Title of dissertation: GROWTH OF Zn POLAR BeMgZnO/ZnO HETEROSTRUCTURE WITH TWO DIMENSIONAL ELECTRON GAS (2DEG) AND FABRICATION OF SILVER SCHOTTKY DIODE ON BeMgZnO/ZnO HETEROSTRUCTURE By Md Barkat Ullah, Ph.D A dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy in Electrical and Computer Engineering at Virginia Commonwealth University. Virginia Commonwealth University,2017 Major Director: Dr. Hadis Morkoç, Professor, Electrical and Computer Engineering This thesis focuses on growth of Zn polar BeMgZnO/ZnO heterostructure on GaN/sapphire template with two dimensional electron gas (2DEG) for the application of UV photodetector/emitter and high speed electronics. The motivation of using BeMgZnO as a barrier layer originates from the need to reach plasmon-LO phonon resonance in order to obtain minimum longitudinal optical (LO) phonon lifetime. Presence of 2DEG was realized in BeMgZnO/ZnO heterostructure only when the Zn polarity was achieved during the nucleation growth of ZnO on GaN/sapphire template. It was found that, polarity of ZnO on (0001) GaN/sapphire template can be controlled by the oxygen to Zn ratio used during the nucleation growth. To obtain high structural and optical quality of BeMgZnO quaternary alloy, growth kinetics of BeMgZnO layer has been studied at the temperature range from 450°C-500°C. We have achieved the growth of single crystal Be.03Mg00.15ZnO alloy at 500 °C, more than 100°C higher compared to what reported in literature, on the (0001) GaN/sapphire template through the control of Zn/(Be+Mg) flux ratio. We have also observed a thermodynamic limitation of Mg incorporation into the wurtzite BeMgZnO alloy where the excess Mg adatom accumulated in the growing surface as a MgO rich cluster. Two dimensional electron gas with high (1.2×1013cm-2) sheet carrier density was achieved at the Be0.03Mg0.41ZnO/ZnO interface through strain engineering by incorporating Be into MgZnO ternary alloy. To obtain the similar sheet carrier density it would require above 60% of Mg in MgZnO/ZnO heterostructure with reduced structural quality. A systematic comparison of sheet carrier density has been made with the already reported results from Zn polar MgZnO/ZnO heterostructure as well as with the theoretical calculation. Silver Schottky diode on Be0.02Mg0.26ZnO/ZnO heterostructure with barrier height 1.07 eV and ideality factor 1.22 was obtained with 8 order of rectification ratio. The temperature-dependent electrical characteristics were studied by using temperature dependent current-voltage (I-V) measurements. Richardson constant value of 34.8 Acm-2K-2 was found experimentally which was close to the theoretical value of 36 Acm-2K-2 known for Be0.02Mg0.26ZnO alloy.

Les cellules épithéliales fournissent différentes fonctions biologiques: elles servent de barrière entre l'extérieur et l'intérieur d'un organisme et forment un continuum mécanique à travers les jonctions adhérentes qui les connectent. Au cours du développement, elles subissent des modifications extrêmes pour former l'embryon: elles changent de forme, modifient leur position relative ou perdent leur intégrité épithéliale. La plus part de ces changement se basent sur la modulation de l'actomyosine corticale et jonctionale, et sur la modulation des protéines qui définissent et maintiennent la polarité apico basale. Neuralized (Neur) est une E3 ubiquitine ligase qui est conservée des nématodes jusqu'aux mammifères. Elle a été découverte pour son rôle dans la régulation de la signalisation Delta/Nocth. Dans ce travail on décrit deux autres functions Notch-indépendantes de Neur dans le remodelage des épithéliums. En premier temps, on montre que Neur régule négativement la protéine apicale Crumbs à travers une isoforme de Stardust, ce qui permet le remodelage de l'intestin postérieur de la Drosophile et favorise la migration trans-epithéliale des cellules germinales primordiales. Puis, on présente que, pendant la gastrulation, Neur module la contractilité de l'actomyosine dans le mésoderme, et indirectement dans l'ectoderme, pour contrôler la formation du sillon ventral. / Epithelial cells serve many biological functions: they act as a barrier to separate the interior from the exterior, and form a mechanical continuum through the junctions that interconnect them. During development, they undergo dramatic changes to shape the embryo: they change their shape, modify their relative position or lose their epithelial integrity. Most of these changes rely on the modulation of cortical and junctional actomyosin, and the regulation of the proteins that define and maintain the epithelial apical/basal polarity. Neuralized (Neur) is an E3 ubiquitin ligase conserved from nematodes to mammals. It was first discovered for its role in the regulation of Delta/Notch signalling. Here we describe two Notch independent roles of Neur in epithelial remodelling. First, we show that Neur negatively regulates the apical protein Crumbs though a specific isoform of Stardust. This allows the remodelling of the drosophila posterior midgut and favours the trans-epithelial migration of the primordial germ cells. Finally, we present that Neur modulates actomyosin contractility in the mesoderm, and indirectly in the ectoderm, to control ventral furrow formation during gastrulation.

Au cours de la tumorigénèse, les cellules tumorales accumulent plusieurs mutations. Chez les modèles animaux comme la drosophile ou la souris, il a été montré que la coopération d’au moins deux altérations génétiques permet de reproduire une croissance néoplasique dans des cellules épithéliales : la sur-activation d’une voie de signalisation comme Ras or Notch, et des mutations altérant l’adhésion cellulaires ou la polarité. Bien que cette coopération soit très décrite, ses mécanismes sous-jacents ne sont que peu étudiés. Deux principaux modèles peuvent être proposés : soit les altérations génétiques fonctionnent indépendamment (modèle additif), ou ils s’influencent l’un l’autre pour faire émerger de nouveaux comportements (modèle synergique). En utilisant un paradigme généré par Notch de croissance hyperplasique et néoplasique dans des disques larvaires d’aile de Drosophila melanogaster, nous cherchons à confirmer l’un de ces deux modèles.En combinant des analyses de RNAseq et de ChIP, nous avons pu identifier des ensembles de gènes directement activés par Notch dans des disques hyperplasiques (Notch activé) et néoplasiques (Notch activé et perte de polarité). Bien que des cibles directes de la voie Notch soient partagées par les deux types de croissances, nos analyses ont montré qu’une grande partie de ces cibles sont spécifiques de chacune des conditions ce qui suggère que l’état polarisé ou non d’une cellule influence le contrôle transcriptionnel de la voie Notch. Enfin en réalisant un screen centré sur les gènes les plus affectés en néoplasie, nous avons identifié un ensemble de gènes qui contrôlent la transition entre l’hyperplasie et la néoplasie. / During tumourigenesis, tumour cells accumulate many mutations. In animal models such as Drosophila or mouse, the cooperation of at least two genetic insults has been shown to recapitulate neoplastic transformation of epithelial cells: an overactive signalling pathway such as Ras or Notch, and mutations affecting cell adhesion or polarity. While this cooperation is well documented, the mechanisms underlying it are still poorly understood. Two main models could be proposed: either the genetic alterations act independently (additive model), or they influence each other to allow the emergence of new behaviours (synergistic model). Using Notch driven paradigms of hyperplastic and neoplastic growth in Drosophila wing discs, we sought to distinguish between these two models.Combining RNAseq and ChIP analysis, we were able to identify the repertoires of genes directly activated by Notch in hyperplastic discs (Notch activation) and in neoplastic discs (Notch activation and polarity loss). While some Notch direct targets are shared between the two types of growth, our analysis revealed that the majority of Notch targets are actually specific to each condition, suggesting that a correct polarity has a major influence on the transcriptional output of the Notch signalling pathway, and strongly supports the synergistic model. Our studies further revealed that histone composition changes and polycomb mark changes are amongst the mechanisms that redirect the Notch pathway. Finally, using a small scale functional screen centred on the most affected genes in neoplasia, we identified a core set of genes controlling the transition from hyperplastic to neoplastic growth.

The present comparative parallel corpus study of Russian and Swedish polar response particles shows that Swedish displays a highly polarity dependent answering system whereas Russian vacillates between an agreement/disagreement system and a polarity system and also uses echo responses to some degree. It is shown that aligning responses in Swedish always match the polarity of the prior turn. In most cases the Swedish response particles agree in polarity with the following proposition but this tendency is not decisive in the polarity assignment of response particles. In discourse marking functions the polarity of the response particles becomes less apparent.

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Nous avons étudié par calcul ab initio la structure et la stabilité de différentes phases cristallographiques du trioxyde de tungstène en volume et ensurface, ainsi que l'effet du dopage par le potassium. L'étude a été motivéepar des travaux expérimentaux sur la croissance de nano-bâtonnets WO3 surun substrat de mica ; ces nanostructures adoptent la phase hexagonale, mé-tastable dans le WO3 massif. La première partie du manuscrit est consacrée àl'étude du volume. Les structures atomiques des phases hexagonales et monocliniquessont déterminées et comparées aux différents modèles proposés dansla littérature expérimentale. La stabilité relative de ces deux phases est calculée en fonction du taux de potassium permettant d'obtenir un diagrammede phase approximatif de KxWO3 montrant que la phase hexagonale est stablepour x compris entre 3 et 35%. Par ailleurs, les distorsions disparaissentpour des concentrations de K suffisamment élevées. Ces résultats expliquentla stabilisation de la phase hexagonale dans les nano-bâtonnets par l'insertiond'atomes de K de la surface du mica. Dans la seconde partie, une étudesystématique des surfaces, en phase monoclinique et hexagonale, est présentée. Pour chaque phase, les trois orientations de surface de plus faibles indicesde Miller sont considérées. Toutes les terminaisons non-reconstruitesainsi que plusieurs types de reconstructions ont été analysées en terme depolarité, stabilité et structure atomique. Pour la phase monoclinique, l'orientation(010) avec reconstruction c(2x2) est la surface la plus stable, enaccord avec des données expérimentales. Quant à la phase hexagonale, c'estla surface c(1x1)O2(1120) qui a la plus petite énergie de surface (0.02 eV/Å2).Nous trouvons que la stabilité des différentes orientations est très sensible audopage par le potassium. En effet, pour KxWO3 avec x = 13 , c'est l'orientation (0001) qui est la plus stable, avec une terminaison KO3 et une énergiede surface de 0.05 eV/Å2. / The structure and stability of different crystallographic phases of tungstentrioxide and the effect of potassium doping have been studied using ab initiocalcuations, both in the bulk and at the surface. The study was motivatedby experimental works on the growth of WO3 nanorods on a mica substrate.The nanorods adopt a hexagonal phase, which is metastable in bulk WO3.The first part of the manuscript reports the study of bulk WO3. For thehexagonal and monoclinique phase, the atomic structure is deterimined andcompared with different models that have been proposed in the experimentalliterature. The relative stability of the two phases is calculated as a functionof potassium doping. From this an approximate phase diagram of KxWO3is obtained which shows that the the hexaongal phase is stable for x between3 and 35%. It is also shown that the WO3 lattice distortions disappearfore sufficient K concentration. These results explain the stabilization of thehexagonal phase in the nanorods through insertion of K atoms from the micasurface.In the second part of the manuscript, a sytematic study of the surfaces ofWO3 in the monoclinic and hexagaonal phase is presented. For each phase,the three surface orientations of lowest Miller indices are considered. All nonreconstructedterminations and several types of reconstructions are analysedin terms of polarity, stability and atomic structure. In the monoclinic phase,the (010) surface with a c(2x2) reconstruction is most stable, in agreementwith experiment. For the hexagonal phase, the surface with lowest energy(0.02 eV/Å2) is c(1x1)O2(1120). It is found that the stability of the differentorientations is very sensitive to potassium doping. For hexagonal KxWO3with x = 13 , the (0001) surface is most stable with a KO3 termination and asurface energy of 0.05 eV/Å2.

L'établissement de la polarité apico-basale dans les tissus épithéliaux est étroitement lié à la division cellulaire, mais les mécanismes moléculaires sous-jacents n'ont pas encore été établis. A l'aide d'un modèle de culture en 3 dimensions de cellules rénales (MDCK), j'ai montré que lors du développement d'un cyst, la GTPase Rab35 joue un rôle majeur dans l'établissement de la polarité et le positionnement du lumen pendant la première division cellulaire. Au niveau moléculaire, Rab35 permet de coupler l'initiation de la polarité apico-basale avec la cytocinèse via l'attachement au sillon de clivage de vésicules intracellulaires contenant des déterminants clé de l'établissement de la polarité. Ces vésicules transportent notamment les protéines aPKC, Cdc42, Crumbs3 ainsi que le facteur d'ouverture de la lumière Podocalyxin. De plus, l'attachement de ces vésicules au sillon de clivage dépend de l'interaction directe entre Rab35 et la queue cytoplasmique de Podocalyxin. Par conséquence, l'inactivation de Rab35 entraine une inversion complète de la polarité apico-basale des kystes 3D. J'ai mis en évidence un nouveau mécanisme de ciblage des vésicules intracellulaire au site de clivage dépendant de la protéine Rab35 impliqué à la fois dans l'initiation de la polarité apico-basale et dans l'ouverture de la lumière au centre du cyst. / Establishment and maintenance of apico-basal polarity in epithelial organs must be tightly coupled with cell division, but the underlying molecular mechanisms are largely unknown. Using 3D cultures of renal MDCK cells (cysts), I found that the Rab35 GTPase plays a crucial role in polarity initiation and apical lumen positioning during the first cell division of cyst development. At the molecular level, Rab35 physically couples cytokinesis with the initiation of apico-basal polarity by tethering intracellular vesicles containing key apical determinants at the cleavage site. These vesicles transport aPKC, Cdc42, Crumbs3 and the lumen promoting factor Podocalyxin, and are tethered through a direct interaction between Rab35 and the cytoplasmic tail of Podocalyxin. Consequently, Rab35 inactivation leads to complete inversion of apico-basal polarity in 3D cysts. This novel and unconventional mode of Rab-dependent vesicle targeting provides a simple mechanism for triggering both initiation of apico-basal polarity and lumen opening at the centre of cysts.

We sought to investigate the role of the Planar Cell Polarity (PCP) pathway in neuronal positioning along the Anterior-Posterior (AP) axis of C. elegans, and chose the worm’s DD-type motor neurons as a model. The six DD neurons (DD1-DD6) are evenly spaced in the ventral nerve cord of wild type animals. Here we showed that mutations in core PCP genes caused DD neuron spacing and positioning defects. prkl-1 double mutant combinations with vang-1 and fmi-1 showed a suppression of the more severe prkl-1 single mutant defects, which was evidence of genetic interactions between these PCP components. We also conducted a candidate screen of Frizzled, Dishevelled, Wnt, and ROCK genes, and found that dsh-1/Dishevelled, mom-2/Wnt and let-502/ROCK also played roles in DD neuronal positioning. Both vang-1 and prkl-1 were found to function within the nervous system to guide DD neuronal positioning, and prkl-1 was further identified as playing a cell autonomous role. The origins of observed DD neuron anterior positioning defects were investigated during embryogenesis, in which 1.5 fold stage prkl-1(ok3182) embryos displayed delayed intercalation of the DD neurons. This represents a novel role for the PCP pathway in mediating DD neuronal intercalation.

Les divisions asymétriques permettent l’apparition de deux cellules filles différentes via la ségrégation polarisée de déterminants cellulaires pendant la division. La polarisation de la cellule mère est essentielle au bon déroulement des divisions asymétriques. Les précurseurs des organes sensoriels externes de la Drosophile (SOP) se divisent asymétriquement dans le plan de l’épithélium du thorax. La polarisation planaire des SOP dépend de la localisation asymétrique du complexe PAR (Baz-Par6-aPKC). Néanmoins, ces protéines sont aussi impliquées dans le maintient de la polarité apico-basale de l’épithélium. Les mécanismes régulant le remodelage de la polarité épithéliale, permettant la polarisation planaire du complexe PAR sont inconnus.Au cours de ma Thèse, j’ai développé une méthode d’analyse quantitative de la polarisation des protéines PAR au cours du temps. Je montre que Baz, Par6 et aPKC se sont asymétriques avant la mitose, et que cette polarisation dépend de la PCP (Planar Cell Polarity). J’ai également identifié Expanded (ex) et p120/catenin (p120ctn), dont l’expression est réduite dans les SOP, respectivement comme régulateurs de Crumbs et de la dynamique des jonctions. Leur inhibition promeut le remodelage de la polarité épithéliale et la polarisation des SOP.Un modèle de polarisation de la SOP est proposé, où l’inhibition spécifique d’ex et de p120ctn libère Par6-aPKC et Baz, permettant la formation du complexe PAR. Ce dernier interprète la PCP et devient asymétrique. Ainsi, ce travail relie la spécification de la SOP et sa division asymétrique, et propose un modèle général pour l’étude des divisions asymétriques dans les épithéliums. / During development, cell fate diversity can be generated by asymmetric cell division. As fate asymmetry can result from the unequal segregation at mitosis of cell fate determinants, polarization of the mother cell is essential for this process. The epithelial Sensory Organ Precursor cells (SOPs) divide asymmetrically within the plane of the notum epithelium in Drosophila. Planar polarization of mitotic SOPs critically depends on the asymmetric distribution of the PAR polarity complex. Nevertheless, PAR proteins are also involved in the maintenance of epithelial apico-basal polarity. When and how this epithelial polarity is remodelled to allow planar polarization of the PAR complex is unknown. During my thesis, I developed a quantitative live-imaging approach to monitor polarization of the PAR proteins. I showed that the three members of the PAR complex (Bazooka (Baz), Par6 and atypical Protein Kinase C (aPKC)) become planar polarized prior to mitosis and identified Planar Cell Polarity (PCP) as the initial symmetry breaking input. Expanded (Ex) and p120/catenin (p120ctn) were identified as SOP-specific regulators of Crumbs and AJ dynamics, respectively, that negatively regulate planar polarization in SOPs. This work led to a model whereby decreasing levels of Ex and p120ctn in SOPs increases free Par6-aPKC and Baz to promote the formation and polarization of the Baz-Par6-aPKC complex. Thus, this study links fate determination to asymmetric cell division and provides a general framework to understand how epithelial cells can divide asymmetrically despite having junctions.

La protéine de liaison aux ARN MEX-3 est un régulateur essentiel du développement embryonnaire chez le nématode Caenorhabditis elegans. Une famille de quatre gènes homologues à hMex-3 (dénommés hMex-3A, 3B, 3C et 3D) a été identifiée chez les mammifères par notre équipe. Afin de mieux comprendre la fonction physiologique in vivo des protéines Mex-3, nous avons invalidé le gène Mex-3B chez la souris. Cette approche expérimentale a révélé que Mex-3B est un acteur majeur de la spermatogenèse. Les souris mâles nullizygotes présentent une obstruction des tubes séminifères conduisant à une réduction importante du nombre des spermatozoïdes produits. L’ablation de Mex-3B ciblée à la cellule de Sertoli, cellule somatique essentielle à la fonction de l’épithélium séminifère, a permis d’établir que le phénotype testiculaire a pour origine une perturbation des propriétés biologiques de cette cellule. En effet, les cellules de Sertoli déficientes pour Mex-3B présentent des défauts de la phagocytose qui conduisent à une élimination défectueuse des corps résiduels au cours de la spemiogenèse. L’exploration des mécanismes moléculaires impliqués a montré que Mex-3B contrôle la phagocytose via la régulation de l’activité et de la localisation membranaire de Rap1GAP, une protéine qui régule négativement la petite protéine G Rap1. En accord avec ces données, l’absence de Mex-3B provoque une déstabilisation de la barrière hémato-testiculaire due à un défaut de localisation à la membrane plasmique des molécules de jonction connexine 43 et N-Cadhérine, protéines dont la translocation et la stabilité dépendent de Rap1. En conclusion, mes travaux de thèse ont permis de mettre en évidence un rôle clé de Mex-3B dans le contrôle spatial de la voie de signalisation Rap1 au cours de la spermatogenèse / The RNA binding-protein MEX-3 is a post-transcriptional regulator involved in early embryogenesis of the nematode Caenorhabditis elegans. We have recently reported the characterization of a novel family of four mammalian genes homologous to hMex-3 (called hMex-3A, 3B, 3C and 3D). To gain insight into the biological functions of these proteins in vivo, we disrupted the Mex-3B gene in mice. Using this experimental approach, we found that Mex-3B is as a major regulator of spermatogenesis. We observed that male Mex-3B null mice hypofertile and present an obstruction of seminiferous epithelium. Phagocytic properties of Sertoli cells were impaired, thus impeding the clearance of residual bodies released during spermiogenesis. Exploration of the underlying molecular mechanisms revealed that Mex-3B regulates phagocytosis through the activation and the transport at the peripheral membrane of Rap1GAP, a protein that downregulates the small G protein Rap1. Consistently, the Rap1-dependent recruitment of the junction proteins, connexin 43 and N-Cadherin at the cell surface was compromised in Mex-3B deficient mice. In conclusion, my work highlights a key role gor Mex-3B in the spatial control of Rap1 signaling during spermatogenesis