La fumée de cigarette est reconnue pour être un important polluant des espaces confinés. La matière particulaire qui lui est associée présente un intérêt toxicologique important, tant dans le cadre du tabagisme actif que passif, de par sa forte propension à être retenue dans les voies respiratoires. De plus, les molécules qui les constituent ou qui sont adsorbées à leur surface peuvent être, après leur rétention, transférées à l'organisme sur des périodes de temps importantes ce qui conduit à une exposition prolongée à ces molécules, certaines étant reconnues toxiques. Cependant, les méthodes d'analyses classiques ne permettent qu'une description partielle et ciblée. C'est dans ce contexte qu'a été entrepris ce travail de thèse sur l'étude détaillée de la composition des particules impliquées dans le tabagisme actif et passif. Dans un premier temps, une méthode de quantification par chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse en tandem (GC-MS/MS) a été mise en place dans le but de valider le dispositif de fumage et de prélèvement. Ainsi, la reproductibilité des échantillons de fumées de cigarette soumis à l'étude a pu être assurée. En considérant l'évolution de traceurs comme la nicotine ou certains HAPs, un plan d'expérience a permis d'évaluer l'influence sur la nature des prélèvements, de différentes caractéristiques associées aux bouffées (durée, débit d'aspiration) et à la cigarette (taux d'humidité, perméabilité du filtre). Dans un second temps, les particules de fumées inspirées (MSS), expirées (EXS) et de fumées émises entre deux bouffées (SSS) ont été analysées par spectrométrie de masse à résonance cyclotronique des ions et à transformée de Fourier couplée à l'ionisation/désorption laser (LDI-FTICRMS) ou électrospray (ESI-FTICRMS). La comparaison MSS/EXS met en évidence une rétention préférentielle dans l'organisme des composés à forte polarité. Les SSS quant à elles révèlent des composés plus aromatiques et moins oxygénés que les MSS. Ce résultat a été associé à une différence de température et à une différence d'apport d'oxygène au niveau du foyer de combustion pendant et entre les bouffées. Ces paramètres influencent en effet la nature du phénomène majoritaire qui s'y produit (phases de pyrolyse et/ou de combustion). Un autre paramètre qui permet d'expliquer les différences observées est l'absence d'interactions des SSS après leur émission. Au contraire, les MSS, qui traversent le tabac encore non-consumé et le filtre de la cigarette, sont en mesure d'entrainer les molécules volatiles qu'ils contiennent telle que la nicotine par exemple. Ces résultats ont été, pour bon nombre, confirmés et complétés par des études réalisées en résonance magnétique nucléaire (RMN). L'ensemble des résultats obtenus dans l'étude des MSS, SSS et EXS montre que, pour une part importante, fumeur passif et fumeur actif sont exposés à des classes de molécules différentes qui seraient en mesure de conduire à des pathologies spécifiques / Cigarette smoke is one of the more significant indoor contaminant. Cigarette smoke is associated with gas phase and particulate matter phase components. The cigarette smoke particles are of major concern from a toxicological viewpoint, for both active and passive smoking. Indeed a large part of them is retained by the different levels of human respiratory system. As a consequence, the molecules adsorbed on their surface or the molecules, which compose the particle itself, can be slowly released in the organism. In this context, particles involved in active and passive smoking were analyzed and compared. In a first step, a quantification method by gas chromatography-tandem mass spectrometry (GC-MS/MS) for some tracers has been developed and validated to allow the validation of both the smoking and the sampling procedures to be achieved. This is important to be sure that for a given cigarette smoke types, the different samples obtained from different collection procedure are statistically identical. This also allowed the influence of some smoking variables (type and humidity of the cigarette, puff duration, and flow rate of the puff) on the composition of the particles to be evaluated. In a second step, mainstream cigarette smoke (MSS), sidestream cigarette smoke (SSS) and exhaled cigarette smoke (EXS) particles were analyzed by ion cyclotron resonance mass spectrometry coupled with laser desorption/ionisation (LDI-FTICRMS) or electrospray ion (ESI-FTICRMS). The comparison of MSS and EXS revealed the selective retention of the more polar molecules in the organism. In contrast to what it is obtained for MSS, it was found that the compounds detected in the analysis of SSS particles are highly unsaturated and content low amounts of oxygen and nitrogen atoms. This has to be linked to a lower dioxygen amounts and to a lower temperature between two puffs in the burning zone. Consequently, pyrolytic and combustion phenomena are the main process which induce the formation of SSS and MSS, respectively. Moreover, MSS cross unburned tobacco before to be collected and can induce distillation of some volatile compounds (e.g. nicotine) which are thought to be more saturated and more oxygenated that the compounds generated in the burning zone. These results were confirmed and completed by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy analysis. The results of the MSS, SSS and EXS particle analysis highlight the differences of chemical composition of these different cigarette smokes which is associated to active smoking for the first one and passive smoking for the latter ones. Consequently, differences of toxicological effect can be expected for each kinds of smoking behavior

Les erreurs innées du métabolisme sont des maladies héréditaires pouvant affecter, entre autres, la synthèse et le transport des neurotransmetteurs. Le diagnostic de ces pathologies repose essentiellement sur l’analyse par chromatographie d’un fluide biologique [plasma, urine, liquide céphalorachidien (LCR)]. L’objectif de cette thèse était de développer des méthodes simples et rapides pour le diagnostique des troubles de la neurotransmission. Dans un premier temps, nous avons développé et validé le dosage simultané, en moins de 10 minutes, des métabolites de la dopamine, de la sérotonine et de la tétrahydrobioptérine (BH4) par chromatographie liquide ultra-haute pression (UHPLC) couplée à une détection séquentielle électrochimique et fluorimétrique. Cette méthode a été appliquée à l’analyse de 1372 échantillons de LCR, permettant ainsi d’établir les valeurs fréquentes de la population française. Afin de transposer la méthode précédente en UHPLC couplée à la spectrométrie de masse (MS), nous avons étudié les mécanismes d’auto- et d’électro- oxydation de la BH4, par mobilité ionique différentielle couplée à la MS haute résolution (résonance cyclonique ionique FTICR) et à la photodissociation Infra-rouge. Ce travail nous a permis d’isoler et de caractériser pour la première fois la qBH2, intermédiaire réactionnel fugace de la BH4, impliqué dans le mécanisme d’action de cette dernière. La méthode UHPLC-MS/MS développée, permet en outre le dosage simultané du 5-Méthyl-tétrahydrofolate. / Inborn errors of metabolism are inherited diseases that can alter the synthesis and transport of neurotransmitters. The diagnosis of these conditions is currently based on the chromatographic analysis of a biological fluid [plasma, urine, cerebrospinal fluid (CSF)]. The aim of this thesis was to develop simple and rapid methods for the diagnosis of neurotransmitter disorders. Firstly, we developed and validated the simultaneous determination of dopamine, serotonin, and tetrahydrobiopterin (BH4) metabolites by ultrahigh pressure liquid chromatography (UHPLC) coupled to sequential electrochemical and fluorimetric detection. This method was applied to the analysis of 1372 CSF samples, thus establishing the frequent ranges of the French population. In order to transpose the previous method into UHPLC coupled to mass spectrometry (MS), we studied the mechanisms of auto- and electro- oxidation of BH4, by Differential Ion Mobility coupled to high resolution MS (FTICR) in conjunction with Infra-Red photo-dissociation. This work allowed us to isolate and characterize qBH2, the transient reaction intermediate of BH4, involved in the mechanism of action of the latter. The proposed UHPLC-MS/MS method also allows the simultaneous determination of 5-methyltetrahydrofolate.

L’étude de l’interaction entre des protéines et leurs ligands est essentielle pour la compréhension de leur rôle physiologique ainsi que de leur rôle dans la mise en place de pathologies. En particulier, dans le cas de maladies neurodégénératives, comme les maladies d’Alzheimer ou de Creutzfeld-Jacob, ou d’autres pathologies liées au mépliement de protéines, la compréhension des interactions entre protéines, qui peuvent modifier de façon considérable le paysage conformationnel des partenaires, est une des clés pour décrypter les étapes moléculaires élémentaires induisant une cascade d’événements qui mènent à la formation d’assemblages protéiques de grande taille. Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié la dynamique de taille de trois types d’assemblages protéines/ peptides.Interactions faibles impliquées dans la structuration d’assemblages de PrPSc et dans l’équilibre entre les formes PrPSc et suPrP : Dans un premier temps, l’étude des étapes précoces de la réplication du prion nous a permis de mettre en évidence une voie de diversification structurale qui implique une voie de templating secondaire. En utilisant une méthode de solubilisation en conditions natives et une approche reposant sur une série de souches différentes, nous avons démontré que, pour toutes les souches testées, les assemblages de prion ont la propriété de se dépolymériser en deux ensembles discrets d’assemblages oligomériques, dont la taille varie entre des dimères et tétramères. Des approches d’amplification de prion in vitro et in vivo ont démontré que ces assemblages oligomériques comportent toute l’information nécessaire à la réplication ainsi que les déterminants structuraux de la souche. Le motif de glycosylation, la cartographie par épitopes ainsi que l’empreinte PK ont mis en évidence des différences structurales entre les espèces oligomériques, soulignant la coexistence d’ensembles d’assemblages structuralement distincts au sein d’une souche donnée. Des expériences de dépliement partiel ont montré la présence d’une dynamique constitutionnelle entre les assemblages reposant sur un échange de matière et un réarrangement structurel à l’échelle de l’unité élémentaire (suPrP) ainsi qu’une diversité structurale au sein des assemblages de prion.Partenaires et oxydation de la PrPc: Bien que des travaux préalables aient mis en évidence l’existence d’interactions entre PrP et Aβ, Aβ1-40 ne forme que des complexes très instables avec la PrP monomérique. La spectrométrie de masse n’a pas permis de mettre en évidence cette interaction, même après optimisation des paramètres en conditions natives ou via des mesures indirectes reposant sur des échanges hydrogène - deutérium d’amide. L’oxydation radioloytique de la PrPC a été étudiée par SEC couplée à la mobilité ionique et la spectrométrie de masse, montrant la formation d’assemblages de haut poids moléculaires associée à des changements de structure.Fortes interactions peptide/peptide : Le système Synapt G2Si (Waters), qui combine de la mobilité ionique avec de la spectrométrie de masse, a été utilisé pour l’analyse d’une série de peptides issus de la capside externe du birnavirus de l’IBDV. Ces peptides peuvent former des complexes avec des énergies de liaison intermoléculaires proches de l’énergie de la liaison peptidique. En plus de la mise en évidence des changements structuraux au sein de ces complexes liés à l’introduction de mutations dans la séquence peptidique, des déviations par rapport aux attentes expérimentales ont été observées au cours de ce travail lors de mesures en conditions de mobilité ionique. Ces écarts ont pu être reliés à la conception de la cellule Tri-Wave de l’instrument, qui conduit à un mélange des différents gaz tampon qui ne peut être évité. De ce fait, les biais introduits par ce mélange influencent les paramètres de modélisation et la comparaison entre instruments pour tous les utilisateurs de ce modèle d’instrument. / Interactions between proteins and their ligands play a crucial in the understanding of their physiological function as well as their role in disease mechanisms. Especially in all forms of neurodegenerative diseases like Alzheimer, Creutzfeld-Jacob disease and others pathologies due to protein misfolding, the understanding of protein interaction, which can cause a dramatic change in the conformational landscape of the binding partners, is key in the deciphering of elementary molecular steps leading to cascade of events finally resulting in the formation of large protein assemblies. In the scope of this thesis we studied the size dynamic of three types of protein/peptides assemblies.Weak interactions involved in the structuration of PrPSc assemblies and in the detailed balanced between PrPSc and suPrP: The earliest steps in prion protein conversion were studied using both in vitro bona fide prion amplification method. We showed that the early step of the replication leads to a deterministic diversification process involving a secondary templating pathway. Furthermore, by using a native solubilization method and through a multi-strain approach. We demonstrated a generic property of prion assemblies to depolymerize into two discreet sets of oligomeric assemblies with a size ranging between dimers and tetramers for all tested strains. Both in vitro and in vivo prion amplification approaches showed that the oligomeric assemblies harbour all the replicative information as well as the strain structural determinant. Glycopattern, epitope-mapping and PK fingerprint revealed structural differences between the oligomeric species highlighting the coexistence of structurally distinct set of assemblies within a given strain. Partial unfolding experiments demonstrated the existence of a constitutional dynamic between the assemblies based on material exchange and structural rearrangement at the level of the elementary subunits (suPrP).PrPc partners and oxidative modifications: Although previous work had shown the existence of interactions between PrP and Aβ, monomeric Aβ1-40 forms only very weak complexes with monomeric PrP and mass spectrometry, even after optimization of the native instrument settings or by indirect measurements based on amide hydrogen deuterium exchange was not able to detect this interaction. Oxidation of PrPc was also suggested as a pathway towards pathology: the appearance and structural changes induced by gamma-radiolysis of water on PrPc were studied by mass spectrometry and ion mobility.Strong peptide/peptide interactions: The Waters Synapt G2Si instrumental set-up which couples ion mobility with mass spectrometry was used for the analysis of a collection of peptides derived from the shell of the IBDV binavirus. These peptides can form complexes with binding energies close or similar to the binding energy of the peptide bond. In addition to a better description of the changes in structure of these complexes varying with the mutations introduced in peptide sequence, we observed deviation from expected instrument characteristics when performing ion mobility measurements. Due to the design of the Tri-wave module in the Waters Synapt G2Si mass spectrometer, a mixture of the different buffer gases intrinsically cannot be avoided. Consequently, these biased measurements influence the outcome of modelling approaches and the inter-instrument comparison for all users of this instrument type.

La propolis est un produit de la ruche à base de résine de plantes et d’arbres mélangée à de la cire d’abeille. Elle est utilisée pour polir les murs de la ruche et la protéger contre les intrus provenant de l’extérieur. Elle contient un grand nombre de composés incluant les métabolites des plantes, alors elle est un ingrédient des médicaments naturels, des additifs alimentaires et des produits cosmétiques en raison de sa richesse en polyphénols qui lui confèrent ses propriétés anti-oxydantes, anti-inflammatoires et antibiotiques. La composition de la propolis est cependant complexe et très variable en raison de la région de provenance qui est étroitement liée aux résines utilisées par les abeilles. De plus, la présence de contaminants dans l’environnement, comme les pesticides et les éléments traces d’origine anthropique, incluant des métaux lourds, donne un risque d’exposition à ces substances en consommant la propolis ou les extraits de propolis. Plusieurs échantillons de propolis brute ainsi que des teintures commerciales et artisanales provenant du Canada, de la Roumanie et du Brésil ont été analysés. L’extraction des polyphénols totaux des échantillons bruts a été faite 3 fois dans l’éthanol (EtOH) 70 % (v/v) à 70 ̊C, et les teintures ont quant à elles été diluées dans l’EtOH 70 %. Les polyphénols totaux ont ensuite été analysés par spectroscopie moléculaire UV-Vis en utilisant la méthode de Folin- Ciocalteu. Des analyses chromatographiques préliminaires par la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse (LC-MS) ont permis de comparer des polyphénols et des pesticides dans deux sources de propolis du Québec, avec une grande similarité entre les deux extraits. Des échantillons bruts ainsi que des extraits éthanoliques et des teintures ont été analysés suite à l’ionisation par plasma à couplage inductif (ICP-MS) et la spectroscopie de fluorescence atomique à vapeur froide (CVAFS) pour déterminer des concentrations de certains éléments traces présents à l’état de trace incluant l’As, le Cd, le Pb et le Hg total. / Propolis is a honeybee product made of plant and tree resins mixed with beeswax. It is used to build and repair the walls of the hive and to protect it from outside invaders. It contains a large number of compounds including plant metabolites, and is thus used in natural medications, cosmetic products and as food additives due to its richness in polyphenols, which confer its antioxidant, anti-inflammatory and antibiotic properties. However, the composition of propolis is complex and highly variable because of the geographical location of the resins used by the bees. Furthermore, the presence of contaminants in the environment, such as pesticides and trace elements of anthropogenic origin, brings a risk of exposure to these substances when consuming the propolis. Various raw propolis samples as well as commercial and homemade tinctures from Canada, Romania and Brazil were analysed. The raw samples were extracted 3 times in 70 % EtOH (v/v) at 70 ̊C, whereas the tinctures were diluted in 70 % EtOH. The total polyphenol content was determined by UV-Vis spectroscopy using the Folin-Ciocalteu method. Preliminary chromatography analyses by LC-MS on two propolis samples from Québec showed that the detected polyphenols and pesticides in their extracts were very similar, with only a few compounds found exclusively in either one or the other sample. Several raw propolis samples, their extracts and some tinctures were analyzed by ICP-MS and CVAFS to determine trace concentrations of heavy metals including As, Cd, Pb and total Hg.

Human coronavirus OC43 (HCoV-OC43) is a beta-coronavirus from the coronaviridae family. In contrast to SARS-CoV-2, HCoV-OC43 causes upper respiratory tract disease. However, because of their close phylogenic proximity but distinct pathologies, HCoV-OC43 is a very interesting surrogate to study and compare beta coronaviruses. As all viruses, the latter hijack cell machinery proteins to complete their life cycle. Cellular proteins, particularly those incorporated into virions are of particular interest since they often play a vital role in the virus life cycle. Our goal is to employ the proteomic pipeline we developed for HSV-1 to characterize the host proteins associated with highly purified extracellular HCoV-OC43 particles and finally expand it to SARS-CoV-2. To this end, high purity in sufficient yields is crucial as mass spectrometers pick up contaminants. The proteins present in cell culture medium serum, as well as the proteins carried by the exosomes produced by the cells or by the exosomes present in the cell culture media serum, are of particular concern. We utilized a series of methods to eliminate cell culture serum protein contaminations, enrich the viral particles, and separate exosomes from viral particles. For example, we have obtained an efficient separation of concentrated HCoV-OC43 virions from exosomes using density gradient fractionation. Mass spectrometry results on the purified fractions validated the enrichment of viral particles in the virus fraction and the lack of viral proteins in the mock samples. Most interestingly, we detected 69 host proteins unique to the virus fraction (compared to the mock), mostly regulating the RNA metabolism pathway followed by metabolite interconversion, protein modifying enzymes, and protein-binding activity modulator pathways. Since we also purified extracellular exosomes in the process, we probed whether the virus alters their protein content. Mass spectrometry revealed 51 unique proteins exclusively found in exosomes produced by HCoV-OC43 infected cells. These included translational proteins, metabolite interconversion enzymes, and scaffold proteins. Our preliminary RNA interference studies showed that knocking down 14 of these host proteins altered HCoV-OC43 titers. Studying host-virus protein interactions allows us to gain a deeper understanding of how viruses take advantage of host cells, and how we can develop novel viral therapeutics. / Le coronavirus humain OC43 (HCoV-OC43) est un bêta-coronavirus de la famille des coronaviridae. Contrairement au SRAS-CoV2, le HCoV-OC43 provoque une maladie des voies respiratoires supérieures. Cependant, en raison de leur proximité phylogénique étroite mais leur pathologie distincte, HCoV-OC43 est un substitut fort intéressant pour étudier et comparer les bêta-coronavirus. Comme tous les virus, ces derniers détournent les protéines de la machinerie cellulaire pour compléter leur cycle de vie. Les protéines cellulaires, en particulier celles incorporées dans les virions, sont particulièrement intéressantes puisqu'elles jouent souvent un rôle vital dans le cycle de vie du virus. Notre objectif est d'utiliser le pipeline protéomique que nous avons développé pour le HSV-1 afin de caractériser les protéines hôtes associées à des particules virales extracellulaires de HCoV-OC43 hautement purifiées et d'étendre cette approche au SRAS-CoV2. À cette fin, une pureté élevée avec des rendements suffisants est cruciale car les spectromètres de masse détectent les contaminants. Les protéines présentes dans le sérum du milieu de culture cellulaire, ainsi que les protéines portées par les exosomes produits par les cellules ou par les exosomes présentes dans le sérum du milieu de culture cellulaire, sont particulièrement concernées. Nous avons utilisé une série de méthodes pour éliminer les contaminations par les protéines sériques des cultures cellulaires, enrichir les particules virales et séparer les exosomes des virus. Nous avons ainsi obtenu une excellente séparation des virions HCoV-OC43 concentrés des exosomes en utilisant le fractionnement par gradient de densité. Les résultats de spectrométrie de masse sur les fractions purifiées ont validé l'enrichissement en particules virales dans la fraction virale et l'absence de protéines virales dans les échantillons contrôles. Plus intéressant encore, nous avons détecté 69 protéines hôtes uniques à la fraction virale (par rapport aux cellules non-infectées). Ces protéines sont principalement associées à la voie du métabolisme de l'ARN suivie de l'interconversion des métabolites, des enzymes modifiant les protéines et des voies modulatrices de l'activité de liaison aux protéines. Puisque nous avons séparés les exosomes des virus, nous en avons profiter pour évaluer si le virus altère leur contenu protéines. La spectrométrie de masse a de facto identifié 51 protéines uniques aux exosomes produits par les cellules infectées par HCoV-OC43. Celles-ci régulent des voies des protéines traductionnelles, des enzymes d'interconversion des métabolites et des voies des protéines d'échafaudage. Nos études préliminaires sur l’interférence ARN ont montré que l’inactivation de 14 de ces protéines hôtes modifiait le titre de HCoV-OC43. L'étude des interactions hôte-protéine virale nous permet de mieux comprendre comment les virus tirent parti des cellules hôtes et comment nous pouvons développer de nouvelles thérapies virales.

SITELLE est le nouveau spectromètre imageur à transformée de Fourier qui doit être installé au Télescope Canada-France-Hawaii. Le développement de son modèle de performance a permis d’évaluer les paramètres instrumentaux qui sont critiques par rapport aux exigences scientifiques. D’une part, une configuration hors-axe à miroirs plans a été sélectionnée pour répondre plus facilement à l’exigence de haute efficacité dans le proche ultraviolet. D’autre part, les critères d’asservissement ont été définis afin de concevoir un instrument limité par le bruit de photons pour une scène pertinente donnée. Ces performances doivent être maintenues pendant une acquisition totale de 4h sous des vibrations opérationnelles et toute vibration extérieure comme des bourrasques de vent sur le télescope. Enfin, le modèle de performance de SITELLE est au cœur du simulateur de rapport signal sur bruit qui permettra aux astrophysiciens d’évaluer les bénéfices potentiels de l’utilisation de ce spectromètre imageur pour leurs sujets d’études. / SITELLE is a new imaging Fourier transform spectrometer to be installed at the Canada-France- Hawaii Telescope. The development of its dedicated performance model drives the design of the instrument and the flow down of the science cases requirements into system requirements. First, the selected configuration with off-axis flat mirrors makes the achievement of a high efficiency in the near ultra violet easier. Secondly, servomechanism’s desirable performances were defined in order to design a photon noise limited instrument, based on a relevant scene. These performances should be maintained during a 4 hours data-cube acquisition, under operational vibrations and external effects such as wind gust hitting the telescope. Ultimately, this instrument performance model is the core of the signal to noise ratio simulator that will help observers to evaluate the potential benefits of SITELLE for their target.

TRIUMF utilise la méthode de séparation isotopique en ligne (ISAC) pour produire des faiceaux exotiques, c'est-à-dire des faisceaux d'ion hors de la vallée de stabilité. Le besoin d'accéder à des régions de plus en plus exotiques est une source de nouveaux défis pour la production de faisceaux. L'un d'entre eux concerne l'élimination des contaminations iso-bariques polluant le faisceau d'intérêt. Pour résoudre ce problème, un nouveau type de source d'ions tirant parti d'un quadriple radio-fréquence (RFQ) et de l'ionisation résonante par laser (LIS) a été développé. La gamme de fréquence du RFQ (500 kHz - 3 MHz) et l'amplitude du signal (10 - 200 V cc) permettent la production de tout isotope pouvant être ionisé par laser à ISAC. Les tests variés menés avec la nouvelle source RFQ - LIS ont permis de démontrer que presque 100 % des contaminants, ionisés par contact avec une surface chaude, pouvaient être repoussés, ne laissant qu'un faisceau d'ions purs ionisés par laser. Afin de développer un prototype fonctionnel, des simulations de trajectoires d'ions dans un RFQ opérant avec une onde carrée ont été effectuées. De plus, l'étude de la dynamique dans l'espace de phase et des équations du mouvement par méthode matricielle ont permis de simuler l'acceptance et la limite de charge d'espace du RFQ. Cette dernière a été établie à 90.5 nA pour une fréquence d'opération de 1 MHz et avec un paramtre quadriplaire qu de 0,59. Cette condition certifie le bon fonctionnement du RFQ puisque les intensités de faisceaux mesurées étaient généralement de quelques dizaines de nA. Afin d'accueillir la source nouvellement développée et de permettre le développement d'autres sources, un système expérimental a été construit. Il permet d'opérer à des énergies de faisceaux pouvant atteindre 35 keV. La chambre expérimentale est munie d'un déflecteur sphérique électrostatique (90°) ainsi que d'un spectromètre de masse pour permettre de caractériser la composition en masse des faisceaux d'ions produits. L'acquisition quasi simultanée de masses jusqu'à 300 amu ainsi que le système de détection double permettant des mesures d'intensités allant d'un seul ion à plusieurs nA, rendent le système pratique en comparaison des systèmes courants basés sur des aimants. Enfin, le nouveau système expérimental permet d'effectuer une grande variété de mesures. Ceci inclut les mesures d'efficacités de sources d'ions, la caractérisation des largeurs d'impulsions d'ions produits par laser ainsi que le développement de nouveaux schémas d'ionisation laser.

Le sujet de ce mémoire porte sur une nouvelle technologie, permettant d'améliorer l'utilisation d'un spectromètre de masse dans le domaine de l'analyse instrumentale de petites molécules (100 à 1200 uma), tant sur le point de vue de la rapidité d'analyse, que sur les coûts d'opérations et de maintenance. Dans un marché de plusieurs milliards de dollars, incluant entre autre l'industrie pharmaceutique, toxicologique ou environnementale, cela peut se traduire par des gains énormes. Cet instrument, la source d'ionisation LDTD (Laser Diode Thermal Desorption), a été développé entièrement par une entreprise québécoise et sera l'objet central de la présente étude en étant mis à l'essai afin de détecter et quantifier la présence dans le miel d'un résidu d'antibiotique dangereux pour l'être humain, le chloramphenicol (CAP). Lors du développement de cette méthode, une découverte particulière et fortuite a permis une amélioration de l'efficacité d'utilisation de l'appareil pour certaines applications en utilisant des acides gras comme agents exaltants. On démontrera donc l'efficacité de la source LDTD afin de détecter des niveaux de CAP aussi bas que dans les méthodes jusqu'à présent publiées, mais dans un temps d'analyse près de 100 fois plus rapide.

Titre de l'écran-titre (visionné le 5 juin 2023) / Au cours des dernières décennies, la prévalence des maladies neurodégénératives, dont la sclérose latérale amyotrophique (SLA), a augmenté au point d'être considérées comme des maladies épidémiques ayant un énorme impact socio-économique. La SLA est une maladie mortelle des motoneurones caractérisée par la dégénérescence des motoneurones supérieurs et inférieurs. Après des années de recherche, les mécanismes pathologiques demeurent peu clairs. À ce jour, il n'existe aucun traitement efficace pour prévenir, guérir ou arrêter la progression de la maladie. La neuroinflammation et l'activation chronique des cellules microgliales sont l'une des principales caractéristiques de la pathologie de la SLA. Alors que le profil moléculaire de la microglie associée à la maladie (DAM) a été bien caractérisé au niveau de l'ARN, le profil protéomique de la maladie n'est pas bien élucidé. Dans le chapitre 2 de cette thèse, nous avons réalisé une caractérisation fonctionnelle ainsi que des analyses du protéome des DAMs aux différents stades de la maladie dans le modèle SOD1[exposant G93A]. Les analyses fonctionnelles des DAMs dérivées de la moelle épinière lombaire de souris SLA symptomatiques ont révélé: i) un indice mitotique remarquablement élevé; ii) une diminution significative de la capacité phagocytaire par rapport aux microglies de type sauvage; et iii) une réponse attétuée aux stimulateurs de l'immunité innée in vitro et in vivo. L'analyse du protéome a révélé le développement de deux signatures moléculaires distinctes aux stades précoce et avancé de la maladie. Malgré qu'aux stades précoces de la maladie, nous avons identifié plusieurs protéines impliquées dans les fonctions immunitaires de la microglie telles que GPNMB et HMBOX1, aux stades avancés de la maladie, la signature protéique des cellules DAM a été caractérisée par une forte régulation à la hausse de plusieurs protéines non conventionnelles, notamment Rootletin, les protéines des voûtes majeures (MVP) et STK38. L'expression de la GPNMB et de la Rootletin a également été validée dans les tissus humains de la maladie. Il est important de noter que les principales fonctions biologiques associées aux cellules DAM, en particulier celles des stades avancés, n'étaient pas liées à l'immunité/réponse immunitaire, mais plutôt au métabolisme de l'ARN. L'ensemble de nos résultats suggère qu'au fil du temps, les microglies activées de façon chronique dans la SLA développent des signatures protéiques non conventionnelles et perdent progressivement leur identité immunitaire pour finalement se transformer en cellules immunitaires inefficaces. De plus en plus de preuves mettent en évidence le rôle critique du système immunitaire périphérique (SIP) dans la régulation de la pathogenèse de la SLA. Par conséquent, dans le chapitre 3 de cette thèse, nous avons évalué le rôle du SIP dans la régulation de la pathogenèse de la SLA. L'étude du rôle du SIP peut améliorer les stratégies thérapeutiques et la découverte de biomarqueurs. En utilisant un modèle in-vivo appelé «EDTA-TRAP» pour l'analyse de l'état traductionel dynamique des ribosomes au niveau des monocytes/macrophages. Avec des ARNm à l'entrée des ribosomes et des peptides nouvellement synthétisés à la sortie, nous avons observé un arrêt de la traduction et une dissociation marquée des profils d'ARNm et de protéines des monocytes/macrophages. Les ARNm fortement régulés sont impliqués dans les réponses immunitaires innées et enrichis en termes d'infections virales et bactériennes, alors que les peptides régulés n'étaient impliqués que dans les fonctions du cytosquelette. Nous avons détecté une augmentation des niveaux de pSRSF3 dans les PBMCs et le plasma des souris SOD1[exposant G93A]. De plus pSRSF3 montre une localisation cellulaire cytoplasmique. Dans ce contexte, nous avons pointé la protéine de liaison à l'ARN SRSF3 en tant que régulateur principal de la traduction. L'administration intrapéritonéale hebdomadaire des oligos antisens de type Morpholino anti-SRSF3 initiée à un stade avancé de la maladie chez les souris transgéniques SOD1[exposant G93A] a ralenti la progression de la maladie, diminué la perte de poids corporel et prolongé la survie des souris SLA. De façon remarquable, le blocage de SRSF3 dans les monocytes humains en culture a restauré leurs propriétés phagocytaires. Dans l'ensemble, nos résultats présentent de nouvelles cibles possibles pour immunomoduler et reprogrammer la machine inflammatoire plutôt que de la supprimer. De plus, nous avons proposé le SRSF3 comme nouveau biomarqueur potentiel, qui pourrait être utilisé pour la stratification de la maladie SLA. / In the last decades neurodegenerative diseases, including Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS), have increased their prevalence until the point of being considered as epidemic diseases with enormous socio-economic impact. ALS is a fatal motoneuron disease characterized by the degeneration of upper and inner motoneurons. After years of research, the pathological mechanisms remain poorly understood. To date, there are no effective treatments to prevent, cure or stop the progression. Neuroinflammation and chronic activation of microglial cells are one of the prominent features of ALS pathology. While the molecular profile of disease-associated microglia (DAM) has been well characterized at the RNA level, the disease-related changes in proteome remain elusive. In chapter 2 of this thesis, we performed a functional characterization together with proteome analyses of DAMs at the different stages of disease in the in the SOD1[superscript G93A] model. Functional analyses of DAMs derived from the lumbar spinal cord of symptomatic ALS mice revealed: i) remarkably high mitotic index ii) a significant decrease in the phagocytic capacity when compared to age-matched wild-type microglia and iii) diminished response to innate immune challenges in vitro and in vivo. Proteome analysis revealed development of two distinct molecular signature at early and advanced stages of disease. While at early stages of the disease, we identified several proteins implicated in microglia immune functions such as GPNMB, Hmbox1, at advanced stages of disease DAM signature at protein levels was characterized with a robust upregulation of several unconventional proteins including Rootletin, major vaults proteins, STK38. Furthermore, we validated the expression of GPNMB and Rootletin in human disease. Importantly, the top associated biological functions of DAMs, in advanced disease, were not related to immunity/immune response, as the top biological functions were linked to RNA metabolism. Together, our results suggest that, over time, chronically activated microglia in ALS develop unconventional protein signatures and gradually lose their immune identity ultimately turning into functionally inefficient immune cells. Increasing evidence pinpoints the critical role of the peripheral immune system (PIS) in regulating the pathogenesis of ALS disease. Therefore, in chapter 3 of this thesis, we evaluated the role of the PIS in regulating the pathogenesis of ALS disease. Investigating the role of the PIS may improve therapeutic strategies and biomarker discovery. Using an in-vivo model system EDTA-TRAP for analysis of the dynamic translational state of monocyte/macrophage ribosomes. With mRNAs as input and newly synthesized peptides as output we observed a shut-down of the translation and a marked dissociation of monocyte/macrophage mRNA and protein profiles. The highly upregulated mRNAs are involving in innate immune responses and enriched in viral and bacterial infection terms while the upregulated peptides were only involving in cytoskeletal functions. We detected increase levels of pSRSF3 in PBMCs and plasma of SOD1[superscript G93A] mice and it showed a cytoplasmic accumulation. In this context, we targeted the RNA binding protein SRSF3 as a master regulator of translation. Weekly intraperitoneal delivery of anti-SRSF3-morpholinos initiated at late symptomatic disease in SOD[superscript G93A] transgenic mice slowed down the disease progression, decreased the body weight loss, and extend the survival of the ALS-model treated mice. Remarkably, targeting SRSF3 in human cultured monocytes restored their phagocytic properties. Taken together, our results present a new possible targets to immunomodulate and re-programmate the inflammatory machine rather than suppress it. Additionally, we proposed SRSF3 as a new potential biomarker, that could be used for ALS disease stratification.

Résumé : La pollution de l'environnement est devenue un problème mondial majeur. Le développement rapide des industries de procédés conduit à une augmentation constante des quantités d'eaux usées et des liqueurs contaminées rejetées. Les acides carboxyliques représentent une part importante de la charge organique des polluants dans les eaux usées et dans les solutions aqueuses industrielles. Une technologie efficace et respectueuse de l'environnement est donc requise pour réduire les effets négatifs de l'industrialisation sur l'environnement et pour éliminer les polluants des eaux usées et des liqueurs industrielles contaminées. Le plasma thermique submergé à courant continu (CC) est l'une des technologies proposées pour éliminer les contaminants des liquides et des solutions. Le réacteur au plasma thermique submergé à courant continu est un nouveau réacteur dans lequel le contact direct entre le plasma et la solution est établi. Une caractéristique importante du plasma thermique type CC est le gaz de plasma. Selon le type du gaz plasmagène, les plasmas thermiques CC présentent différents taux de décomposition, d’espèces réactives, d’enthalpies, de conductivités thermiques, et de temps de vie des électrodes. Parmi les différentes torches des plasmas thermiques CC, la torche à plasma thermique à mélange gazeux à base de CO[indice inférieur 2], récemment inventée, présente une amélioration très significative de la performance, c'est-à-dire une enthalpie plasmatique et une conductivité thermique élevées par rapport à celles des gaz de plasma concurrents. Une approche principalement expérimentale a permis d’étudier la faisabilité et le mécanisme de décomposition de l'acide carboxylique à haut poids moléculaire dans des solutions via les différents plasmas thermique submergés à CC. L'acide sébacique, un acide carboxylique à haut poids moléculaire a été choisi comme représentant de contaminant de type organique dans la liqueur Bayer. Deux différentes torches de plasma, incluant la torche à plasma oxygène et air ainsi que la torche à plasma CO[indice inférieur 2]/CH[indice inférieur 4] nouvellement conçues ont été utilisées. L'effet des différentes conditions de fonctionnement en incluant le temps de traitement, le pH initial de la solution, et la pression du réacteur, ainsi que le rôle des agents oxydants tels que le H[indice inférieur 2]O[indice inférieur 2], ont été étudiés sur la décomposition de l'acide sébacique. Pour identifier le rôle des différents gaz de plasma et des conditions opérationnelles sur le mécanisme de décomposition et sur les produits intermédiaires, une caractérisation qualitative et quantitative a été réalisée sur les solutions traitées avec la méthode de chromatographie ionique couplée à la spectrométrie de masse (IC/MS). L'effet thermochimique des gaz de plasma sur la décomposition de l’acide sébacique et sur les produits intermédiaires a également été étudié. À travers les différents essais réalisés dans cette étude, il a été montré pour la première fois que la décomposition de l'acide carboxylique de poids moléculaire élevé est réalisable avec le plasma thermique submergé en utilisant des gaz de plasmas différents. Le taux de décomposition d'acide sébacique lors de l’utilisation d’un plasma thermique à oxygène en milieu basique est plus élevé par rapport aux autres plasmas thermiques (air, et CO[indice inférieur 2]/CH[indice inférieur 4]) en mode submergé. Il a été constaté que cela est dû principalement à sa forte concentration en espèces oxydantes telles que l’ozone. Il a été observé que la décomposition de l'acide sébacique en milieu basique par l’utilisation de plasma d’oxygène et de plasma à air se produit par un mécanisme d'oxydation consécutif jusqu'à la production finale d'acides di-carboxyliques de plus faibles poids moléculaires et de CO[indice inférieur 2] (dissous dans la solution sous la forme de carbone inorganique). Il a été trouvé aussi pour la première fois que le plasma thermique submergé CO[indice inférieur 2]/CH[indice inférieur 4], peut décomposer l'acide carboxylique de poids moléculaire élevé sur la base d’un mécanisme séquentiel de photo-oxydation en raison de sa forte intensité de rayonnement ultraviolet. Le plasma de CO[indice inférieur 2]/CH[indice inférieur 4] a montré une vitesse de décomposition supérieure dans le milieu neutre. Par contre, en milieu basique, le plasma d'oxygène et le plasma d'air ont montré une vitesse de décomposition plus élevée. Il a également été montré que l'ajout d'H[indice inférieur 2]O[indice inférieur 2] en milieu basique a augmenté la vitesse de décomposition de l'acide sébacique avec le plasma CO[indice inférieur 2]/CH[indice inférieur 4] jusqu’à la même vitesse de décomposition que le plasma d'oxygène dû à une plus grande intensité de rayonnement UV du plasma de CO[indice inférieur 2] en comparaison avec celle du plasma d'oxygène. Dans une perspective plus générale, à travers différentes expériences, il a été montré que le plasma de CO[indice inférieur 2]/CH[indice inférieur 4] peut offrir une grande vitesse de décomposition des acides carboxyliques de poids moléculaire élevés dans un milieu acide et neutre, et également en milieu basique en présence de peroxyde d'hydrogène. Cela permettra le traitement des contaminants dans une grande variété de conditions de solution à l'aide de plasma du gaz CO[indice inférieur 2]. Les résultats de cette thèse aident à mieux comprendre la décomposition des contaminants organiques à hauts poids moléculaires dans les solutions utilisant les plasmas thermiques submergés. De plus, ces résultats proposent une application potentielle pour la torche à plasma de CO[indice inférieur 2] pour le traitement des eaux usées. // Abstract : Environmental pollution has become a major global problem. Rapid development of process industries leads to a constant increase in amounts of wastewater and contaminated industrial process liquors. Carboxylic acids represent a significant portion of the organic load of pollutant in wastewater and industrial aqueous solutions. An effective and environmentally friendly technology is therefore required to reduce the negative effects of industrialization on the environment and subsequently remove pollutants from wastewater and contaminated industrial liquors. DC (Direct Current) submerged thermal plasma is one of the proposed technologies for removing contaminants from liquids and solutions. DC submerged thermal plasma reactor is a novel reactor in which the direct contact between plasma and solution is established. An important characteristic of typical DC thermal plasma is the plasma gas. Depending on the type of plasma gas, DC thermal plasmas present different decomposition rates, reactive species, enthalpy, thermal conductivity, and electrode life time. Among different DC thermal plasma torches, the recently invented CO[subscript 2]-based gas mixture thermal plasma torch exhibits a very significant performance improvement, i.e. high plasma enthalpy and high thermal conductivity in comparison with competing plasma gases. In this study, by a mainly experimental approach, the feasibility and decomposition mechanism of high molecular weight carboxylic acid in solution via different DC submerged thermal plasmas has been investigated. Sebacic acid, a high molecular weight carboxylic acid, was selected as a representative of a typical organic contaminant in Bayer liquor. Two different DC plasma torches have been used including oxygen DC plasma torch and the newly designed CO[subscript 2]/CH[subscript 4] plasma torch. The effect of different operational conditions including treatment time, initial solution pH, and the reactor pressure as well as the role of oxidizing agents such as H[subscript 2]O[subscript 2], were investigated on the decomposition of sebacic acid. To identify the role of different plasma gases and operational conditions on the decomposition mechanism and its intermediate products, qualitative and quantitative characterization was done on the treated solutions with IC/MS (Ion Chromatography/Mass Spectrometry) method. The thermochemical effect of the plasma gases on the decomposition of sebacic acid and its intermediate products was also investigated. Through different experiments, it was shown for the first time that decomposition of high molecular weight carboxylic acid is feasible with submerged thermal plasma by using different plasma gases. The decomposition rate of sebacic acid by using oxygen thermal plasma in basic medium was higher compared with other thermal plasmas (air, and CO[subscript 2]/CH[subscript 4]) in submerged mode. It was found that the higher decomposition rate with oxygen plasma is mostly due to its high concentration of oxidant species such as ozone. The decomposition of sebacic acid in basic medium with oxygen and air plasma was revealed to occur with a consecutive oxidation mechanism up to the final production of the lowest molecular weight di-carboxylic acids and CO[subscript 2] gas (dissolved in solution in the form of inorganic carbon). It was found for the first time that the CO[subscript 2]/CH[subscript 4] submerged thermal plasma can decompose well high molecular weight carboxylic acid based on a sequential photo-oxidation mechanism due to its high ultraviolet (UV) radiation intensity. The CO[subscript 2]/CH[subscript 4] plasma showed higher decomposition rate in neutral medium, however oxygen and air plasma showed higher increased the sebacic acid decomposition rate with the CO[subscript 2]/CH[subscript 4] plasma up to the same decomposition rate of the oxygen plasma due to higher UV radiation intensity of the CO[subscript 2] plasma than that of the oxygen plasma. In a more general perspective, through different experiments, it was shown that CO[subscript 2]/CH[subscript 4] plasma can offer high decomposition rate for high molecular weight carboxylic acids in acidic and neutral medium and also in basic medium in the presence of hydrogen peroxide. This will allow using plasma for treatment of contaminants in a wide variety of solution conditions by using CO[subscript 2] gas. The findings of this thesis therefore will shed light on the decomposition of large organic contaminants in solutions with submerged thermal plasmas. Also, it provides a potential application for CO[subscript 2] plasma torch in wastewater treatment.