La fumée de tabac contient plusieurs substances carcinogènes qui mènent à la formation constante de petites quantités de dommages à l'ADN dans les poumons des fumeurs ainsi que des non-fumeurs exposés à la fumée environnementale de tabac. La 4-(méthylnitrosamino)-1-(3-pyridyl)-1-butanone (NNK) est l'une de ces substances et elle semble plus particulièrement associée avec le développement des adénocarcinomes, la forme de cancer pulmonaire dont l'incidence progresse le plus rapidement ces dernières années. Dans les cellules pulmonaires, la NNK est bioactivée via des cytochromes P450 en intermédiaires réactifs capables de méthyler ou de pyridyloxobutyler l'ADN. Les dommages résultant de ces deux modes d'activation de la NNK peuvent être investigués séparément en utilisant des analogues qui génèrent sélectivement l'un ou l'autre type d'intermédiaires réactifs. Le test des comètes est une technique simple, très sensible et couramment utilisée pour étudier au niveau cellulaire les dommages à l'ADN qui sont peu fréquents. Les travaux présentés dans cette thèse montrent que certains des dommages résultant de l'activation de la NNK peuvent être investigués de manière spécifique à l'aide de cette technique, et ce à des fréquences de dommages qui se rapprochent de celles correspondant à une exposition réelle à la fumée de tabac. Parmi ces dommages, un type d'adduits encore inconnu associé à la pyridyloxobutylation de l'ADN a pu être mis indirectement en évidence. Il s'agit vraisemblablement de la forme formamidopyrimidine (fapy) d'une lésion primaire formée dans les cellules. La vitesse de réparation d'un type de dommage influe sur le risque qu'il a d'être impliqué dans la transformation maligne des cellules. La disparition des dommages dans le temps a pu être suivie avec le test des comètes afin d'investiguer la réparation dans des cellules capables ou pas de bioactiver la NNK. Le suivi post-traitement des dérivés fapy associés à la pyridyloxobutylation de l'ADN, a montré un phénotype ne dépendant pas du type cellulaire mais plutôt du statut de p53 dans les cellules. En effet, au lieu de diminuer après la fin du traitement, la fréquence des adduits fapy dans les fibroblastes augmente dans un premier temps et ce, seulement dans les cellules ayant une protéine p53 fonctionnelle. La nature de ce phénotype particulier n'est pas clairement identifiée, mais elle est vraisemblablement liée à la réparation des dommages à l'ADN. / Tobacco smoke contains several carcinogens that lead to the frequent formation of rare DNA damage in lungs of smokers. 4-(Methylnitrosamino)-1-(3-pyridyl)-1-butanone (NNK) is one of these substances that seems more particularly associated with the development of adenocarcinoma. During the last 30 years, the frequency of this lung cancer type has increased significantly. In lung cells, cytochromes P450 can bioactivate NNK into reactive species capable of either methylating or pyridyloxobutylating DNA. The use of analogs capable of generating only one type of NNK-associated reactive species allows to investigate methylation and pyridyloxobutylation separately. The comet assay is a simple and sensitive technique that is commonly used to investigate low frequency DNA damage at the cellular level. The work presented here show how some of the NNK-related DNA damage can be investigated specifically with this technique at damage frequencies that are relevant to a real exposure to cigarette smoke. One of the adduct type resulting of DNA pyridyloxobutylation that we studied here had never been demonstrated before. It corresponds likely to the formamidopyrimidine (fapy) form of a lesion primarily formed in cells. The repair rate of a damage type influences the probability that it has to be implicated in mutagenesis. The time course of different damage types was documented with the comet assay in order to investigate the repair of NNK-related damage in different cell types that can either bioactivate NNK or not. When the fapy adducts associated with pyridyloxobutylation were investigated post-treatment, their time course did not depend on the cell type but showed a p53-dependant phenotype. In fact, instead of decreasing because of repair, the frequency of these fapy adducts in fibroblasts first increased post-treatment and this increase seemed associated with p53 proficiency. The cause of this phenotype is not clearly elucidated but it should be related to DNA damage repair.

L'évolution des espèces est régie par les modifications stochastiques qui ont eu lieu au niveau du code génétique -l'ADN -composé d'une suite de petites molécules (les nucléotides). Selon l'ampleur de ces évènements, il y a d'abord des modifications à petite échelle, impliquant quelques nucléotides -les insertions, délétions et substitutions. Due à l'impossibilité actuelle de différencier les insertions des délétions, on les appelle communément indels. D'un autre coté, il ya des modifications à grande échelle -impliquant parfois des grandes régions génomiques ou des chromosomes. Les modifications à grande échelle les plus fréquentes sont: les duplications, translocations, inversions et délétions. Au cours de ce projet, nous avons développé une méthode de génomique comparée, capable de relier l'information épidémiologique, comme la carcinogenicité et l'invasivité des souches, aux séquences génomiques. Cette méthode permet de détecter des régions statistiquement significatives à analyser plus en détail par des biologistes, tout en étant capable de discriminer ce seuil à l'aide du calcul des p-values. Nous avons utilisé cette méthode dans l'étude du virus du papillome humain et de la bactérie Neisseria Meningitidis, bactérie responsable de la méningite. Pour le virus du papillome humain, notre méthode a été capable de détecter le domaine PDZ, une région du gène E6, qui est une condition sine qua non de la carcinogenicité du produit de ce gène. Au cours des analyses phylogénétiques de cette famille nous avons trouvé une corrélation statistiquement significative entre les événements à petite échelle et les données épidémiologiques. Par la suite nous avons proposé une séquence de tests pour orienter l'analyse statistique de cette corrélation. Nous avons également remarqué que la carcinogenicité est généralement monophylétique, donc issue d'un ancêtre commun. L'arbre phylogénétique inféré est le premier basé sur les génomes entiers, ce qui a permis d'étudier la variabilité des topologies de gènes par rapport à celle du génome. Pour la bactérie Neisseria Meningitidis nous avons montré qu'il est possible de syntoniser les fonctions de discrimination, pour établir la différence entre les régions responsables du maximum d'invasivité et celles qui ont un rôle structural dans ce processus, détection des structures moléculaires connues (i.e. les anses extra cellulaires, dans notre cas). Les résultats de nos travaux ont permis la mise à la disposition de la communauté internationale de deux bases de données, pour le VPH et le Neisseria, respectivement. Ces bases contiennent des régions candidates à être analysées en laboratoire par des biologistes. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Algorithme pour la détection des régions carcinogènes, Événements évolutionnaires, Analyse de redondance, Arbre phylogénétique, Conception de vaccin, Mutations, Invasivité, Neisseria Meningitidis, Virus du papillome humain.

Les facteurs impliqués dans la carcinogenèse mammaire sont nombreux et l'environnement semble jouer un rôle très important. Nous avons constitué un mélange d'organochlorés dont la composition ressemble à celle de mélanges de contaminants présents chez l'humain, et évalué ses propriétés endocriniennes et sa capacité à stimuler la prolifération de cellules tumorales mammaires. Dans une première étude nous avons évalué le potentiel du mélange sur l'induction d'un gène rapporteur contrôlé par des promoteurs spécifiques aux récepteurs des estrogènes, des androgènes ou des hydrocarbures aromatiques. Nous avons ensuite comparé les résultats à ceux obtenus avec les composantes du mélange testées individuellement afin de comprendre leur influence sur l'effet global. Nous avons observé que le mélange possède des propriétés estrogéniques, antiandrogéniques et semblables à celles de la dioxine. Lors de notre seconde étude, nous nous sommes intéressés au potentiel du mélange sur la prolifération de plusieurs lignées cellulaires. Chez les cellules MCF-7 le mélange induit une augmentation draconienne de la prolifération. Nous avons aussi remarqué que le mélange diminuait la prolifération des cellules non hormono-dépendantes ou des cellules CAMA-1 en présence d'estrogènes. Toutefois en présence d'androgènes et d'estrogènes, le mélange induit une augmentation puis une diminution de la prolifération en fonction de la concentration du mélange dans le milieu de culture. La troisième partie de notre étude fut réalisée pour investiguer les mécanismes de prolifération cellulaire qui sont affectés par le p, p'-DDE, une des principales composantes du mélange. Nous avons observé que ce composé ubiquitaire peut accélérer le processus de prolifération cellulaire en utilisant comme modèle les cellules tumorales du sein CAMA-1 et MCF-7-AR1. Nos résultats suggèrent qu'en bloquant le récepteur des androgènes, le p, p'-DDE interfère dans le contrôle de la prolifération des cellules tumorales mammaires en accroissant l'entrée des cellules en phase S du cycle cellulaire via l'expression de la cycline D1. Nos résultats appuient donc ceux de certaines études épidémiologiques suggérant une association positive entre le cancer du sein et les organochlorés, plus particulièrement avec le p, p'-DDE. Une contribution additionnelle des autres contaminants de l'environnement ne peut être écartée car l'ensemble des résultats obtenus montre que plusieurs des substances testées ont des effets endocriniens.

Alveolar macrophages (AM) play an important role in pulmonary homeostasis by their cellular functions which include inflammatory mediator production and cytotoxic activity. Epithelial cells are known for their role as a physical barrier, gas exchange and ion and fluid transport. However, they can also initiate the pulmonary immune response by secreting many inflammatory mediators. The functions of these two cell types are affected by cigarette smoke, which is composed of more than 4 000 compounds, 20 of which are known to be pulmonary carcinogens. One of these carcinogens, 4-(methylnitrosamino)-l- (3-pyridyl)-l-butanone (NNK), has a strong specificity for pulmonary tissues. This compound also has an immunomodulatory effect on AM mediator production. Many metabolic pathways of NNK performed by AM may be responsible for the immunomodulatory effects observed. We investigated these pathways to characterize the major one implicated in the effects of NNK on AM. We also studied the implication of NNK on cytotoxic activity of AM against tumoral cells. Knowing the importance of epithelial cells in the pulmonary immune response, we investigated the effect of NNK on these cells at the bronchial and alveolar level and identified the major pathway implicated. Our study showed that the a-methylhydroxylation pathway is responsible for the immunomodulatory effects on AM and epithelial cells. NNK, like cigarette smoke, inhibits AM cytotoxicity. This study indicates that NNK modulates cellular function of both AM and epithelial cells. Cell-cell communication between these two cell types being a leading event in the pulmonary immune response, we investigated the effect of NNK on this communication. This study, specific to NNK's modulatory effect on immune response, shows the global effect of NNK at the pulmonary level. This study also reports that NNK carcinogenic mechanism may involved the inhibition of defence pulmonary mechanisms in addition to forming DNA adducts. / Plusieurs cellules pulmonaires, dont les macrophages alvéolaires (MA) et les cellules épithéliales, peuvent être affectées par une exposition à la fumée de cigarette. Les MA sont responsables de l'intégrité immunologique du poumon de par leurs nombreuses fonctions dont la production de médiateurs inflammatoires et leur activité cytotoxique. Les cellules épithéliales sont reconnues pour leur rôle de barrière physique, les échanges gazeux ainsi que le transport ionique et liquidien, mais elles peuvent aussi initier la réponse immune pulmonaire en sécrétant différents médiateurs inflammatoires. La fumée de cigarette contient plus de 4000 composants, dont une vingtaine sont des cancérigènes pulmonaires, dont la 4-(methylnitrosamino)-l-(3-pyridyl)-l-butanone (NNK). Plusieurs voies d'activation métabolique de la NNK sont présentes chez les MA et peuvent expliquer l'effet immunomodulatoire de ce cancérigène sur ces cellules. Nous avons caractérisé la voie d'activation métabolique majeure de la NNK impliquée dans la modulation de ce composé chez les MA en plus d'étudier son effet sur l'activité cytotoxique des MA envers les cellules tumorales. En plus de déterminer la voie principale d'activation métabolique de la NNK chez les cellules épithéliales, nous avons aussi investi gué l'effet de la NNK sur la production de médiateurs inflammatoires par les cellules épithéliales bronchiques et alvéolaires,. Cette étude démontre que la voie d'a-méthylhydroxylation de la NNK est responsable de l'effet immunomodulateur de celle-ci sur les MA et sur les cellules épithéliales. La NNK, comme la fumée de cigarette, inhibe l'activité cytotoxique des MA. Cette inhibition pourrait contribuer à la survie et à la prolifération des cellules tumorales. La communication cellule-cellule entre les MA et les cellules épithéliales joue un grand rôle dans l'initiation de la réponse immune pulmonaire. Pour démontrer l'effet de synergie de cette communication sur la production de cytokines dans les co-cultures, nous avons exposé des co-cultures de MA et de cellules épithéliales alvéolaires à la NNK. Cette étude, spécifique au pouvoir immunomodulatoire de la NNK sur la réponse immune, précise davantage l'effet global que ce composé peut avoir au niveau pulmonaire. Cette étude indique que la NNK pourrait contribuer au développement des cellules tumorales en inhibant les défenses cellulaires de l'organisme face à ces cellules en plus d'induire la formation d'adduits d'ADN et l'inhibition de la réparation de l'ADN.

Les niveaux élevés des facteurs de croissance analogues à l'insuline (Insulin-like Growth Factors; IGF) I et II ont été associés à un risque élevé de cancer du colon/rectum, du poumon et de la prostate. Dans une étude observationnelle prospective de 4855 hommes adultes, nous avons testé cette hypothèse. Après 9 ans de suivi, 26 cas de cancer colorectal, 21 cas de cancer du poumon et 101 cas de cancer de la prostate sont survenus. Les rapports de cotes (RC) et leurs intervalles de confiance (IC) à 95% obtenus par régression logistique en comparant la moitié supérieure à la médiane à l'autre moitié sont, pour l'IGF-I, de 0,68 (IC à 95%=0,28-l,66), de 0,76 (IC à 95%=O,35-l,7O) et de 0,94 (IC à 95%=0,63-l,40) et, pour l'IGF-II, ils sont de 0,93 (IC à 95%=0,39-2,19), de 1,01 (IC à 95%=0,47-2,19) et de 0,97 (IC à 95%=0,66-l,45), respectivement pour le cancer du poumon, du colon/rectum et de la prostate. Ces résultats suggèrent que les niveaux plasmatiques élevés des IGF-I et II ne sont pas associés à un risque élevé de chacun des 3 cancers. / High levels of Insulin-like Growth Factor-I (IGF-I) and IGF-II have been associated with an increased risk of colorectal, lung and prostate cancer. To test this hypothesis, we conducted an observational prospective study of 4855 adult men. After a 9-year follow-up period, 26 colorectal cases, 21 lung cancer cases, and 101 prostate cancer cases were diagnosed. The odds ratios and their confidence intervals obtained by logistic regression comparing the upper half to the lower half of the distribution were 0,68 (95% CI=0,28-l,66), 0,76 (95% CI=0,35-l,70), and 0,94 (95% CI=0,63-l,40) for IGF-I and 0,93 (95% CI=0,39-2,19), 1,01 (95% CI=0,47-2,19), and 0,97 (95% CI=0,66- 1,45) for IGF-II, for lung cancer, colorectal cancer, and prostate cancer, respectively. These results suggest that high levels of IGF-I and IGF-II are not associated with an increased risk of any of these three cancers.