Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Oxidative stress can disrupt cellular homeostasis, leading to cellular dysfunction and apoptosis. The Nrf2 transcription factor regulates the antioxidant response in cells by binding to antioxidant response elements (ARE) in DNA and activating genes of enzymes that combat oxidative stress. During the pathogenesis of diabetes mellitus (DM), β-cells are exposed to increased amounts of reactive oxygen species (ROS) that cause oxidative stress. Zebrafish (ZF) are excellent models for studying the dynamic mechanisms associated with DM pathogenesis, and we recently developed a ZF model of β-cell apoptosis caused by ROS. Two paralogs of Nrf2 have been identified in ZF, Nrf2a and Nrf2b, but their roles in pancreas development and/or β-cell survival are unknown. To investigate their roles, Nrf2a and Nrf2b antisense morpholinos (MO) were injected into Day 0 ZF embryos and analyzed over time. While Nrf2a MO showed no obvious phenotypes compared to WT, Nrf2b MO exhibited reduced pancreas size and islets with disrupted morphology. Ins:NTR Nrf2a MO showed reduced β-cell loss upon exposure to Metronidazole (MTZ) under generation of ROS compared to WT. Sequence analysis of ZF nrf2b in 3-day post-fertilization (dpf) embryos revealed a novel splice variant containing an additional exon that has not been described. Further investigation of Nrf2a and Nrf2b is likely to yield additional insights regarding the function and regulation of the NRF2-signaling pathway and their roles in β-cell protection under oxidative stress.

La fecundación es el proceso de unión entre el espermatozoide y el ovocito durante la reproducción sexual para dar lugar a un nuevo individuo. En vertebrados la fecundación puede ser interna o externa. La fecundación interna implica que el encuentro de los gametos tiene lugar dentro de la hembra y es característica de mamíferos, reptiles y aves. En la fecundación externa la unión de ambos gametos ocurre fuera del cuerpo de la hembra y se da principalmente en peces y anfibios. Los espermatozoides de mamíferos adquieren la capacidad fecundante en el tracto reproductor femenino en un proceso dinámico llamado capacitación, el cual puede requerir entre algunos minutos hasta varias horas en función de la especie. Sabemos que la capacitación espermática implica cambios moleculares como la eliminación de colesterol de membrana, la entrada de calcio o la fosforilación de proteínas implicadas en la hiperactivación. Entre las diversas modificaciones, se le ha otorgado un papel destacado al glucocáliz debido a su implicación en el proceso de fecundación en mamíferos. Los glucoconjugados que constituyen el glucocáliz espermático se reorganizan considerablemente durante la capacitación, preparándose así para interaccionar con la zona pelúcida y el oolema del ovocito. Esta reorganización de azúcares de membrana plasmática ha sido ampliamente estudiada en especies como el ratón, jabalí, cabra, toro y primates no-humanos. Sin embargo, los cambios estructurales y funcionales de los espermatozoides durante la capacitación en humanos actualmente permanecen poco definidos. Además, la elevada heterogeneidad de las muestras de semen humanas y la limitación de las técnicas convencionales para predecir la funcionalidad espermática, hace necesario profundizar en la fisiología espermática durante la capacitación. En la Fase I de este trabajo se utilizaron múltiples biomarcadores espermáticos con el fin de evaluar el impacto de diferentes tiempos de capacitación (una y cuatro horas) sobre la calidad del espermatozoide humano. Los resultados demostraron que los espermatozoides recuperados tras cuatro horas de capacitación presentaron mayor funcionalidad que aquellos que únicamente capacitaron una hora. En concreto, se observó un número significativamente mayor de células con morfología normal y tasas de fragmentación de ADN más bajas. Además, tras capacitar durante cuatro horas se observó un incremento significativo de espermatozoides con fosforilación en los residuos de tirosina de la pieza principal, así como una mayor redistribución de los azúcares presenten en la membrana plasmática. El análisis multivariante, considerando diferentes biomarcadores morfológicos y moleculares, mostró que la subpoblación de espermatozoides recuperada tras cuatro horas de capacitación fue más homogénea que la subpoblación recuperada tras una hora de capacitación. Estos hallazgos subrayan la importancia del tiempo de capacitación como variable a considerar en los métodos de selección espermática, tanto en investigación básica como en las técnicas de reproducción asistida. La finalidad de las técnicas de reproducción asistida es favorecer el embarazo en casos de infertilidad masculina, femenina o de ambos. En la mujer, una de las causas más comunes de infertilidad es la presencia de endometriosis. La endometriosis es una enfermedad crónica que consiste en el crecimiento de tejido endometrial fuera de la cavidad uterina y se asocia con disfunciones ovulatorias secundarias, alteraciones en la foliculogénesis, en el líquido peritoneal y/o en el sistema inmune. El líquido peritoneal de las mujeres con esta patología contiene una elevada concentración de sustancias inflamatorias y debido a la permeabilidad de las trompas es capaz de difundir al interior y afectar a la calidad de los gametos. Dado que es una enfermedad femenina, pocos estudios han relacionado el efecto del líquido peritoneal procedente de mujeres con endometriosis sobre la calidad espermática. Entre ellos, se ha visto que el líquido peritoneal de estas pacientes deteriora parámetros espermáticos como: la motilidad, la reacción acrosómica, la fragmentación del ADN y la capacidad de unión a la zona pelúcida del ovocito. Sin embargo, la implicación del líquido peritoneal procedente de pacientes con endometriosis en la redistribución de los glucoconjugados en la membrana del espermatozoide humano no ha sido estudiada hasta el momento. En la Fase II de este trabajo se evaluó el efecto del líquido peritoneal procedente de mujeres con y sin endometriosis sobre el espermatozoide humano mediante diversos biomarcadores. Para ello, se realizaron cultivos espermáticos durante 24 y 48 horas con líquido peritoneal al 20%. Los resultaron mostraron que la viabilidad espermática y la reacción acrosómica espontánea no se vieron afectadas en ninguna de las condiciones experimentales. No obstante, tras 48 horas, los espermatozoides cultivados con líquido peritoneal procedente de mujeres con endometriosis presentaron significativamente menor motilidad, menor fosforilación en los residuos de tirosinas y diferente reorganización de azúres de superficie en comparación con las células control. Estos datos aportan información sobre la fisiología de los espermatozoides humanos al interaccionar con el líquido peritoneal de mujeres con endometriosis, destacando el deterioro de la calidad espermática conforme aumenta el tiempo de exposición. Los modelos biomédicos son una fuente de gran valor en todos los campos de investigación. El pez cebra (Danio rerio) se ha convertido en un modelo animal con un elevado potencial en la biología del desarrollo, la genética, la inmunología, el comportamiento, la fisiología y la nutrición, debido a las numerosas ventajas que ofrece frente a otras especies. Además, presenta una elevada homología genética con la especie humana y sus costes de mantenimiento son relativamente bajos. En la fisiología reproductiva y del desarrollo, el modelo biológico del pez cebra destaca por presentar una tasa de fecundación elevada, un ciclo reproductivo corto y un desarrollo embrionario rápido. La fecundación y el desarrollo son externos, condición que facilita el estudio directo de las etapas tempranas de la ontogenia. Además, una de las características más relevantes es que tanto los embriones como las larvas tempranas son transparentes lo que permite el seguimiento visual durante el desarrollo de los distintos tejidos y órganos. Este hecho ha conllevado que la gran mayoría de los estudios realizados se hayan concentrado en diferentes aspectos de las etapas del desarrollo, siendo muy pocos los que han analizado la fisiología del espermatozoide. Se sabe que los espermatozoides de Danio rerio al igual que la gran mayoría de peces no presentan acrosoma. Además, tras la activación de la motilidad, debido al deterioro que les produce el choque hipoosmótico, tienen apenas un minuto para llegar al ovocito y fecundarlo. Por otra parte, al tratarse de un pez con fecundación externa, los espermatozoides están sometidos a una elevada competencia espermática, ya que tienen que competir con los espermatozoides de los otros machos por fecundar los ovocitos. Un estudio previo caracterizó la influencia negativa de la elevada competencia espermática en la descendencia de Danio rerio. Sin embargo, nada se sabe acerca de los cambios fisiológicos antes y tras la activación de la motilidad al someter al espermatozoide de Danio rerio a diferentes niveles de competencia. En la Fase III de este trabajo se analizó el efecto de la competencia espermática a distintos tiempos de activación (30 segundos, 1, 5 y 10 minutos) sobre diferentes biomarcadores en el espermatozoide de Danio rerio. Para ello, se partió de espermatozoides procedentes de machos expuestos a diferentes niveles de competencia espermática, alta competencia (dos machos y una hembra) y baja competencia (un macho y dos hembras). Los resultados mostraron un incremento de espermatozoides con flagelos enrollados y fragmentación de ADN a medida que incrementaba el tiempo de activación. No obstante, los espermatozoides procedentes de machos sometidos a elevada competencia, presentaron significativamente menor porcentaje de espermatozoides con flagelos enrollados tras la activación pero mayor porcentaje de células con fragmentación en el ADN antes de la activación en comparación con las células procedentes de baja competencia. Adicionalmente, mediante morfología y morfometría geométrica (aislando forma y tamaño como variables independientes) se analizaron las distintas partes del espermatozoide (cabeza, pieza intermedia y flagelo) tras 30 segundos de activación en ambos tratamientos de competencia. Los gametos procedentes de machos expuestos a elevada competencia mostraron cabezas de menor tamaño, piezas intermedias más grandes y flagelos más largos que los espermatozoides procedentes de baja competencia. Por lo tanto, los datos sugieren que la presencia de un macho rival podría tener un efecto positivo en el fenotipo del espermatozoide pero un efecto negativo sobre la integridad del ADN. Estos hallazgos proporcionan una perspectiva nueva de como el entorno social puede afectar a los parámetros espermáticos y su influencia en la biología de la reproducción.

Ce travail de thèse s'est intéressé aux effets de l'uranium appauvri (U) sur le poisson zèbre, Danio rerio. L'hypothèse de travail majeure est que les effets de l'U peuvent se traduire par des modifications du métabolisme. Par conséquent nous avons caractérisé la performance physiologique par le biais de la théorie des bilans d'énergie dynamique (DEB) car c'est la seule théorie qui quantifie simultanément l'ingestion, l'assimilation, la croissance, la reproduction, la maturation, la maintenance et le vieillisse¬ment au cours du cycle de vie entier à des niveaux de nourriture variable. Un modèle DEB a ainsi été construit et a permis de quantifier et de prédire la manière dont la performance physiologique du poisson zèbre dépend de son niveau de nutrition (et de la température). Nous avons montré que le développement s'accélère après la naissance jusqu'à la métamorphose où l'accélération cesse. De plus les coûts de maintenance somatique sont très élevés.Un module spécifiant la toxico-cinétique de l'U, chez un individu qui se nourrit, croit et se reproduit, a été incorporé dans le modèle DEB. Le modèle a été appliqué aux données de toxicité (publiés et acquis pendant la thèse) afin de découvrir quel processus est affecté par l'U. Les résultats montrent qu'à partir de 0 nM, l'U augmenterait les coûts de croissance et diminuerait l'assimilation et/ou augmenterait le coût de la maintenance somatique. Nous n'avons pas pu détecter d'effets notables sur la maturation. Une étude histologique révèle que l'U altère l'intégrité de la paroi intestinale et pourrait perturber l'homéostasie des interactions hôte-bactéries. / The aim of this dissertation is to characterize the toxicity of depleted uranium (U) on the metabolism of zebrafish, Danio rerio. The underlying hypothesis of this work is that effects of U show up as effects on the metabolism of the individual. Consequently, we characterized physiological performance using Dynamic Energy Budget (DEB) theory since it is the only theory which simultaneously specifies ingestion, assimilation, growth, reproduction, maturation, maintenance and ageing over the whole life-cycle at varying food availability. Thus a DEB model was built which quantifies and predicts how the physiological performance of zebrafish relates to food level (and temperature). We showed that development accelerates after birth until metamorphosis after which acceleration ceases. Furthermore, somatic maintenance costs are very high.A module specifying toxico-kinetics of U in a feeding, growing and reproducing individual was incorporated into the DEB model. The model was then applied to toxicity data (from the literature or acquired during this thesis) in order to determine which processes are affected by U. Our results show that, from 0 nM onwards, U increases costs for growth and either increases somatic maintenance or decreases assimilation. We were unable to detect effects on maturation. A histological study showed that U alters histology of the gut wall and may perturb host-microbe homeostasis. By accounting for differences in initial conditions between individuals we were able to explain a number of seemingly contradictory results. The take home message is: observations on individuals should not be averaged for groups of individuals.

O GnRH é um decapeptídeo que está envolvido na reprodução, estimulando a hipófise a liberar gonadotropinas (LH e FSH), as quais regulam a esteroidogênese e gametogênese. Ainda, o GnRH age como neuromodulador atuando no comportamento sexual. A distribuição de suas isoformas pode ajudar a revelar a função específica de cada GnRH. A principal ênfase deste estudo foi detectar a presença e distribuição por imuno-histoquímica, e a expressão gênica de diferentes formas de GnRH no encéfalo de Astyanax altiparanae e Danio rerio, os quais têm importância comercial, ecológica e acadêmica. Em Astyanax altiparanae foi encontrado GnRH3 em diversos corpos celulares, inclusive em corpos celulares ligados à função reprodutiva, juntamente com fibras que inervam a neuro-hipófise. O GnRH1 foi encontrado apenas em fibras. Em Danio rerio foi encontrado GnRH3 nos núcleos da região hipotalâmica e em um grande número de fibras, incluindo as que inervam a neuro-hipófise. A expressão gênica de GnRH2 e 3 foi observada em Danio rerio. / GnRH is a decapeptide involved in reproduction, stimulating the pituitary to release gonadotropins, which, in turn, regulate the steroidogenesis and gametogenesis. In addition to the reproductive function, the GnRH displays neuromodulatory roles with implications in the modulation of sexual behavior. Therefore, the main emphasis of this study is to detect the presence, distribution, and gene expression of different forms of GnRH in the brain of the freshwater teleosts Astyanax altiparanae and Danio rerio, which have commercial, ecological and academic importance. The immunohistochemical method of peroxidase was used to detect GnRHs in the brain and pituitary. In A. altiparanae immunoreactivity to anti-GnRH3 was found in various cell bodies, including those related to reproductive functions, and fibers which innervate the neurohypophysis. Immunoreactivity for GnRH1 was found only in fibers. In D. rerio immunoreactivity to anti-GnRH3 was found in hypothalamic nuclei and in a large number of fibers, including the ones which innervate the neurohypophysis.

No description available.

ABCB1, a member of the ATP binding cassette (ABC) transporter family, hydrolyses ATP as energy source for the translocation of substrate chemicals across the cell membrane. ABCB1-like transporters are found in all studied species. Typically, these transporters are abundant in tissues that separate compartments of the body such as the blood-brain barrier. Among the ABC transporters the ABCB1-like transporter proteins are of particular interest because they accept a broad variety of substrates and are therefore able to confer multidrug resistance (MDR) and multixenobiotic resistance (MXR) in wildlife, respectively. Inhibitors of the ABCB1-like transporter function can cause chemosensitisation, i.e. accumulation and increased sensitivity of organisms towards potentially harmful (natural/man-made) ABCB1-like substrate chemicals. In zebrafish (Danio rerio) Abcb4 was identified as functionally homologous to ABCB1. The aim of this study was to further characterise Danio rerio Abcb4 and to provide a database to approach the question to what extent ABCB1-like transporter related functions/effects are of ecotoxicological relevance. Main objectives are whether and how known ABCB1 ATPase stimulators and inhibitors interact with Abcb4 ATPase activity; to what extent ABCB1 ATPase assay data are transferable to Abcb4 ATPase assay data; and whether and how environmental chemicals interact with Danio rerio Abcb4 ATPase activity. In this study we established a test system – the ATPase assay with recombinant Danio rerio Abcb4 – to study the interaction of chemicals with the ATPase activity of the transporter protein. To relate obtained data to data for the well-known Homo sapiens ABCB1 and because available data for Homo sapiens ABCB1 were not in all cases suitable for a comparison, the ATPase assay with recombinant ABCB1 was adapted accordingly. Chemicals were tested up to concentrations in the range of their water solubilities to modulate basal and stimulator co-treated Abcb4 and/or ABCB1 ATPase activities. ATPase stimulators are often transported substrates. However, lipophilic compounds stimulating the transporter ATPase activity are not or little transported by transporter action. Therefore, experiments revealing whether compounds are translocated by transporters chemical interference with the transporter protein will not be indicated. Chemicals inhibiting the stimulator (here verapamil) co-treated ATPase activity compete with the verapamil to stimulate ATPase activity or are non-competitive inhibitors. When tested individually, these chemicals can be stimulators or inhibitors of basal ATPase activity, or do not interact with basal ATPase activity. ATPase inhibitors mitigate ATPase activity and ABCB1-like transporter mediated translocation of substrate chemicals. Obtained ATPase assay data were analysed with regard to concentrations at half-maximal effects (EC50s) and effect strengths (percent modulation). ATPase assays with recombinant Abcb4 (at 27 °C) are comparable to ABCB1 ATPase assay data obtained at 37 °C. Danio rerio Abcb4 seems less temperature-sensitive than ABCB1. Calculated activation energies for Abcb4 ATPase activities (40.75 kJ/mol for basal ATPase activity) were up to half as high as those for ABCB1 ATPase activities (81.61 kJ/mol for basal ATPase activity). Larger activation energies were previously proposed to be indicative for larger conformational rearrangements and hence possibly smaller rearrangements take place in Abcb4 compared to ABCB1. Known standard modulators of Homo sapiens ABCB1 ATPase activity interacted specifically with Danio rerio Abcb4 ATPase actitiy. The EC50s of the tested chemicals – 16 of 17 tested chemiacals interacted with the ABCB1 and the Abcb4 ATPase activity – ranged from 0.09 to 296 µM for ABCB1 and from 0.14 to 171 µM for Abcb4. Qualitative ATPase assay data for ABCB1, as interaction or not, seems transferable to Danio rerio Abcb4. Furthermore, when aligning amino acid sequences of mammalian ABCB1 transporter proteins and Danio rerio Abcb4 and comparing ABCB1 residues known to bind to (lipophilic) chemicals no obvious hints were found that chemical binding to Abcb4 is certainly different from ABCB1. Twenty-five of 33 studied environmental chemicals modulated the Abcb4 ATPase activity as stimulators and/or inhibitors. Stimulation of basal Abcb4 ATPase activity was lower for environmental chemicals than for known standard modulators. EC50s of environmental chemicals ranged from below 10 to 357 µM. Effects by environmental chemicals on Abcb4 ATPase activity with EC50s close to their water solubilities may be rather unspecific. The results of this work underline that Abcb4 function is of ecotoxicological importance as on the one hand several environmental chemicals were identified to inhibit Abcb4 ATPase activity – likely acting as chemosensitisers, while on the other hand chemicals stimulating basal ATPase activity suggest that these chemicals are possibly transported. A number of environmental chemicals also inhibited the basal Abcb4 ATPase activity. Especially non-transported inhibitors of the basal Abcb4 ATPase activity would be of ecotoxicological relevance as organisms (here Danio rerio) exposed to these chemicals would not be protected by Abcb4 mediated multixenobiotic resistance and were moreover threatened by chemosensitisation. Future studies should systematically elucidate under which circumstances chemicals are apparently net transported by ABCB1-like transporters and relate these findings to concentrations of environmental chemicals and ABCB1-like transporter protein abundance in wildlife.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Organophosphorus compounds such as methyl-parathion are used in the various stages of production to control pests both in agricultural activity as in aquaculture. The mechanism of action of this type of compound is the inhibition of the enzyme acetylcholinesterase. The zebrafish (Danio rerio) has been increasingly used as an experimental model in varied fields such as development, genetics and pharmacological research. The methyl-parathion has been characterized as endocrine disruptor of the hypothalamic-pituitary-interrenal axis (HHI). An experiment was carried out of 96 hours of exposure of adult fish to the substance tested, at the concentration of 5.2 mg/L. Was evaluated the whole-body cortisol level in order to measure the endocrine response to a stressful event. Were also investigated the gene expression of glucocorticoid receptor (GR), steroidogenic acute regulatory protein (StAR) and heat shock protein 70 (HSP 70). Fish exposed that have undergone a stressor event demonstrated low levels of cortisol. In addition, the fish stressed and exposed to agro-chemical showed a decreased expression of the StAR, HSP 70 and GR genes. The data indicate that exposure to methyl-parathion causes a decrease in the ability to respond appropriately to a stressor. Fish that have an inability to produce a satisfactory answer by the HHI axis are not able to make the necessary metabolic and ion adjustments for recovery the homeostasis, getting vulnerable to stress caused by aquaculture practices or environmental changes. / Compostos organofosforados como o parationato metílico são utilizados nas diversas etapas de produção para controlar pragas tanto na atividade agrícola como na aquicultura. O mecanismo de ação desse tipo de composto é a inibição da enzima acetilcolinesterase. O peixe-zebra (Danio rerio) vem sendo cada vez mais usado como modelo experimental em variados campos, como desenvolvimento, genética e pesquisa farmacológica. O parationato metílico já foi caracterizado como interruptor endócrino do eixo hipotálamo-hipófise-interrenal (HHI). Foi realizado um experimento de 96 horas de exposição de peixes adultos à substância testada, na concentração de 5,2 mg/L. Foi avaliado o nível de cortisol de corpo inteiro, visando medir a resposta endócrina a um evento estressor. Também foram investigadas a expressão dos genes do receptor de glicocorticoide (GR), da proteína regulatória de esteroidogenese aguda (StAR) e a proteína do choque térmico 70 (HSP 70). Os peixes expostos que foram submetidos a um evento estressor demonstraram baixos níveis de cortisol de corpo inteiro. Além disso, os peixes estressados e expostos ao agroquímico apresentaram uma diminuição da expressão dos genes GR, StAR e HSP 70. Os dados indicam que a exposição ao parationato metílico provoca uma diminuição da capacidade de responder adequadamente a um evento estressor. Peixes que possuem uma incapacidade em produzir uma resposta satisfatória do eixo HHI, não são capazes de realizar os ajustes iônicos e metabólicos necessários à recuperação da homeostase, ficando vulneráveis ao estresse causado pelas práticas aquícolas ou por alterações ambientais.

L’anthropisation croissante des zones côtières induit le rejet dans les écosystèmes aquatiques d’Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP). En plus de la concentration et de la voie de contamination considérées, leurs effets dépendent du stade de développement de l’organisme. Dans ce contexte, l’objectif de cette étude était d’évaluer les effets d’une contamination par voie trophique à des concentrations sublétales de HAP sur une espèce modèle, le poisson zèbre Danio rerio. Deux types de mélanges de HAP, pyrolytique et pétrogénique, représentatifs de ce qui est rencontré en milieu contaminé ont été testés via des expositions chroniques. Au niveau individuel, les réponses biologiques ont été évaluées au travers de performances physiologiques considérées comme des mesures indirectes de la fitness : la capacité métabolique aérobie, les performances de nage et la réponse de fuite. A l’échelle sub-individuelle, l’exposition aux HAP a été évaluée sur le cœur via la mesure du rythme cardiaque. Ces paramètres biologiques ont été mesurés (i) à différents temps d’exposition des poissons ainsi que (ii) sur leur descendance dans le but d’évaluer l’effet parental de la contamination. Les résultats mettent en évidence une diminution de la capacité métabolique aérobie chez la descendance de poissons contaminés aux HAP d’origine pyrolytique. Chez les poissons adultes directement exposés aux HAP de type pétrogénique, une réduction de la capacité métabolique a également été observée, associée à une réduction de la vitesse de nage critique. Cette étude contribuera à établir une vision globale des effets de l’exposition aux HAP et à mieux comprendre les mécanismes régulant des fonctions biologiques clés dans la survie d’un organisme tout au long de son cycle de vie. / The increase of anthropogenic activities on coastal areas induces discharges of polycyclic aromatic hydrocarbons in aquatic ecosystem. PAHs effects depend on their concentration and the way of contamination, but also on the different developmental stages of the organism. In this context, the aim of our study was to observe the effects of an exposure to two PAHs mixes, pyrolytic and petrogenic, on the model species zebrafish Danio rerio. These chronicle exposures at sub-lethal concentrations were representative of contaminated areas. Biological responses of fish were estimated at individual levels through the assessment of aerobic metabolic scope, swimming and escape performance, which are considered to be relevant indirect measures of the fitness. Furthermore, measurements of cardiac frequency allowed observing PAHs impairments at sub-individual levels. These physiological performances were estimated (i) a several times of exposure (i.e. from 2-months juveniles to 6-months adults) and (ii) on their progeny, in order to observe parental effect of the PAHs exposure. An increase of aerobic metabolic scope was observed on the progeny of fish contaminated by pyrolytic mix. Regarding petrogenic PAHs exposure, the increase of aerobic metabolic scope was associated to increase of critical swimming speed in adults. This study will contribute to establishing a global vision of PAHs exposure impairments and to a better understanding of the regulating mechanisms of the main biological functions on which organism survival depends.

Ce travail s’intègre dans le cadre du programme européen COMET (7ième PCRD EURATOM) et vise à évaluer les réponses épigénétiques (particulièrement la méthylation de l’ADN), lors d’expositions chroniques à de faibles niveaux de substances radioactives.Lors d’une première expérience, les poissons zèbres (Danio rerio) ont été exposés au laboratoire à des concentrations environnementales d’uranium appauvri : 2 et 20 µg L-1. Cette expérimentation a révélé un impact sur la méthylation de l’ADN génomique, majoritairement chez les mâles exposés, croissant avec la durée et le niveau d’exposition. Lors d’une seconde expérience, nous avons observé un impact sur les profils de méthylation de la descendance issue de parents exposés, ainsi qu’une perturbation du statut transcriptomique et des dommages histologiques dans le muscle squelettique des larves issues de parents exposés.Les outils développés ont pu être appliqués à la problématique d’étude des effets biologiques induits par les radionucléides émis lors de l’accident de la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi. Les analyses réalisées sur la grenouille arboricole Japonaise (Hyla japonica) ont révélé une corrélation positive entre la dose totale de radioactivité absorbée par ces grenouilles, l’hyperméthylation de l’ADN génomique et l’augmentation des dommages à l’ADN mitochondrial.L’ensemble de ces travaux a permis de mettre en évidence la sensibilité des réponses épigénétiques chez différents organismes soumis à de faibles doses de radionucléides, qui pourraient ainsi permettre de mieux caractériser les mécanismes d’adaptation et les potentiels effets transgénérationnels induits par les radionucléides. / This work integrates within the general framework of the European program COMET (7th Framework Programme EURATOM) and aims to assess the epigenetic responses (particularly DNA methylation), during chronic exposure to low levels of radioactive materials. During a first experiment, zebrafish (Danio rerio) were exposed in laboratory controlled conditions to environmentally relevant concentrations of depleted uranium: 2 and 20 µg L-1. This experiment allowed an impact on the genomic DNA methylation to be demonstrated, mainly in exposed males, which increased with the duration and level of exposure. In a second experiment, we observed an impact on DNA methylation patterns in the progeny of exposed parents, as well as a perturbation of transcriptomic, and histological damage in larvae skeletal muscle from exposed parents.The methods developed were applied to the second context focusing on the study of biological effects induced by radionuclides emitted following the Fukushima Daiichi nuclear power plant accident. The analyses performed on the Japanese tree frog (Hyla japonica) revealed a positive correlation between the total dose of radiation absorbed by these frogs, hypermethylation of genomic DNA as well as increasing damage to mitochondrial DNA.This work highlighted the sensitivity of epigenetic responses in different biological models exposed to low levels of radionuclides, and could be used to further characterize adaptation mechanisms and potential transgenerational effects induced by radionuclides.

Le choix du partenaire sexuel est l'une des décisions les plus importantes auxquelles sont confrontés les animaux au cours de leur vie. Une manière pour un individu de choisir un partenaire sexuel est de copier le choix de ses congénères. Bien que décrit dans différentes espèces de vertébrés et chez la Drosophila, ce processus d'imitation du choix du partenaire reste malgré tout peu compris. L'objectif de ma thèse a été d'étudier la capacité des femelles à choisir leur partenaire sexuel par imitation dans deux espèces de poisson, le poisson zèbre (Danio rerio) et la Gambusie de l'Est (Gambusia holbrooki), et d'étudier si cette capacité des femelles à imiter est corrélée à leur personnalité, plus particulièrement à leur caractère sur l'axe timide-audacieux. Les femelles poisson zèbre et G. holbrooki ont une préférence naturelle pour les grands mâles. Afin d'évaluer leur capacité à imiter, nous avons testé si, comme décrit dans d'autres espèces de poissons, les femelles augmentent leur préférence pour le petit male après avoir observé le grand male seul et le petit mâle en interaction avec une autre femelle. Nous n'avons pas pu mettre en évidence une tendance à imiter le choix de ses congénères chez des femelles poisson zèbre, suggérant que ce modèle n'est pas adapté pour étudier les mécanismes cognitifs sous-tenant le processus d'imitation du choix du partenaire (Article 1, Chapitre 2). Afin d'évaluer leur caractère exploratoire-audacieux, nous avons testé le comportement de ces mêmes femelles poisson zèbre dans un labyrinthe toutes les deux semaines, cinq fois de suite. Bien que nous ayons trouvé une répartition claire des individus le long de l'axe timide-audacieux dans le premier test, nous n'avons cependant pas pu détecter une répétabilité des comportements individuels à travers les tests suivants. Ceci était sans doute du au fait qu'après le premier test de personalité dans le labyrinthe, les femelles avaient appris que ce labyrinthe ne contenait aucun attracteur (alimentation ou congénère), ce qui les conduisaient à bouger de moins en moins dans le labyrinthe. Ainsi, bien que les traits de personnalité doivent persister au fil du temps, nos données suggèrent que la répétabilité des mesures dans un même test pourrait être faussée par l'apprentissage et l'habituation (Article 2, Chapitre 3). Finalement, nos données sur les femelles Gambusie de l'Est suggèrent que la capacité à imiter le choix d'un partenaire sexuel est liée à la personnalité des femelles: comme anticipé, seules les femelles timides, et non les plus audacieuses, montrent une réelle capacité à imiter le choix de leurs congénères femelles. Ce comportement des femelles timides est maximum lorsque la différence de taille entre les mâles est comprise entre 10% et 25%. Enfin, l'imitation du choix du partenaire semble également être affectée par la pression atmosphérique au moment de l'expérience, les femelles étant plus susceptibles d'imiter leurs congénères lorsque la pression de l'air augmente, en prévision de condition climatique favorable. Si nous avions ignoré ces effets confondants (personnalité, différence relative de taille des mâles attracteurs et pression atmosphérique), nous n'aurions pas détecté le comportement d'imitation du choix du partenaire sexuel chez la gambusie. Nous concluons qu'il est important de prendre en compte de tels effets confondants dans l'étude du comportement d'imitation du choix du partenaire social chez les autres espèces (Article 3, Chapitre 4). / Le choix du partenaire sexuel est l'une des décisions les plus importantes auxquelles sont confrontés les animaux au cours de leur vie. Une manière pour un individu de choisir un partenaire sexuel est de copier le choix de ses congénères. Bien que décrit dans différentes espèces de vertébrés et chez la Drosophila, ce processus d'imitation du choix du partenaire reste malgré tout peu compris. L'objectif de ma thèse a été d'étudier la capacité des femelles à choisir leur partenaire sexuel par imitation dans deux espèces de poisson, le poisson zèbre (Danio rerio) et la Gambusie de l'Est (Gambusia holbrooki), et d'étudier si cette capacité des femelles à imiter est corrélée à leur personnalité, plus particulièrement à leur caractère sur l'axe timide-audacieux. Les femelles poisson zèbre et G. holbrooki ont une préférence naturelle pour les grands mâles. Afin d'évaluer leur capacité à imiter, nous avons testé si, comme décrit dans d'autres espèces de poissons, les femelles augmentent leur préférence pour le petit male après avoir observé le grand male seul et le petit mâle en interaction avec une autre femelle. Nous n'avons pas pu mettre en évidence une tendance à imiter le choix de ses congénères chez des femelles poisson zèbre, suggérant que ce modèle n'est pas adapté pour étudier les mécanismes cognitifs sous-tenant le processus d'imitation du choix du partenaire (Article 1, Chapitre 2). Afin d'évaluer leur caractère exploratoire-audacieux, nous avons testé le comportement de ces mêmes femelles poisson zèbre dans un labyrinthe toutes les deux semaines, cinq fois de suite. Bien que nous ayons trouvé une répartition claire des individus le long de l'axe timide-audacieux dans le premier test, nous n'avons cependant pas pu détecter une répétabilité des comportements individuels à travers les tests suivants. Ceci était sans doute du au fait qu'après le premier test de personalité dans le labyrinthe, les femelles avaient appris que ce labyrinthe ne contenait aucun attracteur (alimentation ou congénère), ce qui les conduisaient à bouger de moins en moins dans le labyrinthe. Ainsi, bien que les traits de personnalité doivent persister au fil du temps, nos données suggèrent que la répétabilité des mesures dans un même test pourrait être faussée par l'apprentissage et l'habituation (Article 2, Chapitre 3). Finalement, nos données sur les femelles Gambusie de l'Est suggèrent que la capacité à imiter le choix d'un partenaire sexuel est liée à la personnalité des femelles: comme anticipé, seules les femelles timides, et non les plus audacieuses, montrent une réelle capacité à imiter le choix de leurs congénères femelles. Ce comportement des femelles timides est maximum lorsque la différence de taille entre les mâles est comprise entre 10% et 25%. Enfin, l'imitation du choix du partenaire semble également être affectée par la pression atmosphérique au moment de l'expérience, les femelles étant plus susceptibles d'imiter leurs congénères lorsque la pression de l'air augmente, en prévision de condition climatique favorable. Si nous avions ignoré ces effets confondants (personnalité, différence relative de taille des mâles attracteurs et pression atmosphérique), nous n'aurions pas détecté le comportement d'imitation du choix du partenaire sexuel chez la gambusie. Nous concluons qu'il est important de prendre en compte de tels effets confondants dans l'étude du comportement d'imitation du choix du partenaire social chez les autres espèces (Article 3, Chapitre 4).