Puisque l'utilisation des pesticides augmente dans la pratique agricole (Gorse, 2015), il est inévitable que nous allons retrouver ces contaminants dans l'eau de surface qui se trouve à proximité des zones d'épandage. Il est certain que les pesticides ont plusieurs manières d'affecter notre organisme. Cependant, l'effet de ces pesticides sur les différents mécanismes cellulaires est peu étudié. En effet, il est connu que certains pesticides permettent l'activation de gènes régulés par le récepteur à l'hydrocarbure d’aryle (AhR), mais il n'y a peu de documentation par rapport à leur effet sur les dommages à l'ADN. De plus, ces pesticides sont la plupart du temps utilisés en combinaison lors de leur utilisation agricole, mais il n'y a quasiment aucune étude qui est faite sur leurs effets lorsqu'ils sont en combinaison. Ainsi, mon projet de maîtrise se base sur l'hypothèse que certains contaminants présents dans l’environnement ainsi que dans les eaux de surface peuvent, à court et à long terme, perturber deux voies cellulaires, soit celle du récepteur à l'hydrocarbure d’aryle et celle de p53. Pour la première partie de mon projet, je me suis intéressée principalement aux gènes CYP1A1 et CYP1B1, deux enzymes impliquées dans le métabolisme de ces contaminants environnementaux dont l'expression est régulée par AhR. L'activation de ces deux gènes a été mesurée suite à un traitement avec différents ingrédients actifs seuls à haute concentration ou en combinaison à faible concentration. Nous avons démontré que chacun des ingrédients actifs séparément permettent l'activation d’AhR. En plus, lorsque nous les combinons, nous observons une activation synergique d’AhR pour la plupart des combinaisons. Ainsi, leur effet en combinaison est beaucoup plus grand que celui qu'ils ont lorsqu'ils sont seuls. Nous avons aussi déterminé que les pesticides seuls ainsi que les combinaisons permettaient l'observation de l’interaction croisée entre AhR et le récepteur à l'oestrogène (ER[alpha]). Pour la deuxième partie de mon projet, j'ai vérifié si les pesticides utilisés à haute concentration ainsi que les différentes combinaisons à faible concentration entraînent l’activation du point de contrôle des dommages à l’ADN. Le carbaryl, le linuron et le bromoxynil sont les trois seuls pesticides permettant l’activation de ce point de contrôle à haute concentration. Toutes les combinaisons de pesticides à faibles concentrations ne permettent pas l’activation de ce point de contrôle. Ainsi, tous les pesticides testés à haute concentration permettent l’activation d’AhR, mais seulement certain d’entre eux permettent l’activation du point de contrôle des dommages à l’ADN. Cela montre donc que les pesticides ont plusieurs cibles dans la cellule et que selon le pesticide étudié, les cibles changent. La dernière partie de mon projet consistait à vérifier l’impact sur AhR des contaminants environnementaux présent dans la rivière Saint-François le 26 septembre 2016 sur AhR. Les contaminants ont été extraits et concentrés avant d'être testés sur des cellules en culture. Les contaminants présents dans l'eau de rivière permettent l'activation d’AhR. En conclusion, mes études permettent de mieux comprendre l'effet de ces cinq pesticides sur ces deux mécanismes cellulaires. Des études plus approfondies sont nécessaires afin de comprendre l'ensemble des mécanismes affectés par ces pesticides

Nous avons souhaité, dans ce travail de Thèse, préciser l'impact de l'invalidation d'AIP sur la fonction sécrétoire et la prolifération des cellules somatotropes in vivo et explorer in vitro les voies de signalisation potentiellement impliquées dans la tumorigenèse hypophysaire AIP-dépendante. L'analyse du phénotype des souris Aip+/-, en particulier de la sécrétion pulsatile de GH, montre que, contrairement à l'Homme, les animaux mutés ne développent pas de gigantisme ni d'hypersécrétion de GH et que la pénétrance de la pathologie tumorale hypophysaire est beaucoup plus faible qu'initialement décrit. Les études réalisées sur les fibroblastes de patients mutés pour AIP et porteurs d'un adénome hypophysaire ainsi que sur les cellules somatolactotropes de rat GH3 révèlent que les mutations d'AIP altèrent l'activité transcriptionnelle d'AhR (Aryl hydrocarbon Receptor), mais affectent également la voie de signalisation de l'AMPc. Enfin, des mutations germinales du gène GPR101, récemment identifiées dans des cas d'acromégalie sporadique, ont aussi été trouvées chez des patients porteurs d'un adénome hypophysaire sporadique non somatotrope, sans association avec les mutations d'AIP. Ce travail a ainsi permis de préciser les conséquences des mutations d'AIP sur la fonction somatotrope et la signalisation d'AhR. Le rôle de l'AMPc dans la tumorigenèse hypophysaire AIP-dépendante sera évalué dans un nouveau modèle de souris transgénique. / In this work, we investigated the effects of AIP deficiency in vivo on somatotroph cells, both at the secretory and proliferative levels and explored in vitro the signaling pathways potentially involved in AIP-dependent pituitary tumorigenesis. Phenotype analyzes of Aip+/- mice, especially of GH pulsatility, show that, unlike humans, mutant mice do not develop gigantism nor GH hypersecretion and present with a much lower penetrance of pituitary adenomas than initially described. In vitro studies in fibroblasts of AIP-mutation positive patients with pituitary adenomas and in somatolactotroph GH3 cells demonstrate that AIP mutations alter AhR (Aryl hydrocarbon Receptor) transcriptional activity and modify the cAMP pathway. Finally, GPR101 mutations, recently reported in patients with sporadic acromegaly, have also been identified in a small portion of patients with sporadic non-somatotroph pituitary adenomas, without any association with AIP mutations. This research work defines the consequences of AIP mutations on somatotroph cell function and AhR transcriptional activity. The role of cAMP signaling in AIP-related pituitary tumorigenesis will be further evaluated in a new transgenic mouse model.

Environ 3500 tonnes de pesticides sont étendues chaque année sur les terres agricoles du Québec. L’utilisation de plusieurs de ces substances a été interdite, car les ingrédients actifs qui les composaient avaient des effets toxiques sur les humains et/ou l’environnement. Malheureusement, certains qui sont toujours en vente ont aussi des effets secondaires non désirables. En effet, ces molécules exogènes ont le potentiel de moduler l’activation de protéines régulatrices comme le récepteur aux dioxines (AhR). AhR active, entre autres, l’expression de gènes faisant partie de la famille du cytochrome P450 (CYP1A1 et CYP1B1) qui sont impliqués dans la détoxification. Or, dans certains cas, ces enzymes mènent à la production de molécules mutagènes en augmentant la toxicité des ingrédients actifs en les métabolisant. Le projet global dans lequel s’insère ce projet de maîtrise vise à déterminer les effets génomiques des pesticides environnementaux sur des organismes vivants en milieu naturel dans les environs de la région de l’Estrie. Les espèces choisies comme modèles d’étude sont des insectivores, car les pesticides s’accumulent dans les lipides et que les insectes en sont une excellente source. Les consommateurs d’insectes sont donc d’excellents marqueurs du niveau de contamination de leur environnement par les pesticides. Les deux espèces sélectionnées sont l’hirondelle bicolore (Tachycineta bicolor) et la grande musaraigne (Blarina brevicauda). De façon plus spécifique, le projet de maîtrise se divise en deux principaux objectifs. Le premier objectif est de valider que les pesticides présents dans l’environnement sont en concentration suffisante pour modifier la régulation génétique d’animaux en milieu naturel. Cette validation se fera en comparant le taux d’expression de CYP1A1 et CYP1B1 (suite de leur activation par AhR) chez des bêtes ayant été exposées (ou non) à des pesticides. Comme le génome des deux modèles d’étude n’est pas encore séquencé, le clonage partiel des gènes à étudier (AhR et CYP1) a été entamé de même que la conception d’amorces qui permettra de quantifier le niveau d’expression de ces gènes par des réactions en chaîne par polymérase en temps réel (qPCR). À ce jour, une partie de la séquence d’AhR, de CYP1B1 et de trois gènes contrôles ont été séquencés pour l’hirondelle, ce qui a permis de concevoir des amorces pour la quantification de l’expression d’AhR et de deux contrôles. Pour la musaraigne, ce sont les gènes AhR, potentiellement CYP1A1 et trois contrôles qui ont été séquencés partiellement et ce sont les gènes AhR et les contrôles pour lesquels des amorces sont prêtes à être utilisées pour la quantification par qPCR. Le deuxième objectif est d’observer les effets génétiques des pesticides de manière globale sur des organismes vivants. Un génome de référence est donc nécessaire pour identifier les régions qui vont être régulées (directement ou indirectement) par les polluants d’origine agricole. Pour la grande musaraigne, c’est le génome de la musaraigne commune (Sorex araneus) qui sera utilisé, car ces deux espèces sont très proches phylogénétiquement. Par contre, pour l’hirondelle bicolore, le séquençage, l’assemblage et l’annotation de son génome seront essentiels parce que les espèces d’oiseaux actuellement séquencées sont trop éloignées pour permettre l’identification des régions qui seront régulées différemment en présence de pesticides. Le séquençage a été fait et l’assemblage a permis de couvrir 55% du génome de l’hirondelle bicolore. Cependant, il est très fractionné avec un N50 de 1339 et un peu plus de 600 000 contigs. Quelques étapes restent à accomplir pour optimiser l’assemblage tel que l’élimination de la contamination (estimée à 5%). L’annotation pourra être faite lorsque l’étape précédente sera finie. Compte tenu de l’ampleur du projet, ce qui a été effectué dans le cadre de la maîtrise contribuera grandement à la bonne continuation de celui-ci. Le projet global permettra de mieux comprendre l’impact des pesticides sur des organismes sauvages.

Avec l’ère industrielle sont venus les polluants environnementaux. Ils sont de plus en plus pointés du doigt pour une variété d’effets indésirables en particulier pour leur potentiel à affecter la santé humaine. Les pesticides font partie de ces polluants et leurs usages ne font que croître depuis une vingtaine d’années. Ces produits qui servent à améliorer la production agricole en éliminant les pestes qui ravagent les récoltes sont souvent peu étudiés à long terme avant d’être homologués. L’effet perturbateur au niveau cellulaire et les effets à long terme de ces pesticides sont peu connus. Pour ce projet de maîtrise, nous avons observé l’effet de deux pesticides, l’imidaclopride et l’acide 2-methyl-4-chlorophenoxyacetic (MCPA), sur les voies de signalisation du récepteur à la dioxine (AhR) et du récepteur aux androgènes (AR). L’imidaclopride est un insecticide de la famille des néonicotinoïdes, une classe de plus en plus utilisée. Ce pesticide est surtout connu pour être en lien avec le déclin des colonies d’abeilles depuis une décennie. Le MCPA est un des herbicides les plus utilisés au Québec, il est persistant et souvent retrouvé dans les eaux de la province. Nous avons traité des cellules du cancer du sein et des cellules du cancer de la prostate avec ces pesticides et nous avons vérifié si leur présence perturbait les deux voies de signalisation cellulaire à l’étude. Le récepteur AhR est un facteur de transcription activé par un ligand. Le TCDD, une dioxine, est le meilleur ligand exogène connu à ce jour de ce récepteur. Par contre, ses ligands naturels, des dérivés du tryptophane ou des facteurs de virulence de bactéries, l’activent de façon beaucoup moins forte. Lors de l’activation de la voie AhR, les gènes CYP1A1 et CYP1B1 sont transcrits et codent pour des enzymes du cytochrome P450 qui transforment les ligands en produits plus facilement éliminables. Dans un contexte où de l’œstradiol (E2) est présent dans les cellules, il y a une interaction croisée entre le récepteur à l’œstrogène (ER) et le récepteur AhR, qui fait en sorte que l’expression de CYP1A1 est réprimée. Cela se traduit en un ratio d’enzyme CYP1A1 à CYP1B1 différent qui pourrait augmenter la possibilité d’une accumulation de métabolites génotoxiques. En effet, CYP1B1 hydroxyle le ligand d’AhR mais aussi l’œstradiol en 4-hydroxyœstradiol (4-OHE), dont l’accumulation peut amener des mutations dans l’ADN alors que l’enzyme CYP1A1 l’hydroxyle en 2-hydroxyœstradiol (2-OHE), qui n’as aucun effet néfaste répertorié sur la cellule. Dans les cellules du cancer du sein, le MCPA appliqué en champs induisait fortement l’expression de CYP1B1 comparable à l’échantillon traité au témoin positif (TCDD), alors que CYP1A1 l’était que très légèrement par rapport au témoin non-traité. Au niveau protéique, CYP1A1 n’était qu’exprimée dans le témoin positif (TCDD) et ce, en quantité moindre lorsqu’il y avait présence d’œstradiol. CYP1B1 était fortement exprimée dans l’échantillon de TCDD, ce qui était attendu, mais aussi dans tous les échantillons traités au MCPA de NuFarm. Ces effets ne sont pas notés avec l’ingrédient actif du MCPA. La présence d’un ou plusieurs autres produits ajoutés dans le MCPA de la compagnie NuFarm en combinaison avec l’ingrédient actif pourrait activer la voie de signalisation d’AhR et causer ce débalancement dans l’expression des gènes CYP1A1 et CYP1B1. Nos résultats indiquent que plusieurs concentrations de l’ingrédient actif de l’imidaclopride ne perturbe pas les voies cellulaires d’AhR ni AR, alors que, le MCPA perturbe ces deux voies cellulaires. Par contre, c’est seulement celui produit par la compagnie NuFarm qui est utilisé en champs. Cette formulation appliquée en terrain agricole inclut l’ingrédient actif ainsi que les antigels, les surfactants et les adjuvants qui permettent au produit d’être plus efficace. L’ingrédient actif du MCPA seul n’affectait pas les deux voies. Le récepteur aux androgènes (AR) est aussi un facteur de transcription qui se lie à l’ADN afin de réguler l’expression des gènes et il est particulièrement important pour le développement et le maintien du phénotype masculin. Depuis une vingtaine d’années, des problèmes de baisse de libido et de fertilité s’accentuent dans notre société et semblent être reliés à la baisse de testostérone des hommes (Travison et al. 2007). Cette molécule est d’ailleurs un des deux ligands du récepteur AR, le deuxième étant la 5-dihydrotestostérone (DHT). Le facteur environnemental plutôt que le mode de vie semble être un facteur déterminant dans l’étude qui portait sur ce déclin. Les pesticides ont déjà été soupçonnés pour avoir un potentiel anti-androgénique, mais aucune étude ne fait un lien de causalité direct. Dans le projet de maitrise présenté dans ce document, l’expression des gènes marqueurs PSA (antigène spécifique de la prostate) et PCA3 (antigène du cancer de la prostate) a été quantifiée pour savoir si les pesticides ont un effet perturbateur sur la voie du récepteur AR. Dans les cellules du cancer de la prostate, l’expression de PSA et PCA3 était semblable au non-traité dans l’échantillon traité au MCPA (NuFarm), et ce, même après l’ajout de DHT, qui active l’expression de ces deux gènes. Cette fois-ci, l’ingrédient actif seul faisait en sorte que les deux gènes marqueurs étaient moins exprimés lors de l’ajout de la DHT, par rapport au témoin. Il semblerait que l’ingrédient actif est à la base de ce changement d’expression de nos gènes marqueurs. Donc, le MCPA pourrait avoir un effet anti-androgénique dans les cellules du cancer de la prostate. Donc, le MCPA est un pesticide qui affecte les voies de signalisation cellulaires AhR et AR. Il est particulier de noter que le pesticide appliqué en champ perturbe nettement plus les voies cellulaires. Il sera important de continuer à étudier les effets des pesticides sur l’homme au niveau cellulaire et de comprendre comment ils pourraient contribuer au développement du cancer.

Chronically contaminated killifish from Newark Bay (NB) NJ, and New Bedford Harbor (NBH) MA, have developed resistance to halogenated aromatic hydrocarbons that bind to and activate the aryl hydrocarbon receptor (AHR). To study the mechanisms of resistance, adult killifish were exposed to halogenated and non-halogenated AHR ligands and enzymatic and toxicological endpoints were measured in adult and embryonic fish. The chlorinated and non-chlorinated AHR ligands 3,34,4-tetrachlorobiphenyl (PCB77) and benzo-a-pyrene (B[a]P) induced cytochrome P450 1A (CYP1A) in reference site, but not in NB killifish. Expression of CYP3A (not part of the AHR gene battery) was inducible only in Flax Pond killifish. Basal expression of the phase II enzyme glutathione-s-transferase (GST) was higher in NB killifish. These results suggest that NB killifish are resistant to CYP1A induction by chlorinated and non-chlorinated AHR ligands. Higher basal GST activity observed in NB killifish could be protective against toxicity caused by contaminants found in this site. Activation of AHR and induction of CYP1A, by AHR ligands has been associated with the toxic effects caused by these chemicals. To determine the association between resistance to CYP1A induction and the toxicity caused by AHR ligands, CYP1A activity, developmental deformities and reactive oxygen species (ROS) production were measured in reference site and contaminated (NB and NBH) killifish embryos exposed to AHR ligands. 3,34,45-pentachlorobiphenyl (PCB126) and 3-methylcholantherene (3-MC) induced CYP1A, and ROS production in reference site embryos. NB and NBH embryos were resistant to PCB126 induction of CYP1A, but responded to 3-MC. Killifish embryos from NB and NBH were resistant to PCB126 induced deformities. PCB126 and 3-MC did not increase ROS production in NB or NBH killifish embryos. Alpha-naphthoflavone (ANF) (an AHR/CYP1A inhibitor) blocked PCB126 mediated deformities and CYP1A induction in reference site embryos, but increased ROS production. The P450 inhibitor, piperonyl butoxide (PBO) was able to block PCB126 mediated induction of CYP1A activity and ROS production. These results suggest that PCB126 induced deformities are dependent on activation of AHR and CYP1A induction. In chronically contaminated killifish populations, loss of sensitivity to coplanar PCBs and PAHs could be through reduced expression of AHR, or altered DNA sequence or methylation status of the CYP1A gene promoter. Hepatic AHR expression, measured by photoaffinity labeling, was lower in NB killifish than reference site animals, suggesting that NB killifish express less AHR protein. DNA sequence analysis did not reveal considerable differences between contaminated and reference site populations, however additional DNA fragments were observed in some promoters but not in others. The methylation of the CYP1A promoters was studied using methylation sensitive restriction enzymes and no differences were detected between reference site and NB killifish. Treatment with the DNA methyltransferase inhibitor AzaC did not restore CYP1A induction by PCB126 in NB killifish. These studies suggest that resistance to activation of AHR and induction of xenobiotic activating enzymes (CYP1A and CYP3A) in combination with increased expression of conjugating enzymes (GST) protects chronically contaminated killifish against these chemicals.

Atherosclerosis is a chronic inflammatory disease thought to be initiated by endothelial cell dysfunction. Research described in this dissertation is focused on the role of zinc deficiency in endothelial cell activation with an emphasis on the function of the transcription factors nuclear factor-κB (NF-κB), peroxisome proliferator activated receptor (PPAR), and the aryl hydrocarbon receptor (AhR), which all play critical roles in the early pathology of atherosclerosis. Cultured porcine aortic vascular endothelial cells were deprived of zinc by the zinc chelator TPEN and/or treated with the NF-κB inhibitor CAPE or the PPARγ agonist rosiglitazone, followed by measurements of PPARα expression, cellular oxidative stress, NF-κB and PPAR DNA binding, COX-2 and E-selectin expression, and monocyte adhesion. Cellular labile zinc deficiency increased oxidative stress and NF-κB DNA binding activity, and induced COX-2 and Eselectin gene expression, as well as monocyte adhesion in endothelial cells. CAPE significantly reduced the zinc deficiency-induced COX-2 expression, suggesting regulation through NF-κB signaling. PPAR can inhibit NF-κB signaling. Zinc deficiency down-regulated PPARα expression and PPAR DNA binding activity in endothelial cells. Zinc deficiency compromised PPARγ transactivation activity in PPARγ and PPRE co-transfected rat aortic vascular smooth muscle cells. Furthermore, rosiglitazone was unable to inhibit the adhesion of monocytes to endothelial cells during zinc deficiency. Most of these effects of zinc deficiency could be reversed by zinc supplementation. An in vivo study utilizing the atherogenic LDL-R-/- mouse model generally supported the importance of PPAR dysregulation during zinc deficiency. LDLR-/- mice were maintained for four weeks on either zinc deficient or zinc adequate diets. Half of the mice within each zinc group were gavaged daily with rosiglitazone during the last stage of the study. Selected inflammation and lipid parameters were measured. The anti-inflammatory properties of rosiglitazone were compromised during zinc deficiency. Specifically, rosiglitazone induced inflammatory genes (MCP-1) in abdominal aorta only during zinc deficiency, and adequate zinc was required for rosiglitazone to down-regulate pro-inflammatory markers such as iNOS in abdominal aorta of the mice. Rosiglitazone significantly up-regulated liver IκBα protein expression only in zinc adequate mice. Plasma data also suggest an overall pro-inflammatory environment during zinc deficiency and support the concept that zinc is required for proper anti-inflammatory or protective functions of PPAR. Zinc deficiency also altered PPAR-regulated lipid metabolism in LDL-R-/- mice. Specifically, zinc deficiency increased plasma total cholesterol, and non- HDL (VLDL, IDL and LDL)-cholesterol. Plasma total fatty acids tended to be increased during zinc deficiency, and rosiglitazone treatment resulted in similar changes in fatty acid profile in zinc deficient mice. FAT/CD36 expression in abdominal aorta was upregulated by rosiglitazone only in zinc-deficient mice. In contrast, rosiglitazone treatment markedly increased LPL expression only in zinc-adequate mice. These data suggest that in this atherogenic mouse model treated with rosiglitazone, lipid metabolism can be compromised during zinc deficiency. AhR is another transcription factor involved in the development and homeostasis of the cardiovascular system. Cultured porcine aortic endothelial cells were exposed to the AhR ligands PCB77 or beta-naphthoflavone (β-NF) alone or in combination with the zinc chelator TPEN, followed by measurements of the AhR responsive cytochrome P450 enzymes CYP1A1 and 1B1. Zinc deficiency significantly reduced PCB77- induced CYP1A1 activity and mRNA expression, as well as PCB77 or β-NF-induced CYP1A1 protein expression, which could be restored by zinc supplementation. These data suggest that adequate zinc is required for the activation of the AhR-CYP1A1 pathway. Impairment of the AhR pathway presents an additional mechanism by which zinc deficiency negatively affects transcription factor function and homeostasis of the vascular system. Taken together, zinc nutrition can markedly modulate the pathogenesis of inflammatory diseases such as atherosclerosis.

PCB126 is the most potent agonist of the aryl hydrocarbon receptor (AhR) in the whole family of chlorinated biphenyls (PCBs), a class of persistent organic pollutants that are classified as probable human carcinogens. It exerts systematic toxicities in animals mainly through the AhR pathway and generates cellular oxidative stress which might damage cellular macromolecules. The goal of this thesis is to elucidate the mechanisms of PCB126 toxicity in the aspect of AhR-related oxidative stress. Reactive superoxide radicals could be generated as the result of electron leakage in the catalytic cycles of cytochrome P450 (CYP) enzymes which are super-induced by sustained AhR activation in response to PCB126. In addition, the disruption of mitochondrial electron transport chain caused by AhR ligands also contributes to the production of superoxide radicals. Correspondingly in this thesis, the impact of PCB126 on the expression of the recently-discovered, TCDD-inducible microsomal CYP2S1 enzyme was studied. Then the regulation of mitochondrial antioxidant enzyme MnSOD in response to PCB126 was investigated. Lastly, a microarray study on classic AhR ligands of β-naphthoflavone and 3-methylcholanthrene was conducted to explore possible mechanisms of AhR-associated toxicities and to find explanations for the regulation of CYP2S1 as well as MnSOD after PCB126 exposure. It was found that CYP2S1 was only weakly or not at all regulated by PCB126 in rats. As for MnSOD, although its messenger and protein levels were induced by PCB126, its enzymatic activity was significantly reduced in the liver, probably through post-translational mechanisms. Although dietary manganese supplementation did not reverse the loss of MnSOD activity due to PCB126 exposure, it significantly protected against liver hypertrophy caused by PCB126. Microarray study results were consistent with previous findings and indicated that in addition to changed expression of a number of CYPs, metal homeostasis as well as mitochondria functions were also affected by AhR ligands. Overall, both CYP enzymes and the mitochondria contribute to the AhR-mediated toxicities of PCB126 that are associated with a disturbance of cellular redox homeostasis.

Notre laboratoire s'intéresse aux mécanismes impliqués dans la régulation de l'expression génique et plus particulièrement au rôle de la chromatine dans cette régulation. En effet, chez les eucaryotes l'ADN est compactée autour de protéines appelées histones créant ainsi des nucléosomes lesquels forment une structure plus complexe, la chromatine. Cette dernière est une barrière aux processus cellulaires touchant l'ADN dont la transcription. La compréhension de la régulation de la structure de la chromatine est essentielle pour saisir les variations de l'expression génique. Mon projet de doctorat a porté sur l'étude de la régulation des gènes cibles du récepteur aryl hydrocarbone (AhR), CYP1A1 et CYP1B1, et plus particulièrement sur le rôle du variant d'histone H2A.Z dans l'expression de ces gènes. AhR est un senseur moléculaire auquel va [i.e. vont] se lier de nombreux polluants appartenant principalement à ces deux grandes familles : les hydrocarbones aromatiques halogènes (HAH) et les hydrocarbones aromatiques polycycliques (PAH). En réponse à la liaison de ces polluants, AhR va induire l'expression de ses gènes cibles. CYP1A1 et CYP1B1 sont impliquées dans le métabolisme de l'estradiol (E2) en 2hydroxyestradiol et 4-hydroxyestradiol respectivement. Il a été proposé qu'une diminution du ratio CYP1A1/CYP1B1 soit importante pour l'initiation du cancer du sein. Au cours de mon doctorat, j'ai pu mettre en évidence un rôle du variant H2A.Z dans la régulation de l'expression de CYP1A1 et CYP1B1. J'ai aussi pu montrer que le statut de ER[alpha] déterminait l'importance de H2A.Z lors de l'induction de CYP1A1. De plus, nous avons observé que la déplétion de H2A.Z induit une augmentation de la méthylation de l'ADN au promoteur de CYP1A1. En parallèle, nous avons confirmé que ER[alpha] réprime spécifiquement l'induction de CYP1A1 sans affecter celle de CYP1B1. Nos résultats montrent qu'en présence de TCDD et d'E2, ER[alpha] et DNMT3B sont recrutés au promoteur de CYP1A1, ce qui conduit à une augmentation de la méthylation du promoteur de CYP1A1 et conséquemment à une diminution de son induction. AhR possède de nombreux ligands d'origine très variée qui peuvent être aussi bien toxiques que bénéfiques. Nous avons choisi de comparer deux de ces ligands : le TCDD et le DIM. Au cours de ces travaux, nous avons montré que le DIM utilisé à forte concentration (>50[mu]M) induit les gènes cibles de AhR (CYP1A1 et CYP1B1) mais aussi un arrêt de la croissance et la mort des cellules. À l'opposé, le traitement avec des concentrations plus faible [i.e. faibles] de DIM (10[mu]M) induit principalement les gènes cibles de ER[alpha] (TFF1 et GREB1) et la prolifération des cellules. Nous avons aussi montré que l'activation de ER[alpha] par le DIM est due à l'action de la protéine kinase A (PKA). En effet, l'inhibition de la PKA ainsi que la déplétion de ER[alpha] abolissent les effets du DIM sur l'expression de GREB1 et CYPIA1 ainsi que sur la prolifération cellulaire. En conclusion, nous avons dans un premier temps mis en évidence le rôle de deux protéines, DNMT3B et H2A.Z, dans la régulation de CYP1A1 dans les cellules MCF7. Nous avons ainsi découvert un nouveau corépresseur partenaire de ER[alpha] en DNMT3B et nous avons proposé une nouvelle façon pour ER[alpha] de promouvoir la carcinogenèse en dérégulant le ratio CYP1A1/CYP1B1. Dans un deuxième temps, nous avons montré que la concentration de DIM utilisée dans les expériences peut conduire à des résultats diamétralement opposés sur la croissance cellulaire.

The circadian clock system is essential for mammals to adapt to environmental conditions such as light-dark cycles and to manage the optimal timing for cyclical physiological processes, including sleep-wakefulness, fasting-feeding and multiple aspects of metabolism. The circadian timing system is arranged in hierarchical fashion, with the master clock in the suprachiasmatic nucleus (SCN) of the hypothalamus, acting as the pace-maker and maintaining synchrony among clocks found in every organ system throughout the body. The core molecular clock consists of two interconnected transcriptional-translational feedback loops comprising core clock components: Brain and Muscle Arnt-Like protein1 (BMAL1), Circadian Locomoter Output Cycles Kaput (CLOCK), Period (PER), Cryptochrome (CRY), Nuclear Receptor family1 D1 (REV-ERB) and Retinoic acid-related Orphan Receptor (ROR). Circadian clock disruptions, through environmental changes to light-dark cycles or through genetic modification of core clock genes cause metabolic disturbances. Aryl hydrocarbon receptor (AhR), also known as the dioxin receptor, mediates systemic metabolism and toxicity of a range of environmental contaminants. Epidemiological studies have established a positive correlation between exposure to dioxins and other synthetic organic chemicals and metabolic diseases such as diabetes and dyslipidemia. Animal research have supported these findings by showing that AhR activation has detrimental effects on glucose and lipid homeostasis. Mechanisms for AhR-mediated metabolic dysfunction remain unknown. Coincidently, both AhR and many core clock components, for example BMAL1 and CLOCK, belong to the basic helix-loop-helix/Per-Arnt-Sim (bHLH-PAS) domain family. Previous studies have linked AhR signaling to circadian rhythm. Importantly, activation of the AhR can impair transcriptional activity of the CLOCK: BMAL1 heterodimer in cultured cells. However, because the AhR is differentially expressed among the body’s tissues, its activation may have distinctive, tissue-specific effects on the hierarchical circadian clock oscillators in vivo, which have not been investigated. Therefore, this dissertation is designed to examine the short-term and long-term effects of AhR activation on circadian clocks and downstream clock-regulated metabolic pathways. Specifically, this dissertation is aimed to explore how acute and chronic activation of AhR affects rhythmic aspects of behavior, as well as clock-controlled glucose and lipid metabolism. In the acute AhR activation model, a single dose of the synthetic AhR agonist, β-Naphthoflavone (BNF), was administered to C57Bl/6J wild type mice. Circadian behavior was monitored before and after acute AhR activation. Circadian expression of core clock genes, as well as key metabolic genes in the liver, skeletal muscle and adipose tissue were examined. Compared to the vehicle group, BNF-treated mice displayed a transient loss of behavioral rhythmicity and delayed activity onset, which suggest that acute activation of AhR acts directly on the central clock, the suprachiasmatic nucleus of the hypothalamus. In contrast, circadian oscillations of core clock genes were not eliminated in the peripheral tissues (liver, skeletal muscle and adipose tissue), but changes were observed in their rhythmic amplitude or phase. Rhythms of key enzymes related to glucose and lipid metabolic pathways in the liver and adipose were decreased while those in the skeletal muscle were increased. These results indicate that acute AhR activation affects the central clock and peripheral clock differently. Moreover, acute AhR activation significantly dampened the rhythm of genes involved in lipogenesis, lipolysis and lipid storage. In the chronic AhR activation model, C57Bl6/J mice were exposed to BNF for a month to explore whether long-term AhR activation can cause bigger disruption of circadian clocks and lead to metabolic dysfunction in vivo. Unexpectedly, general circadian behavior was maintained although after each dose of BNF there was a consistent, transient loss of behavioral rhythmicity and significant phase delay (about 30 minutes) in BNF-treated mice. Liver and skeletal muscle clocks were not significantly altered after 4 doses of BNF, and the in-phase oscillations of core clock genes in liver and skeletal muscle suggested a functional SCN as well as the two peripheral clocks. However, the adipose clock was significantly disrupted. Altered clock-regulated rhythms in lipid metabolism genes are associated with impaired lipid storage functions in white adipose tissues and deregulated plasma lipids in BNF-treated mice. The results of acute and chronic AhR activation support a significant interaction of AhR with the circadian clock system. Although future studies are needed to elucidate how AhR signaling specifically interacts with the clock in different cell types, the current research establishes a model for studying the crosstalk between AhR and circadian rhythm and provides new perspectives into the mechanisms of metabolic diseases correlated with exposure to synthetic organic chemicals.

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