This study presents an analysis of the organic matter in meteorites, particularly carbonaceous chondrites (CCs), using advanced experimental techniques such as Two-step laser desorption laser ionization mass spectrometry (L2MS-oTOF) and Atmospheric Pressure Photoionization-Orbitrap (APPI-Orbitrap). The analysis focuses on the molecular complexity of both soluble (SOM) and insoluble (IOM) organic matter as well as the bulk rock and identifying and classifying different molecular families to understand the chemical composition of the meteorites. A new software tool, SpectraC, was developed to aid in analysing and comparing mass spectra from multiple meteorite samples simultaneously. The findings of the study reveal the complex chemical composition of meteorites, with condensed aromatics dominating most samples, and highlight the importance of using multiple techniques for a more complete understanding of the sample’s contents. This research lays the foundation for future work in astrochemistry, including the development of a state-of-the-art analytical tool and further exploration of the organic matter in meteorites. / Cette étude présente une analyse de la matière organique dans les météorites, en particulier les chondrites carbonées (CC), en utilisant des techniques expérimentales avancées telles que la spectrométrie de masse à ionisation laser par désorption en deux étapes (L2MS-oTOF) et l’ionisation photochimique à pression atmosphérique-Orbitrap  (APPI-Orbitrap). L’analyse se concentre sur la complexité moléculaire de la matière organique soluble (SOM) et insoluble (IOM) ainsi que sur la roche globale, et identifie et classe différentes familles moléculaires pour comprendre la composition chimique des météorites. Un nouvel outil logiciel, SpectraC, a été développé pour aider à analyser et comparer les spectres de masse de plusieurs échantillons de météorites simultanément. Les résultats de l’étude révèlent la composition chimique complexe des météorites, avec une domination des aromatiques condensés dans la plupart des échantillons, et mettent en évidence l’importance d’utiliser plusieurs techniques pour une compréhension plus complète du contenu des échantillons. Cette recherche pose les bases des travaux futurs en astrochimie, y compris le développement d’outils analytiques de pointe et l’exploration plus poussée de la matière organique dans les météorites.

Dans les Antilles françaises, une proportion anormalement élevée de parkinsonismes atypiques sporadiques - des tauopathies - est observée. Un lien avec la consommation de plantes de la famille des Annonaceae, en particulier Annona muricata L. (corossol) a été démontré. Les acétogénines d'Annonaceae, des inhibiteurs puissants du complexe I de la chaine respiratoire mitochondriale, sont considérées comme des toxines candidates. L'annonacine, une acétogénine représentative, majoritaire dans A. muricata, est neurotoxique in vitro et in vivo. L'Agence Française de Sécurité Sanitaire des Aliments a exprimé ses doutes quant à ce problème de santé publique. Elle insiste sur l'importance d'évaluer l'exposition des consommateurs d'Annonaceae aux acétogénines, et de déterminer les paramètres pharmacocinétiques de ces molécules. Au cours de cette thèse, nous avons cherché à répondre à ces interrogations, avec l'annonacine pour modèle. Après l'analyse structurale d'acétogénines étalons, une méthode de déréplication puissante et innovante a été mise au point par CLHP-ESI-LTQ-Orbitrap® avec infusion post-colonne de lithium. Les profils complets des acétogénines d'extraits bruts issus d'un nectar d'A. muricata et d'un alcool d'Annona cherimolia Mill. (annone, chérimole) ont été élucidés, mettant en évidence une composition plus complexe et plus variée que celle envisagée dans la littérature. A. cherimolia n'avait pas été identifiée comme une source d'exposition jusqu'à maintenant. Des données quantitatives ont été obtenues par CLHP-DAD-MS, à partir d'une quinzaine d'échantillons de produits commerciaux, confirmant une exposition humaine importante à ces molécules par voie alimentaire, via des produits d'origines géographiques, de statuts et de modes d'obtention variés. Des travaux préliminaires d'étude du passage de l'annonacine à travers des membranes biologiques ont été amorcés (modèles de barrières intestinale - Caco-2 - et hémato-encéphalique - hCMEC/D3). Une étude de métabolisation de phase I de l'annonacine sur microsomes de foie de Rat a permis d'identifier 25 métabolites mono-hydroxylés par CLHP-ESI-LTQ-Orbitrap®. Seuls trois d'entre eux sont observés avec des microsomes humains. Ces métabolites ont été obtenus par hémisynthèse (bioconversion, catalyse par porphyrines) et leur structure a été déterminée. Les résultats montrent que cette étape de métabolisation n'est pas cruciale dans le devenir de l'annonacine, et ne peut expliquer de susceptibilité différentielle aux acétogénines. Après la présentation de rappels concernant les Annonaceae, les parkinsonismes et leurs formes atypiques guadeloupéennes et tropicales, puis d'aspects méthodologiques en spectrométrie de masse, nos travaux de phytochimie analytique, d'analyse métabolique, d'hémisynthèse et de détermination structurale sont présentés, et discutés en regard d'un problème de santé publique potentiellement large et préoccupant.

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第25264号 / 工博第5223号 / 新制||工||1996(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科都市環境工学専攻 / (主査)教授 高岡 昌輝, 教授 米田 稔, 教授 松田 知成 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DFAM

Cette thèse traite de l'étude des mécanismes de formation et de la composition d'équivalents d'aérosols de Titan, appelés tholins. L'étude de la phase gazeuse a permis d'identifier différents précurseurs d'aérosols, en particulier des espèces azotées telles que les imines et les nitriles, qui pourraient être un premier pas dans la transition gaz-solide. L'étude des propriétés infrarouge des tholins permet de fournir la dépendance en fonction de la longueur d'onde (du lointain au moyen infrarouge) de l'absorption des tholins. L'étude de la composition chimique des aérosols a permis de remonter à leur structure polymérique des tholins et de détecter la présence d'azote en grande quantité dans leur structure. La dernière partie de cette thèse comporte également une comparaison entre la chimie induite par différentes sources d'énergie De manière générale, cette thèse propose lorsqu'elle est possible une comparaison entre les données obtenues en laboratoire et les observations de Titan.

Mass spectrometry is an indispensable tool in lipidomics research. Current advances and progress in the technology of mass spectrometry have allowed for the identification, quantification and characterization of lipid molecular species to further our understanding of their biological roles. In this thesis, I assessed the influence post-mortem times have on quantitative lipidomics. Using liquid chromatography - electrospray ionization tandem mass spectrometry (LC-ESIMS/MS) on a triple-quadrupole mass spectrometer and multiple-reaction-monitoring (MRM) mode, the glycerophosphocholine (GPC) metabolites and second messengers in the hippocampus of N3 & N4 C57BL/6 x 129/SV were profiled at various post-mortem interval (PMI). I found that disruption to the GPC metabolite and second messengers lipidome occured as early as 1 hour postmortem and fluctuate up till at least 12 hours post-mortem. Therefore, PMI is a variable in lipidomic studies that must be controlled for, and brain samples which are collected with PMI variations must be matched to avoid misinterpretation. Subsequently, I developed a working protocol to visualize the location and distribution of different classes of glycerophospholipids, ceramides, and sphingomyelin in whole mouse brain sections. This visualization technique is novel because it does not require tissue staining or immunohistochemistry; instead, it was performed using an atmospheric-pressure matrix-assisted laser desorption/ionization (AP-MALDI) source coupled to an orbitrap mass spectrometer. As part of this lipid visualization technique, I also developed a protocol for sublimation as a simple, effective and reproducible matrix application method for brain tissue. The lipid-compatible matrix, 2,5-dihydroxybenzoic acid (DHB), was assessed and optimized for imaging lipid targets. The high mass-resolution and accuracy characteristics of the orbitrap mass spectrometer and its capability to perform tandem mass spectrometry via high-collision dissociation allowed for the identification of approximately 200 different lipid species directly from brain tissue using the visualization technique I developed. Altogether, the work in this thesis has showed that post-mortem changes in the lipidome are quantifiable and has provided a novel avenue to further assess these changes by means of imaging mass spectrometry.

De nombreux métaux tels que, par exemple le Zn, le Fe, le Cu ou le Ni jouent un rôle essentiel dans la croissance et le développement normal des plantes car ils sont impliqués dans différents processus physiologiques pouvant être cependant perturbés par une carence ou un excès en métaux. Par conséquent, afin de réguler l'absorption des métaux, leur translocation et leur accumulation, les plantes ont développé des mécanismes divers, comme la production de métabolites de faible poids moléculaire pouvant se lier aux métaux. La connaissance de ces complexes métalliques et des processus qu'ils subissent dans les plantes peut être utilisée dans des études environnementales, nutritionnelles et toxicologiques. Cependant, cette connaissance était très limitée à cause de l'absence de méthodologie appliquée avec succès pour étudier la spéciation des traces de métaux dans les végétaux. Par conséquent, le but de cette étude fut le développement d'une méthodologie d'analyse des espèces métalliques dans des échantillons de plantes. La nouvelle approche est basée sur l'utilisation conjointe du (i) couplage HPLC – ICP MS permettant la détection de nombreuses espèces, souvent peu concentrées, contenant des métaux avec (ii) une identification en parallèle par couplage HPLC – electrospray Orbitrap MS/MS. Elle a permis l'identification (i) d’environ 60 espèces métalliques, la plupart jamais observées précédemment dans différents fluides (xylème, endosperme liquide) de Pisum sativum (petit pois) et (ii) de plusieurs complexes mixtes fer - aluminium - citrate chez Plantago almogravensis. La méthodologie développée a également été appliquée à (iii) la spéciation du sélénium dans Brassica nigra permettant l'identification de plus de 30 composés de faible poids moléculaire contenant du sélénium. / Numerous metals, such as, e.g. Zn, Fe, Cu or Ni play an essential role in normal plant growth and development as they are involved in different physiological processes that may be, however, disrupted by metal deficiency or excess. Therefore, to regulate metal uptake, translocation and accumulation plants have developed diverse mechanisms including the production of low molecular mass metal binding metabolites. The knowledge of these forms of metals and the processes they undergo in plants can be used in environmental, nutrition and toxicological studies. However, this knowledge was very limited as there was a lack of methodology that could be successfully applied to investigate trace metal speciation in plants. Therefore, the aim of this study was the development of the methodology for the analysis of metal species in complex plant samples. The novel approach is based on the use of combination of (i) HPLC – ICP MS coupling allowing the detection of numerous, often low concentrated, metal-containing species with (ii) a parallel identification using HPLC – electrospray Orbitrap MS/MS coupling. The developed approach allowed the identification of (i) ca. 60 different, mainly previously unreported metal species in saps of Pisum Sativum (green pea) and (ii) several mixed iron – aluminum – citrate complexes in Plantago almogravensis. This developed methodology was also applied to (iii) investigate selenium speciation in Brassica nigra allowing the identification of more than 30 selenium-containing low molecular mass compounds.

Les plantes médicinales constituent une source inexhaustible de composés (des produits naturels - PN) utilisé en médecine pour la prévention et le traitement de diverses maladies. L'introduction de nouvelles technologies et méthodes dans le domaine de la chimie des produits naturels a permis le développement de méthodes ‘high throughput’ pour la détermination de la composition chimique des extraits de plantes, l'évaluation de leurs propriétés et l'exploration de leur potentiel en tant que candidats médicaments. Dernièrement, la métabolomique, une approche intégrée incorporant les avantages des technologies d'analyse moderne et la puissance de la bioinformatique s’est révélé un outil efficace dans la biologie des systèmes. En particulier, l'application de la métabolomique pour la découverte de nouveaux composés bioactifs constitue un domaine émergent dans la chimie des produits naturels. Dans ce contexte, le genre Acronychia de la famille des Rutaceae a été choisi sur la base de son usage en médecine traditionnelle pour ses propriétés antimicrobienne, antipyrétique, antispasmodique et anti-inflammatoire. Nombre de méthodes chromatographiques modernes, spectrométriques et spectroscopiques sont utilisées pour l'exploration de leur contenu en métabolites suivant trois axes principaux constituant les trois chapitres de cette thèse. En bref, le premier chapitre décrit l’étude phytochimique d’Acronychia pedunculata, l’identification des métabolites secondaires contenus dans cette espèce et l'évaluation de leurs propriétés biologiques. Le deuxième chapitre vise au développement de méthodes analytiques pour l'identification des dimères d’acétophénones (marqueurs chimiotaxonomiques du genre) et aux stratégies utilisées pour la déréplication de ces différents extraits et la caractérisation chimique des composés par UHPLC-HRMSn. Le troisième chapitre se concentre sur l'application de méthodologies métabolomique (RMN et LC-MS) pour l'analyse comparative (entre les différentes espèces, origines, organes), pour des études chimiotaxonomiques (entre les espèces) et pour la corrélation des composés contenus avec une activité pharmacologique. / Medicinal plants constitute an unfailing source of compounds (natural products – NPs) utilised in medicine for the prevention and treatment of various deceases. The introduction of new technologies and methods in the field of natural products chemistry enabled the development of high throughput methodologies for the chemical composition determination of plant extracts, evaluation of their properties and the exploration of their potentials as drug candidates. Lately, metabolomics, an integrated approach incorporating the advantages of modern analytical technologies and the power of bioinformatics has been proven an efficient tool in systems biology. In particular, the application of metabolomics for the discovery of new bioactive compounds constitutes an emerging field in natural products chemistry. In this context, Acronychia genus of Rutaceae family was selected based on its well-known traditional use as antimicrobial, antipyretic, antispasmodic and anti-inflammatory therapeutic agent. Modern chromatographic, spectrometric and spectroscopic methods were utilised for the exploration of their metabolite content following three basic axes constituting the three chapters of this thesis. Briefly, the first chapter describes the phytochemical investigation of Acronychia pedunculata, the identification of secondary metabolites contained in this species and evaluation of their biological properties. The second chapter refers to the development of analytical methods for the identification of acetophenones (chemotaxonomic markers of the genus) and to the dereplication strategies for the chemical characterisation of extracts by UHPLC-HRMSn. The third chapter focuses on the application of metabolomic methodologies (LC-MS & NMR) for comparative analysis (between different species, origins, organs), chemotaxonomic studies (between species) and compound-activity correlations.