In this study the formation of supported membranes onto planar solid supports has been investigated. The stability and activity of reconstituted membrane receptors has been studied. The potential use of such preparations in biosensor applications is discussed. The lipid films were made by the Langmuir Blodgett and by the liposome fusion techniques. These supported films were characterised by ellipsometry, atomic force microscopy, surface plasmon resonance (SPR) and resonant mirror techniques. The thickness of the films was in agreement with that of a cell membrane. The kinetics of formation of the lipid films was studied and discussed. The proteins, bacteriorhodopsin, cytochrome oxidase, acetylcholinesterase and the nicotinic acetylcholine receptor were reconstituted into the supported membrane. The subsequent analysis showed that the proteins were individually distributed and that the activity was retained, in some cases for several weeks after immobilisation. The glycolipids, GM1, GM2, GD1b, asialo-GM1, globotriaosylceramide, lactosylceramide and galactosylceramide, were also reconstituted into the supported membranes. Their specific interaction with the toxin ricin or with its B-chain was examined using SPR. The affinity of intact toxin and of its B-chain differed markedly and was pH dependent. The carbohydrate chain length and charge density of the glycolipids also influenced the affinity.

In this thesis, the structure and stability of globular proteins adsorbed onto nanometer-sized hydrophilic silica particles were investigated using differential scanning calorimetry (DSC), hydrogen/deuterium exchange (HDX), and mass spectrometry (MS). The adsorption process itself was characterized with fluorescence and absorption spectroscopy and surface plasmon resonance (SPR). The combination of these methods offered a unique insight into adsorption-induced changes within proteins related to their adsorption characteristics. DSC contributed with thermodynamic information on the overall structural stability within the protein population. HDX in combination with MS contributed information on the structure and stability of adsorbed proteins with focus on changes within the secondary structure elements. In order to increase the structural resolution in this part of the investigation, proteolysis was performed prior to the MS analyzing step. Knowledge on the protein adsorption process was utilized in a practical approach called ligand fishing. In this approach, SPR was used to monitor the chip-based affinity purification of a protein with MS used for protein identification. Adsorption isotherms revealed that electrostatic interactions play an important role in the adsorption of proteins to hydrophilic surfaces. DSC investigation revealed that the thermal stability of proteins reduces with increasing electrostatic attraction between the protein and the surface and that this effect diminishes at higher surface coverage. The mass-increase due to exchange between protein hydrogen atoms and deuterium atoms in solution was investigated as a function of time. This gave insight into adsorption-induced changes in the structural stability of proteins. By combining DSC and HDX-MS, it was possible to differentiate between adsorption-induced changes in the secondary and tertiary structure. Additionally, if limited proteolysis was performed, the investigations gave insight into the orientation and protein segment specific changes in the stability of proteins adsorbed to silica surfaces. The adsorption of proteins to silica particles also provided the basis for a new experimental design that allows handling of minute amounts of proteins in a ligand fishing application, as used in the field of functional proteomics.

Within telecommunication and routing of traffic in IP-networks a protocol named“Open Shortest Path First” (OSPF) is widely used. This means that a server dealswith the routing over a network with given weights by calculating shortest paths touse for routing. If we assume that a desired traffic pattern is given the problem isto find out if it is possible to set the weights so that the desired traffic pattern is apart of a shortest path graph. In this thesis we assume that it is a unique shortestpath. To search for weights that solve the problem leads to a complex LP-model. Analternative is to search in the LP-dual under certain restrictions. These solutions tothe LP-dual are called conflicts and a conflict means that there exists no weights sothat the desired traffic pattern is obtained. The goal of this thesis is to study, classifyand search for conflicts. An algorithm has been developed that finds some kind ofconflicts in polynomial time with respect to the size of the graph. / Inom telekommunikation och ruttning av datatrafik i IP-nätverk så används oftaett protokoll som kallas “Open Shortest Path First” (OSPF). Det innebär att enserver sköter ruttningen över ett nätverk genom att utifrån givna bågkostnaderberäkna billigaste vägar som används för ruttningen. Frågeställningen utgårfrån att vi har ett önskat ruttningsschema och vi vill ta reda på om det gåratt sätta bågkostnader så att det önskade ruttningsschemat ingår i en billigasteväg-graf. I det här examensarbetet splittas inte trafik utan varje billigaste vägär unik mellan två noder. Att söka efter bågkostnader som löser problemet geren krävande LP-modell och ett alternativ är att utgå från LP-dualen undervissa restriktioner. Dessa lösningar till LP-dualen benämns konflikter och enkonflikt motsvarar att det inte finns några bågkostnader så att det önskaderuttningsschemat fås. Målet med examensarbetet är att studera, klassificeraoch söka efter konflikter. En algoritm har tagits fram som hittar vissa typer avsådana konflikter i polynomiell tid, sett till storleken på grafen.

This thesis describes a number of novel experiments contributing to the understanding of protein adsorption from both a fundamental and applied perspective. The first three papers involve the use of the localized surface plasmon resonance of gold nanospheres to measure protein conformational dependencies during heat and acid denaturation. Thermal denaturation of BSA is shown to proceed differently depending on the size of nanosphere to which it is conjugated. Activation energies are extracted for thermal denaturing on nanoparticles. These energies decrease with decreasing radius of curvature. Under pH perturbation in the acid region, the multiple transition states of bulk BSA are suppressed, and only one apparent transition around pH 4 is evident. Smaller spheres (diameter < 20nm) do not exhibit any transition. A significant finding of all three studies is that the state and stability of BSA depends strongly upon local curvature. The last two papers investigate protein adsorption relevant to the biomaterial field. Investigation of protein adsorption to polyHEMA hydrogels is carried out using a quartz crystal microbalance. Single and mixed protein adsorption kinetics for BSA, lysozyme and lactoferrin are extracted and interpreted. Selected commercial cleaning solutions are shown to be no more effective than simple buffer solution. Examination of commercial lenses indicates that the morphology of adsorption is material dependent and that siloxane-based hydrogels only deposit low levels of protein. A unique fibril-like morphology is identified on galyfilcon A. Protein morphology is discussed in terms of bare lens morphology, roughness, and surface composition.

This thesis describes a number of novel experiments contributing to the understanding of protein adsorption from both a fundamental and applied perspective. The first three papers involve the use of the localized surface plasmon resonance of gold nanospheres to measure protein conformational dependencies during heat and acid denaturation. Thermal denaturation of BSA is shown to proceed differently depending on the size of nanosphere to which it is conjugated. Activation energies are extracted for thermal denaturing on nanoparticles. These energies decrease with decreasing radius of curvature. Under pH perturbation in the acid region, the multiple transition states of bulk BSA are suppressed, and only one apparent transition around pH 4 is evident. Smaller spheres (diameter < 20nm) do not exhibit any transition. A significant finding of all three studies is that the state and stability of BSA depends strongly upon local curvature. The last two papers investigate protein adsorption relevant to the biomaterial field. Investigation of protein adsorption to polyHEMA hydrogels is carried out using a quartz crystal microbalance. Single and mixed protein adsorption kinetics for BSA, lysozyme and lactoferrin are extracted and interpreted. Selected commercial cleaning solutions are shown to be no more effective than simple buffer solution. Examination of commercial lenses indicates that the morphology of adsorption is material dependent and that siloxane-based hydrogels only deposit low levels of protein. A unique fibril-like morphology is identified on galyfilcon A. Protein morphology is discussed in terms of bare lens morphology, roughness, and surface composition.

Ce travail décrit une étude quantitative de plusieurs systèmes de reconnaissance biomoléculaire impliquant des interactions multivalentes.<br />Deux chapitres sont axés sur l'utilisation de plateformes supramoléculaires cyclodécapeptidiques appelées RAFT (Regioselectively Adressable Functionnalized Template) permettant la présentation multiple de ligand saccharidique ou cyclopeptidique. Une étude cinétique et thermodynamique des interactions entre les ligands RAFT-saccharide et une lectine modèle, la concanavaline A, a permis de démontrer que deux mécanismes moléculaires sont à l'origine de la meilleure affinité des RAFT multivalents par rapport à leurs homologues monovalents : d'une part un effet de « proximité-statistique » dû à la concentration locale élevée en motif sucre et d'autre part la capacité des RAFT multivalents à se lier à plusieurs lectines selon un effet « cluster ». Des études préliminaires ont également concerné l'analyse de l'interaction entre RAFT-RGD et des récepteurs cellulaires.<br />Dans un dernier chapitre, nous avons démontré, pour la première fois, la formation de films multicouches grâce à des interactions de type hôte-invité entre deux biopolymères de chitosane, l'un fonctionnalisés par des cavités Β-cyclodextrine et l'autre par des entités adamantane. Bien que la stabilité de l'assemblage soit assurée par des interactions de complexation multivalentes, la croissance de l'assemblage, quant à elle, dépend de la disponibilité des sites de complexation offerts par chacune des couches. De plus, les deux polymères chargés positivement confèrent à l'assemblage des propriétés de gonflement-dégonflement en réponse à des variations de force ionique et pH.

L’oxydoréduction de monocouches auto-assemblées (SAMs) de ferrocénylalcanethiolates à la surface d’or (FcRSAu) a été étudiée en temps réel par la spectroscopie de résonance de plasmons de surface couplée avec l’électrochimie (E-SPR). La sensibilité de cette technique permet de déterminer des changements d’épaisseur de couche l’ordre de quelques angström résultant d’un changement de structure de la SAM. Plusieurs études antérieures ont proposé que l’oxydation électrochimique d’une SAM de FcRSAu induit une réorientation moléculaire. L’E-SPR est utilisé pour identifier l’origine de ce changement structurel. D’abord, une calibration du réfractomètre SPR utilisé a été effectuée afin de trouver une équation de conversion du signal SPR obtenu en pixel en angle d’incidence pour que l’on puisse calculer le changement d’épaisseur de monocouche à partir du changement d’angle de résonance avec le modèle de Fresnel. Par la suite, une caractérisation approfondie des SAMs de FcCnSAu (où n = 6, 8, 12, 14) en contact avec du NaClO4 acidifié a été réalisée par électrochimie, éllipsométrie, spectroscopie infrarouge et microscopie à force atomique. Les résultats obtenus montrent que l’augmentation de la longueur des chaînes alkyles donne des SAMs de ferrocènes plus épaisses et moins désordonnées. L’analyse par l’E-SPR de ces SAMs pures montre que le changement d’épaisseur induit par l’électro-oxydation dépend linéairement du nombre de méthylènes sur la chaîne alkyle. En appliquant la déconvolution mathématique aux voltampérogrammes cycliques enregistrés pour les SAM mixtes (FcC12SAu/C11SAu) de différentes compositions, on arrive à la conclusion qu’il y a un redressement des chaînes alkyles dans les domaines des ferrocènes agrégés mais la réorientation des têtes de ferrocène dans les domaines de ferrocènes agrégés ou dispersés ne peut pas être exclue. Enfin, l’effet de l’anion électrolytique sur le changement d’épaisseur de la SAM mesuré par l’E-SPR a été étudié. L’analyse électrochimique montre que la capacité de pairage d’anions avec les ferrocéniums décroit comme suit : PF6- > ClO4- > BF4- > NO3-. Tandis que l’épaisseur de la SAM donnée par le changement d’angle de résonance suit la tendance suivante : NO3- ≥ ClO4- > PF6- ≈ BF4-. Des études plus approfondies seront nécessaire pour clarifier cette tendance observée par E-SPR. / The oxidation and reduction of self-assembled ferrocenylalkanethiolate monolayers formed on gold surfaces (FcRSAu) have been followed in real-time by electrochemical surface plasmon resonance (E-SPR) spectroscopy. Film thickness changes on the order of angstroms resulting from SAM structural changes can be detected by SPR. The electrochemically-induced reorientation of the ferrocenylalkanethiolates has been proposed by several spectroelectrochemistry studies. We have used E-SPR to elucidate the nature of the molecular reorientations. The SPR refractometer was first calibrated to find a pixel to angle equation so that Fresnel modeling could be used to calculate SAM thickness changes from the measured resonance angle changes (Δθmin). SAMs of FcCnSAu (where n = 6, 8, 12, 14) were characterized by electrochemistry, infrared spectroscopy and atomic force microscopy. The results obtained show that an increase in the alkyl chain length gives a thicker and less disordered SAM. Oxidation of the surface-bound ferrocenes to ferroceniums and pairing with ClO4- anions produces a similar change in Δθmin for these SAMs, but the variation in the SAM thickness is linearly dependent on the chain length. Mathematical deconvolution of the cyclic voltammograms of binary SAMs (FcC12SAu/C11SAu) of different compositions was used to separate the contributions of the different ferrocene domains (aggregated vs. isolated ferrocenes). We conclude that the aggregated-ferrocenes undergo a change in the orientation of the alkyl chain orientation. We cannot however exclude that the cyclopentadiene rings also reorient themselves. Anion pairing effect was studied by E-SPR. Our electrochemistry results indicate that the ability of the electrolyte anion to pair with the electrogenereted ferrocenium decreases in the following order: PF6- > ClO4- > BF4- > NO3-. On the other hand, the change in Δθmin does not follow the associated trend observed for the anion pairing capacity but rather NO3- ≥ ClO4- > PF6- ≈ BF4-. We hypothesize that the difference in the uptake water molecules by the oxidized SAM may be the reason for this observation. This hypothesis still needs to be verified.

Le CD36 est un récepteur de type éboueur de classe B exprimé à la surface de nombreux types cellulaires dont les macrophages, les cellules endothéliales de la microvasculature et les plaquettes. Ce récepteur multiligand est impliqué dans plusieurs processus pathologiques notamment l’athérosclérose, l’angiogénèse et la malaria via la liaison spécifique de ligands comme les lipoprotéines oxydées de basse densité, la thrombospondine-1 et la protéine PfEMP-1, respectivement. Les peptides de la relâche de l’hormone de croissance (GHRP) ont été identifiés comme les premiers ligands synthétiques du CD36. Afin de développer de nouveaux ligands synthétiques du CD36, l’établissement d’une méthode de criblage est essentiel pour découvrir des composés avec une liaison de haute affinité pour ce récepteur. Pour y parvenir, nous avons surexprimé le domaine extracellulaire du CD36 humain dans les cellules d’insectes Sf9. La protéine soluble purifiée par chromatographie d’affinité fut immobilisée à la surface d’une plaque de résonance de plasmons de surface (SPR) pour les études de liaison. La méthodologie développée a permis de caractériser les ligands du CD36 en déterminant leurs constantes de dissociation (KD), et d’établir une relation structure-activité des ligands de la famille des azapeptides, des composés dérivés du GHRP-6. Afin de valider la méthode par spectroscopie SPR, une corrélation a été établie entre les valeurs de KD obtenues en SPR et les valeurs d’CI50 de courbes d’inhibition de la phosphorylation des MAP kinases JNK1/2 induite par un phospholipide oxydé, le POVPC, en présence de concentrations croissantes de ligands du CD36 dans les macrophages RAW 264.7. / CD36 is a class B scavenger receptor expressed at the cell surface of macrophages, endothelial cells and platelets, among others. This multiligand receptor is implicated in various diseases such as atherosclerosis, angiogenesis and malaria through the specific binding of ligands, such as oxidized low-density lipoproteins, thrombospondin-1 and the PfEMP-1 protein, respectively. Growth hormone-releasing peptides (GHRP) were identified as the first CD36 synthetic ligands. In order to identify new CD36 synthetic ligands, the development of a high-throughput method is essential to unveil compounds of high binding affinity. We have expressed a recombinant CD36 ectodomain protein in Sf9 insect cells. The soluble and affinity purified protein was immobilized on a surface plasmon resonance (SPR) sensor for binding studies. Synthetic ligands were analyzed by SPR spectroscopy for determination of their respective dissociation constant (KD). A structure-activity relationship of CD36 ligands was established. To validate the SPR binding signal, a good correlation was observed between KD and the IC50 values obtained from the inhibition curves of the MAPK kinase JNK1/2 phosphorylation induced by an oxidized phospholipid, the POVPC, in the presence of increasing concentrations of CD36 ligands in RAW 264.7 macrophage cells.

Les RCPG sont exprimés dans tous types de tissus et sont impliqués dans la régulation de nombreux processus biologiques et ont pour rôle de capter un vaste panel de stimuli extracellulaires qu'ils transmettent à l'intérieur de la cellule. Récemment, le laboratoire a identifié une nouvelle famille de dix protéines, les GASP, qui interagissent avec les RCPG et moduleraient leur trafic intracellulaire. Alors que GASP-1 est le membre de cette famille le mieux caractérisé et que son interaction avec de nombreux RCPG soit documentée, peu d'informations sont disponibles sur les modalités d'interaction de cette protéineavec les RCPG au niveau moléculaire. La première partie de ce projet de thèse a consisté à étudier les modalités d'interaction entre les GASPs et les RCPG au niveau moléculaire. Nous avons ainsi pu montrer à l'aide de techniques biochimiques et biophysiques, l'importance d'un motif répété et conservé de 15 acides aminés pour l'interaction de GASP-1 avec divers RCPG. Par la suite, les résultats obtenus ont été exploités pour mettre en place un essai de criblage qui nous a permis d'identifier des petites molécules capables de perturber l'interaction entre GASP-1 et le récepteur beta-2 adrénergique. Enfin, l'absence de données structurales sur les protéines de la famille GASP nous a ensuite poussé à la réalisation d'études structurales de ces protéines à la fois par cristallographie et par RMN. Bien que les résultats obtenus ne nous aient pas encore permis d'obtenir la structure de ces protéines, des expériences préliminaires de RMN ont permis deconfirmer l'implication des acides aminés tryptophanes présents au sein des motifs GASP dans l'interaction avec les RCPG.

L'objectif de cette thèse est le développement d'une langue électronique avec une méthode simplifiée d'obtention de récepteurs à réactivité croisée. Ces récepteurs sont préparés par une approche combinatoire novatrice qui consiste au mélange et à l'auto-assemblage de deux disaccharides. Le couplage de ces récepteurs avec un système de détection d'imagerie par résonance des plasmons de surface nous a permis de réaliser une langue électronique capable de différencier des échantillons de différentes complexités, y compris des protéines pures et des mélanges complexes. Cela se fait grâce aux profils et images d'évolution continue, assimilés à des " empreintes digitales " des échantillons. D'un autre côté, ce système peut être utilisé en tant qu'outil pour la conception de surfaces biomimétiques 2D et 3D. Ce système est prometteur pour l'étude des interactions sucre-protéine et pour la préparation de nanovecteurs biomimétiques qui ciblent de façon spécifique des protéines d'intérêt.