evolve for a period of one year. On the contrary, higher storage temperatures quickly led to a decrease of the peroxide index and an increase in acidity. However, these changes had no effect on the antibacterial activity that kept a constant value. These observations allowed speculating on the identity of active molecules. The antibacterial activity of ozonized oils could be due to the presence of ozonides, hydroperoxides and nonanoic acid and azelaic acid. The study of the ozonolysis reaction on a model compound, methyl oleate, helped to refine these assumptions. Indeed, specific antibacterial activity of various fractions obtained after purification of ozonized methyl oleate was evaluated. However, purified ozonides, characterized by NMR, showed no activity in the tested concentration range. The antibacterial activity of ozonized sunflower oil can therefore be attributed to hydroperoxides, aldehydes and short chain carboxylic acids

Le réacteur à inversion de flux pour retenir et recycler la chaleur est une technologie efficace qui intègre la réaction chimique et la réutilisation de la chaleur dégagée lors de la réaction. Cette technologie a été considérablement commercialisée et industrialisée, vue l'amélioration de la productivité du réacteur et vue l'intensification du procédé qu'elle offrirait. Par analogie chaleur-matière, il a été voulu, par l'actuel travail de doctorat, évaluer la technologie d'inversion de flux et la combinaison de la réaction chimique et de la séparation et la rétention du catalyseur (matière) dans un seul réacteur adsorbeur multifonctionnel. La métathèse des oléfines qui utilise des catalyseurs moléculaires -qui ne sont pas/ ne peuvent pas être efficacement et parfaitement immobilisés et hétérogénéisés sur un support solide- peut être réalisée dans le réacteur adsorbeur à inversion de flux, qui prétend permettre de séparer, de recycler et de retenir les catalyseurs. La réaction cible dans cette thèse est l'homo-métathèse de l'oléate de méthyle. D'abord, un modèle cinétique pour décrire cette réaction et la transformation du réactif a été développé et proposé en suivant une approche micro-cinétique. Ensuite, ce modèle a été ajusté par rapport aux résultats expérimentaux pour optimiser et accéder aux paramètres cinétiques de la réaction. Le modèle cinétique, ainsi obtenu, permettra après son intégration dans le modèle du réacteur adsorbeur à inversion de flux, de prédire la conversion du réactif et sa concentration à la sortie. Le réacteur adsorbeur à inversion de flux, a été étudié et évalué, par la modélisation et par une étude théorique calculatoire, pour avoir une meilleure compréhension de son comportement, et aussi de l'influence des conditions opératoires sur le procédé (perte de catalyseur, conversion, productivité, etc.). Le design de réacteur qui a été proposé dans cette étude et ce travail est une colonne à lit fixe d'adsorbant, avec inversion de flux. Les résultats de simulation du réacteur adsorbeur à inversion de flux pour retenir et recycler les catalyseurs moléculaires ont montré l'intensification du procédé que peut offrir cette technologie en se référant à un réacteur continu conventionnel (réacteur tubulaire monophasique). Il a été montré aussi qu'il n'est pas possible d'atteindre un régime permanent, sans appoint et rajout du catalyseur pour compenser les pertes, dues aux phénomènes physiques indissociables au réacteur. Par la suite, un dispositif expérimental a été construit pour vérifier et valider les résultats de simulations ainsi obtenus, et aussi pour démonter, à l'échelle pilote, la faisabilité de la technologie d'inversion de flux avec adsorption pour séparer l'adsorbé et le retenir à l'intérieur de la colonne. Et similairement au réacteur à inversion de flux pour le recyclage et la réutilisation de la chaleur, le réacteur adsorbeur à inversion de flux pour séparer et recycler le catalyseur, peut lui aussi, avoir un comportement asymptotique sous certaines conditions opératoires, et s'approcher du fonctionnement du réacteur adsorbeur à contre-courant. Par la modélisation et le calcul numérique, il a été établi le domaine des conditions opératoires dans lesquelles, les réacteurs adsorbeurs à inversion de flux et à contre-courant sont équivalents. Le modèle asymptotique à contre-courant permet de calculer et de pré-dimensionner plus rapidement le réacteur à inversion de flux / The reverse flow reactor for heat trapping is an efficient technology that integrates the chemical reaction and the recovery of the heat of the reaction. This technology was widely commercialized and applied in industry because of the reactor productivity enhancement and the process intensification it offers. By heat-matter analogy, we wanted, in this thesis, to evaluate the reverse flow technique and the combination of the chemical reaction with the trapping and the recycling of the catalyst (matter) in one single multi-functional adsorber reactor. The metathesis of olefins that uses molecular catalysts -which are imperfectly immobilized and heterogeneized on the solid support- can be performed in the reverse flow adsorber reactor that claims to separate, recycle and trap the catalyst. The targeted reaction is the self-metathesis of methyl oleate. Thus, a kinetic model of the reaction was developed using a micro-kinetic approach. The obtained kinetic model was fitted to the experiences to get the kinetic parameters values. Then, the kinetic model can be integrated in the reverse flow adsorber reactor model to predict the conversion and the outlet methyl oleate concentration. The reverse flow reactor adsorber was evaluated and studied (by modeling and theoretical study) to have a better understanding of its behavior, and of the operating parameters influence on the process (catalyst leaching, conversion, productivity, etc.). A single fixed bed adsorption column is proposed as a design for the reverse flow adsorber reactor. The simulation results show the process intensification that offers the reverse flow adsorber reactor for catalyst trapping in comparison with a conventional continuous reactor (continuous flow tubular reactor). They also show that it is not possible to reach a stable operation and a permanent regime without catalyst makeup that compensate the leaching. Then, an experimental setup was built to verify, to validate the simulations results, and to demonstrate, at the pilot scale, the feasibility of the reverse flow technology to separate and to trap the adsorbate inside the adsorber. And similarly to the reverse flow reactor for heat trapping, the reverse flow adsorber reactor for catalyst trapping and separation can have an asymptotic behavior under certain operating conditions, and approaches the operation of a counter current adsorber reactor. By modeling and numerical calculation, it has been determined the operating conditions, at which, the reverse flow and the counter current adsorber reactors are equivalents. The counter current asymptotic model allow a rapid reverse flow reactor computing and pre-design

In this project I sought to analyse the effects of different free fatty acids (FFAs) on INS-1E β-cells. The saturated fatty acid palmitate is considered toxic whereas the monounsaturated fatty acid oleate is harmless. In my working hypothesis I assumed an additional protective effect of oleate when used in combination with palmitate. Furthermore I aimed to explore in detail the possible causes and signalling pathways responsible for apoptosis or sustained cell survival. I examined the Endoplasmic Reticulum (ER) stress response, called unfolded protein response (UPR), as one essential criterion deciding about cell death or life. Analysis of viability and apoptosis confirmed the deleterious effect of palmitate on INS-1E β-cells after 24h of incubation. Oleate proved not to be harmful and even reversed the toxicity of palmitate. When the main components of the UPR were assessed using Western blot analyses and quantitative PCR was performed I found positive proof that palmitate activated the UPR and ultimately led to apoptosis. By contrast, oleate completely prevented UPR signalling. I conclude that oleate rescues INS-1E β-cells by inhibiting ER stress and its signalling.

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Nosema ceranae est un parasite émergeant d’Apis mellifera décrit dans certaines régions comme la cause majeure de la mortalité des abeilles. Dans d’autres cas, il est soupçonné d’affaiblir les colonies par l’interaction avec d’autres facteurs de pression de l’environnement. Dans le cadre du phénomène global de la mortalité des abeilles, nous avons orienté nos recherches vers l’étude des effets N. ceranae, en faisant l’hypothèse que ce parasite est capable d’induire des changements comportementaux chez A. mellifera dus à des altérations physiologiques, ce qui pourrait éventuellement perturber l’organisation sociale et aboutir à la mort de la colonie. Etant donné cette hypothèse, trois domaines d’étude ont été inclus dans notre recherche, (i) les effets de N. ceranae sur l’organisation sociale de la colonie, (ii) les mécanismes moléculaires à la base des effets chez les abeilles parasitées, et (iii) les différences en virulence d’isolats de N. ceranae ce qui pourrait expliquer la variation des effets du parasite chez l’abeille. Nous avons obtenu trois résultats majeurs. D’abord, nous avons constaté des modifications dans la structure sociale des abeilles après l’infection. Ces changements sembleraient contribuer à la survie de la colonie constituant probablement un mécanisme d’immunité sociale. Ce mécanisme géré par un signal phéromonal, permettrait de diminuer la transmission du parasite au sein de la colonie et prolonger la survie des abeilles saines. Ensuite, nous avons mis en évidence des effets sur la physiologie de l’intestin de l’abeille qui pourraient causer sa mort : l’induction du stress oxydatif et l’inhibition du renouvellement cellulaire de l’épithélium. Finalement, nos résultats suggèrent que certaines caractéristiques de l’hôte et conditions environnementales augmenteraient la probabilité de N. ceranae d’induire la mort. En conclusion, N. ceranae a le potentiel de causer la mort des abeilles, cependant, la colonie pourrait contrer l’infection, par exemple, par de mécanismes d’immunité sociale, or, la réponse générale à l’infection dépendrait des caractéristiques de l’hôte en combinaison avec les conditions de l’environnement. Le phénomène d’effondrement de colonies à l’échelle mondiale a mis en évidence la fragilité du système colonie d’abeilles – environnement. L’étude de chaque facteur participant au système, en autres, parasites, pesticides, changements dans l’environnement, pratiques apicoles, est essentielle pour une meilleure compréhension de toutes les interactions qui maintiennent l’équilibre écologique des colonies / Nosema ceranae is an emergent parasite of the honey bee Apis mellifera. In some regions it has been found to be the main reason for bee mortality, while in others it is suspected of weakening honey bee colonies by interacting with other environmental stressors. In the context of worldwide colony losses, we focus our research on the study of N. ceranae, with the hypothesis that this parasite is able to induce behavioral changes in bees through physiological modifications, which could alter social organization and cause colony death. Given this hypothesis, the program of study falls into three areas; (i) N. ceranae effects on colony social organization, (ii) molecular mechanisms of N. ceranae infection underlying observed effects, and (iii) differences in virulence of N. ceranae strains which could explain the diversity of parasite effects. We obtained three main results. First, we observed modifications in honey bee social structure after infection. This mechanism under pheromone control, would reduce parasite transmission within the colony and increase the lifespan of healthy bees. These changes may contribute to colony survival as part of a mechanism of social immunity. Second, we found two mechanisms whereby the pathogen affects the physiology of bee midgut epithelium that could lead to host mortality: oxidative stress and the inhibition of cellular renewal. Finally, our results suggest that certain host and environmental conditions increase the probability that N. ceranae will cause bee mortality. In conclusion, N. ceranae has the potential to cause bee death, however at colony level bees might counteract infection through, for example, social immunity mechanisms; although, overall honey bee response to infection would depend on characteristics of the host in combination with environmental conditions. Worldwide colony losses phenomenon have highlighted the fragility of the “honey bee colony – environment” system. The study of each factor involve in this system, including parasites, pesticides, environmental changes and beekeeping practices, is essential to better understand all of the interactions that maintain the ecological balance of honey bee colonies

Le développement de catalyseurs efficaces à base de ruthénium a contribué à l’essor de la métathèse des oléfines. Cette réaction catalysée par des complexes à base de tungstène, rhénium ou molybdène, était appliquée, jusqu’à présent, à des oléfines non fonctionnalisées. L’utilisation de précurseurs à base de ruthénium a permis d’élargir les domaines d’applications de la métathèse grâce à leur tolérance élevée à de nombreuses fonctions organiques. En effet, les esters méthyliques d’huiles végétales peuvent être valorisés en bases chimiques par la réaction de métathèse en présence de catalyseurs à base de ruthénium. Nous reportons, ici, l’étude de la réactivité des complexes de ruthénium en éthénolyse de l’oléate de méthyle ainsi que la conception et la caractérisation de nouveaux systèmes. Nous exposerons la synthèse de nouveaux catalyseurs de ruthénium contenant des ligands carbènes aminoalkyle cycliques et l’évaluation de leurs performances. Nous montrerons que ces précatalyseurs présentent des propriétés catalytiques intéressantes pour l’éthénolyse de l’oléate de méthyle. Ces ligands ont l’avantage d’être modulables, ce qui nous offrent de nombreuses possibilités en terme d’originalité, tout comme la fonctionnalisation du ligand isopropoxybenzylidène qui permet l’immobilisation des catalyseurs dans les liquides ioniques. Par ailleurs, des tentatives de coordination d’autres ligands, tels que le fluorénylidène et le silylène, susceptibles de conduire à des complexes de ruthénium efficaces seront abordées. / The development of efficient ruthenium based catalysts has contributed to the development of olefin metathesis. This reaction catalyzed by tungsten, rhenium or molybdenum complexes, was applied, until now, to non-fonctionalized olefins. The use of ruthenium precursors allowed to broaden range of applications of olefin metathesis owing to their high tolerance to various organic functions. Indeed, methyl esters of vegetable oils can be converted into chemical base by metathesis in the presence of ruthenium based catalysts. In this study, we report ruthenium complexes reactivities for ethenolysis of methyl oleate as well as the design and the characterization of new systems. We describe the synthesis of new ruthenium catalysts containing cyclic alkyl(amino)carbenes and the evaluation of their performances. We show that these precatalysts display interesting catalytic properties for the ethenolysis of methyl oleate. Modifications of the carbenes ligands architecture provide the possibility to create novel catalysts as the functionalization of the isopropoxybenzylidene ligand which allowed immobilization of catalysts in ionic liquid. Besides, attempts to coordinate other ligands, such as fluorenylidène and silylene, able to afford active complexes will be discuss.

This thesis deals with the conformation and phase-transitions in anchored alkyl chain bilayer assemblies in organic-inorganic hybrids. The alkyl chain bilayers in organic-inorganic hybrids bear a striking resemblances to the lipid bilayers that are an integral part of biomembranes. However, unlike the lipid bilayer where individual lipid molecules can undergo the total absence of translational mobility. The anchored bilayer are, therefore, the simplest model system for understanding the structure, organization and thermal behaviour of alkyl-chain assemblies. The anchored bilayer in the organic-inorganic hybrids also offer the advantage that unlike the lipid bilayers that are essentially fluid like, these are solids and therefore, amenable to study by a variety of solid-state spectroscopic techniques. The objective of the present works was to determine the organization, conformation and thermal behaviour of alkyl chains in these class of materials- the alkyl ammonium layered pervoskites and in zinc soaps of saturated and unsaturated fatty acids. The preparation, conformation and orientation of alkyl chains assemblies in the layered(CH3CH2)nNH3)2PbI4 is described in chapter 2 and the phase-transitions and associated changes in conformation in presented in chapter 3. In chapter 4 the preparation, structure, conformation and phase-transitions of alkyl chains in the m = 2 member of the layered (CH3NH3)m-1(CH3CH2)nNH3)2PbmI3m+1 Ruddleson-Popper series is discussed. The thermal behavior of zinc soaps of saturated fatty acids is discussed in chapter 5 and formation and phase-transitions in solid solution between saturated zinc soaps of differing chain lengths, zinc stearate and zinc myristate is presented in chapter 6. The effect of a rigid link or double bond on the evolution of conformational disorder and phase-transitions of other-wise flexible hydrocarbon chains is explored in chapter 7 by comparing the thermal behavior of zinc oleate and zine elaidate with that of zinc stearate. A unique feature of the zinc soaps is that they form solid solutions over the entire composition range feature of the zinc soaps is that they form solid solutions over the entire composition range between soaps of saturated and unsaturated fatty acids. The formation and conformation of alkyl chains in the solid solution of zinc stearate and zinc oleate is discussed in chapter 8.