The glycosylation patterns of monoclonal antibodies (Mabs) have become very important in determining therapeutic abilities of many drugs. The thesis studied 3 cell lines producing humanized Mabs in the presence of variable concentrations of the reducing agent dithiothreitol (DTT) to artificially lower the CRP and affect glycan patterns. A new high-throughput hydrophilic interaction chromatography (HILIC) method was developed and used to show a decrease in the Galactosylation Index (GI) of NS0 IgG1 by as much as 50% in cultures with CRP values lower than -100 mV. The shift in GI was unique to NS0 cultures; CHO DP-12 indicated no significant change in GI but did have a 7% increase in fucosylated species in cultures with higher [DTT]. Furthermore no DTT related shifts were observed in any of the CHO EG2-hFc glycans. EG2-hFc did however have an exceptionally high GI of 0.625 compared to GIs of 0.245 in DP-12 and 0.314 in NSO. Another component of the trials determined, using S35 radiolabeling, that the assembly pathway of IgG1 progressed via HC→HC2→HC2LC→HC2LC2 and that the ratio of heavy chain dimer to heavy chain monomer increased greatly over time for cultures with higher DTT concentrations. The increase in heavy chain dimers and lower GI appear to be correlated, possibly due to disruption of the disulfide bonds between LC and HC within the Golgi. This disruption in disulfide bonds affecting galactosyltransferase (GalT) activity is supported by the findings that the partially reduced fragments of IgG1; HC and HC2, are less galactosylated than the HC2LC and whole IgG1 when treated with GalT. When native and agalactosylated EG2-hFc and IgG1 were treated with GalT in vitro, EG2-hFc exhibited an almost 10 fold higher activity level. The cause for the higher activity may be due to overall size difference or point mutations in the Fc region of EG2-hFc. Through the manipulation of CRP, glycan patterns can be influenced however the effect is not universal and must be determined on a per cell line basis. Furthermore, EG2-hFc’s higher GI value may translate into better in vivo activity as a therapeutic and determination of reasons for the high GI may lead to better means for future glycoengineering. / February 2015

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L'arsenic est un metalloïde toxique et cancérigène. Ubiquiste dans la pedosphere, il est très sensibleaux fluctuations des conditions redox du sol, ce qui influe significativement sa toxicité et mobilité. Nousétudions le cycle biogéochimique global de l'arsenic, en tenant compte de l'usage croissant des ressources, etpassons en revue l'importance respective de l’arsenic geogénique et anthropogénique dans l’environnement.La contamination à l’arsenic est souvent diffuse dans les bassins sédimentaires de l'Europe. Cependant, desconcentrations dans l'eau interstitielle du sol peuvent être élevées lors de périodes de saturation du solcausées par la monté des eaux souterraines ou les inondations, prévues d'augmenter dû aux changementsclimatiques. La spectrométrie de fluorescence X quantitative et sans standard a été utilisée pour analyserl'arsenic dans des sols relativement contaminés de la plaine alluviale de la Saône au moyen de protocoles depréparation d'échantillons conçus pour optimiser la précision d'analyse et l'exactitude in situ aux bassesconcentrations d'arsenic. L'arsenic dans ces sols est associe aux (hydr)oxydes du fer et de manganèse de lataille d'argile colloïdale. Ceux-ci subissent une dissolution réductrice par les microorganismes lors desinondations, libérant une importante concentration d'arsenic dans la phase aqueuse. Si, par la suite, l'arsenicdégagé n'est pas éliminé avec l'eau de crue évacuée, il est ré-immobilisé pendant l'oxydation du sol et lareprécipitation des oxydes métalliques. Grâce à une combinaison novatrice d'analyses chimiques par voiehumide, d’écologie microbienne, de spectroscopie ainsi que de modélisation thermodynamique et cinétique,nous démontrons que les cycles d'oxydo-réduction séquentiels entraînent une atténuation d'arsenic aqueuxdans des conditions réductrices dû à la coprécipitation croissante, et a une diminution de l'activitémicrobienne causée par l’appauvrissement en matière organique labile. Des processus d'atténuationsimilaires sont observés en l'absence d'activité microbienne pour Cr et As dans des argiles pyriteuses lorsquecelles-ci sont exposés aux oscillations redox provoquées par l'ajout de substances humiques réduites. Ainsi,nous montrons que les effets cumulatifs de cycles redox successifs sont extrêmement importants pour lamobilité de divers contaminants dans l'environnement. / Arsenic is a toxic and carcinogenic metalloid, ubiquitous in the pedosphere and highly sensitive tofluctuations in soil redox conditions which dramatically influence both its toxicity and mobility. We reviewthe global biogeochemical cycle of arsenic in light of increasing resource usage and re-evaluate theimportance of anthropogenic and geogenic arsenic inputs to the exogenic cycle. Arsenic contamination isoften diffuse in European sedimentary basins. Despite this, concentrations in soil pore-water may be highduring periods of soil saturation caused by rising groundwater or surface flooding which is predicted toincrease due to climatic change. Standardless quantitative X-ray fluorescence spectrometry is used toanalyse for arsenic in moderately contaminated soils on the alluvial plain of the Saône River with samplepreparation protocols designed to optimize analytical precision and accuracy in-situ at trace arsenicconcentrations. Arsenic in these soils is shown to be associated with colloidal and clay sized iron andmanganese (hydr)oxides which undergo microbially mediated reductive dissolution during flooding, releasingsubstantial arsenic to the aqueous phase. If released arsenic is not subsequently removed with recedingflood water it is re-immobilized during soil oxidation and re-precipitation of metal oxides. We demonstratethrough a novel combination of wet chemistry, microbial ecology, spectroscopy and thermodynamic andkinetic modelling that sequential reduction-oxidation cycles result in aqueous arsenic attenuation duringreducing conditions due to increased co-precipitation and decreases in microbial activity due to depletion oflabile organic matter. Similar attenuation processes are observed in the absence of microbial activity for Crand As in pyrite-bearing clays when subjected to redox oscillations induced by addition of reduced humicsubstances. We demonstrate that the cumulative effects of successive redox cycling are therefore of greatimportance to contaminant mobility in a variety of environments. / El arsénico es un metaloide tóxico y cancerígeno, ubicuo en la pedosfera y altamente sensible a lasfluctuaciones de las condiciones redox del suelo, las cuales controlan tanto su toxicidad como su movilidad.La presente tesis doctoral tiene como objeto de estudio el ciclo biogeoquímico global del arsénico y examinala importancia de los aportes del arsénico antropogénicos y geogénicos al ciclo exógeno tomando en cuentael uso creciente de recursos.La contaminación con arsénico es generalmente difusa en las cuencas sedimentarias europeas. No obstante,las concentraciones en las aguas intersticiales del suelo pueden ser elevadas durante los periodos desaturación causados por el aumento de aguas subterráneas o inundaciones, cuyo incremento se prevédebido a los cambios climáticos. La espectrometría de fluorescencia de Rayos-X cuantitativa y sin estándar esutilizada para analizar el arsénico en suelos relativamente contaminados en la llanura aluvial del río Saône,mediante protocolos de preparación de muestras diseñados para mejorar la precisión analítica y la exactitudin-situ a bajas concentraciones de arsénico. La presencia de arsénico en estos suelos demuestra estarasociada a los (hidr)óxidos de hierro y de manganeso de tamaño de arcilla coloidal, los cuales experimentanuna disolución reductora por acción microbiana durante las inundaciones, liberando así una importanteconcentración de arsénico en la fase acuosa. Si, posteriormente, el arsénico despedido no se elimina con elagua saliente, éste se vuelve a inmovilizar durante la oxidación del suelo y la re-precipitación de óxidosmetálicos. Gracias a una combinación innovadora de análisis químicos por vía húmeda, ecología microbiana,espectroscopia, así como modelado termodinámico y cinético, demostramos que los ciclos de oxidoreducciónsecuenciales provocan una atenuación de arsénico acuoso durante condiciones de reduccióndebido al aumento de coprecipitacion y disminución de la actividad microbiana causada por el agotamientode materia orgánica lábil. Se observan procesos de atenuación similares en caso de ausencia de actividadmicrobiana para Cr y As en arcillas piritas cuando son sometidos a oscilaciones de redox inducidas mediantela adición de sustancias húmicas reducidas. Es así como demostramos que los efectos acumulativos de ciclossucesivos de redox son muy importantes para la movilidad contaminante en una variedad de ambientes.