L’amertume fait partie intégrante de notre alimentation. Elle est par exemple fortement représentée dans certaines boissons (ex: café) ou dans certains légumes tels les crucifères. Néanmoins, la perception de l’amertume varie entre les individus et certains aliments considérés comme bénéfiques pour la santé peuvent être rejetés en raison de leur goût amer. Des facteurs génétiques (ex : polymorphisme génétique des récepteurs du goût amer) ou environnementaux (ex : âge, prise de médicaments) expliquent en partie les variations interindividuelles dans la perception de l’amertume. Cependant, d’autres facteurs péri-récepteurs pourraient intervenir, notamment la composition salivaire. Afin d’investiguer dans un premier temps le lien existant entre le protéome salivaire propre à un individu et sa sensibilité à l’amertume, le seuil de détection du goût amer de la caféine a été mesuré sur 29 hommes sains. Leur salive au repos a été étudiée par électrophorèse mono- et bidimensionnelle. L’analyse par électrophorèse bidimensionnelle de la salive au repos des 6 sujets les plus sensibles et 6 les sujets les moins sensibles à la caféine a permis la détection de 255 spots, dont 26 étaient significativement différents entre hyper- et hyposensibles. L’identification de ces 26 spots a révélé la surexpression de fragments d’alpha amylase, de fragments d’albumine sérique, et de sous-unités alpha de l’immunoglobuline A ainsi que la sous-expression de cystatine SN chez les hypersensibles. Ce dernier résultat a été confirmé par Western Blot. Ceci a permis de formuler une hypothèse sur le rôle de la protéolyse en bouche sur la sensibilité à l’amertume. Dans un deuxième temps et afin d’étudier l’effet des molécules amères sur la composition salivaire, une étude in vitro a été menée sur la lignée cellulaire de glandes salivaires humaines HSG différenciées en acini ou non. Après une mise au point des conditions de différenciation (culture dite en 3D), la cystatine SN a été détectée dans les cellules HSG par Western blot après traitement des cellules à la caféine, à la quinine, et à l’urée. Après traitement à la caféine à 5, 50 ou 100µM, une quantification par ELISA a mis en évidence que la cystatine SN était toujours plus abondante dans les cellules HSG différenciées que dans les cellules non-différenciées. Spécifiquement dans les cellules différenciées, l’exposition à la caféine induisait une sur-expression de cystatine SN, la teneur maximale en cystatine SN étant observée avec la caféine à 50 µM. La présence de cystatine SN a également été détectée dans les milieux de culture / Bitterness is present in every day beverages (e.g. coffee) and foods (e.g. vegetables such as cruciferous plants). However, bitterness is perceived differently among individuals and some foods considered as healthy may be rejected due to their bitter taste. Several genetic (eg. genetic polymorphism of bitter taste receptors) or environmental (eg. age, medications) factors partly explain the interindividual variability in bitterness perception. However, other peri-receptor factors may intervene, in particular salivary composition. First, in order to investigate the link between salivary proteome and sensitivity to bitterness, the detection threshold to the bitter taste of caffeine was measured in 29 male healthy subjects. Their resting saliva was studied by one- and two-dimensional electrophoresis. Two-dimensional electrophoresis revealed that 26 out of 255 spots were significantly different between the 6 hypersensitive and 6 hyposensitive subjects to the bitter taste of caffeine. Identification of the 26 spots revealed an overexpression of amylase-, serum albumin-, and immunoglobulin A fragments, and an underexpression of cystatin SN in hypersensitive subjects. The latter finding was confirmed by Western blotting. These results have led to formulate an hypothesis on the role of in-mouth proteolysis in bitterness perception. Second, in order to study the effect of bitter molecules on salivary composition, an in vitro study was performed on undifferentiated and differentiated human salivary cell line HSG. After setting the experimental conditions for HSG cell differentiation (culture in 3D conditions), cystatin SN was detected in HSG cells by Western blot after treatment with caffeine, quinine, and urea. After cell exposure with caffeine at 5, 50 and 100 µM, quantification by ELISA demonstrated that cystatin SN was always more abundant in differentiated vs undifferentiated HSG cells. Specifically in differentiated cells, caffeine exposure resulted in over-expression of cystatin SN, 50µM inducing the highest effect. Cystatin SN was also detected in culture media of the HSG cells

Les anticorps monoclonaux (mAb) sont d’importants agents thérapeutiques largement utilisés dans le traitement de cancers. Ces protéines recombinantes complexes sont généralement produites dans des lignées cellulaires de mammifères et l’industrie pharmaceutique a développé des procédés robustes permettant d’obtenir de grandes quantités d’anticorps monoclonaux de qualité constante. Une tendance générale observée aujourd’hui est d’éviter l’utilisation de produits d’origine animale dans ces procédés. En effet, ces composés représentent un risque de contamination du médicament par des agents infectieux et les autorités règlementaires renforcent leurs exigences pour leur retrait des procédés de fabrication. Ces composés sont par ailleurs mal définis et posent des problèmes de variabilité des procédés de production. L’objectif de ce projet était de développer un milieu sans dérivés animaux pour la culture d’une lignée cellulaire Sp2/0 utilisée par la société Merck Serono pour exprimer un anticorps monoclonal thérapeutique. Le procédé de fabrication actuel contient de la sérum albumine bovine (BSA) et de l’EX-CYTE (concentré commercial de lipoprotéines et acides gras) extraits de sérum bovin. Le retrait des deux composés du milieu de culture a entrainé une diminution de la productivité du procédé de 87% et il a été observé que l’EX-CYTE et la BSA étaient essentiels pour la survie de notre lignée cellulaire Sp2/0. La BSA a permis à elle seule de remplacer l’EX-CYTE dans le procédé et a été utilisée comme modèle pour le développement d’un remplacement sans dérivés animaux. Une étude de caractérisation de la préparation de BSA a été effectuée afin d’identifier les facteurs responsables de son activité promotrice pour la croissance cellulaire. Les lipides représentaient une partie importante de cette activité mais un rôle significatif d’autres protéines contaminantes a été révélé. Enfin, un supplément lipidique sans dérivés animaux a été développé. Ce supplément était constitué d’un mélange de quatre acides gras (les acides oléique, linoléique, palmitique et stéarique) couplés à de la sérum albumine humaine recombinante (rHSA). Le supplément acides gras-rHSA a permis de remplacer l’EX-CYTE et la BSA et un milieu sans composés d’origine animale a finalement été obtenu. / Monoclonal antibodies (mAbs) are important therapeutics widely used for cancer therapy. Mammalian cell lines are usually employed to produce these complex recombinant proteins and the pharmaceutical industry has developed robust processes that deliver large quantities of mAbs with a sustained quality. A general trend observed today is to avoid the use of animal-derived components in such processes. Indeed, these compounds represent a potential risk of contamination of the final drug product with infectious agents and regulatory authorities are putting pressure for their removal from manufacturing processes. Such compounds are also ill defined and source of variability for the production processes. The goal of this project was to develop an animal-derived component free (ADCF) medium for the culture of an Sp2/0 cell line used by the company Merck Serono to express a therapeutic mAb. The manufacturing process currently used contains bovine serum albumin (BSA) and EX-CYTE (a commercial concentrate of lipoproteins and fatty acids) sourced from bovine serum. The removal of both components from the cell culture medium decreased the productivity of the process by 87%. EX-CYTE and BSA were found to be essential for the survival of our Sp2/0 cell line. BSA, which was found to replace EX-CYTE in the process, was used as a model for the development of an animal-derived component free replacement. A characterization of the BSA preparation was carried out to identify the factors responsible for its growth-promoting activity. Lipids accounted for a major part of the activity of the BSA preparation but a significant role of other protein contaminants was revealed. Finally, an animal-derived component free lipid supplement was developed. This supplement consisted in a mixture of four fatty acids (FA) (oleic, linoleic, palmitic and stearic acids) complexed with recombinant human serum albumin (rHSA). The FA/rHSA supplement could substitute for EX-CYTE and BSA and an ADCF medium was finally obtained.

Introduction : L'hémophilie B (HB) est une maladie hémorragique héréditaire due à un défaut en facteur IX (FIX) de la coagulation. Le traitement substitutif est efficace mais pose deux problèmes : la fréquence des injections intraveineuses de concentrés de FIX et leurs coûts. La production d'un FIX recombinant à activité améliorée et à demi-vie prolongée est un enjeu important du traitement. Matériel et méthodes : Afin d'améliorer l'activité du FIX, l'étude s'est portée sur un résidu impliqué dans l'interaction du FIX activé avec son cofacteur, le facteur VIII activé (FVIIIa). Quatre FIX mutés au niveau de l'acide aminé E410 ont été développés. Afin de prolonger la demi-vie, un ADN complémentaire de FIX chimérique a été généré de façon à produire la protéine correspondante par la lignée cellulaire humaine Huh-7. Résultats : L'activité coagulante in vitro des FIX-E410 était 3 à 5 fois plus élevée que celle du FIX wild-type (FIX-WT). De plus, le FIX-E410H induisait une génération de thrombine 5,2 fois plus élevée comparée à celle du FIX-WT. Chez la souris HB, l'activité coagulante et la capacité de génération de thrombine du FIX-E410H in vivo étaient significativement plus élevées que celles du FIX-WT. La protéine chimérique a présenté une activité molaire spécifique 10 fois augmentée in vitro et une demi-vie jusqu'à 2,8 fois plus allongée, par rapport à celles du FIX-WT. Conclusion : Nous avons développé et caractérisé quatre molécules de FIX ayant une activité améliorée in vitro et in vivo, ainsi qu'un FIX modifié à activité augmentée et à demi-vie prolongée in vivo. Ces nouvelles molécules pourraient ouvrir de nouvelles perspectives thérapeutiques de traitement de l'HB / Introduction: Hemophilia B (HB) is an inherited X-linked recessive bleeding disorder, due to a defect in human factor IX (FIX). Replacement therapy, in severe HB is very effective but is limited by FIX concentrates injections frequency and cost issues. Production of a recombinant FIX with enhanced clotting activity and prolonged half-life is one of the current challenges for HB treatment. Materials and Methods: To improve activity, we focused on an important residue known to be involved in the interaction of activated FIX with its cofactor, activated factor VIII (FVIIIa), and four mutated FIX-E410 were developed. To prolong stability, a new chimeric FIX cDNA was constructed too. Recombinant FIX molecules were produced by the human hepatoma cell line Huh-7. Results: The in-vitro clotting activity of FIX-E410 was 3 to 5-fold higher than wild-type FIX (FIX-WT) and this improvement was confirmed using thrombin generation assay. FIX-E410H induced 5.2-fold higher thrombin generation than FIX-WT. In HB mice, we observed significantly higher in-vivo clotting activity and thrombin generating capacity with FIX-E410H compared to FIX-WT, mainly explained by 2.5-fold enhanced affinity of the mutant for FVIIIa. Chimeric FIX showed a 10-fold increase in the in-vitro molar specific activity and a significantly increased half-life in mice (up to 2.8-fold), compared to FIX-WT. Conclusion: We have engineered and characterized four improved FIX proteins with enhanced in- vitro and in-vivo activity, and a new chimeric FIX with in-vivo increased activity and prolonged half- life. These results suggest that these new molecules could optimize protein replacement therapy forHB treatment

Este estudo in vitro teve como objetivo avaliar os efeitos moleculares do TGF-β1, com diferentes períodos de suplementação, sobre a formação do fenótipo osteogênico das células MC3T3-E1, comparando-os com células tratadas com AA+β-GP suplementados com Dex e/ou TGF-β1, sem e com a neutralização dos receptores de TGF-β1. A expressão gênica do próprio TGF-β1 e Smad3 foram analisadas, bem como, a diferenciação das células osteogênicas e a biomineralização. As células tratadas com TGF-β1 sem neutralização de receptores apresentam efeito inibitório nos estágios mais avançados da diferenciação dos osteoblastos e da biomineralização in vitro, mas expressarem alguns marcadores importantes envolvidos na mineralização. Observaram-se nódulos de mineral em todos os tratamentos das células que tiveram os receptores de TGF-β1 neutralizados, mas houve uma diminuição na expressão de alguns genes. Os resultados confirmam a complexidade da via de sinalização do TGF-β1, mostrando que existem lacunas para que seja entendido o mecanismo dessa molécula na biologia osteoblástica. / This in vitro study aimed to evaluate the molecular effects of TGF-β1, with different supplementation time periods on the establishment of MC3T3-E1 cells, comparing with cells treated with AA+β-GP supplemented with Dex and/or TGF-β1, without or with neutralization of TGF-β1 receptors. The gene expression of the TGF-β1 and Smad3 were analyzed, as well as the osteoblast differentiation and biomineralization. The cells treated with TGF-β1 without neutralization of receptors have had inhibitory effect on some important stages of osteoblast differentiation and biomineralization in vitro, but expressed some important mineralization markers. Mineral nodules were observed in all treatments of cells with their TGF-β1 receptors neutralized, but there was a decrease in the expression of some important genes. The results confirm the complexity of the pathway signaling of TGF-β1, showing that there are gaps for understand the mechanisms of this molecule in the biology of osteoblasts.

On admet communément que les tumeurs proviennent de cellules échappant aux contrôles homéostatiques qui sous-tendent les structures histologiques saines et que le phénotype d’une cellule n’est pas le résultat de processus génétiques et biochimiques déterministes mais la conséquence stochastique de réseaux de régulation intra- et intercellulaires. Ce doctorat vise à étudier quantitativement l’homéostasie phénotypique de populations cellulaires et à présenter une approche à la question fondamentale, mais jusqu’alors jamais étudiée, concernant l’autonomie versus le contrôle collectif du devenir des cellules. Nous avons étudié sur le long terme, par cytométrie de flux et dans des conditions 2D puis 3D, le niveau d’expression de CD24 et CD44 de deux lignées cellulaires de cancer du sein (SUM149-PT et SUM159-PT). Trois phénotypes ont été isolés (CD24-/CD44+, CD24+/CD44+, CD24-/CD44-), ce dernier n’avait pour le moment pas été documenté dans la littérature. Le comportement phénotypique des sous-populations CD44-low et CD44-high a été caractérisé en évaluant leur proportion et en analysant leur spectre de fluorescence. Ainsi nous avons observé des comportements périodiques d’apparition et de disparition de pool de cellules caractéristiques des lignées et une re-diversification des phénotypes pour chacune des sous-population. Seule la population issue de CD24-/CD44- re-diversifiée présente le même équilibre que la population initiale non triée. En 3D, le processus de re-diversification a été observé dans les tumorsphères issues de CD24-/CD44+ et CD24+/CD44+. Les cellules CD24-/CD44- n’ont pas ce potentiel mais survivent néanmoins à l’anoïkis. Ces comportements laissent penser qu’il existe une coordination intercellulaire régulant l’équilibre des proportions phénotypiques. Pour découvrir les règles sociales régissant l’organisation spatiale inter-phénotypique, nous avons mis en place un rapporteur des variations du niveau d’expression endogène des marqueurs d’intérêt et élaboré un modèle théorique d’interactions cellulaires. Ce travail a conforté notre hypothèse selon laquelle il s’établit des règles sociales inter-cellulaires déterminant l’expression phénotypique à l’échelle uni- et pluricellulaire. / It is commonly accepted that tumors arise from cells that escape the homeostatic controls which underlie the healthy histological structure and that cell phenotype is not the result of deterministic biochemical and genetic processes, but rather the stochastic and dynamic outcome of multiple intra- and intercellular regulation networks. This PhD aims to quantitatively study the phenotypic homeostasis of the cell populations and to present an approach to the fundamental question, never heretofore studied, regarding the autonomy versus collective control of cell fate. We studied in the long run, using flow cytometry and in 2D and 3D conditions, the level of expression of CD24 and CD44 of two breast cancer cell lines (SUM149-PT and SUM159-PT). Three phenotypes were isolated (CD24-/CD44+, CD24+/CD44+, CD24-/CD44-), the latter had not previously been documented in the literature. The phenotypic behavior of CD44-low and CD44-high subpopulations has been characterized by assessing their proportion and analyzing the fluorescence map. Thereby, we observed both a periodic behavior of appearance and disappearance of pool of cells characteristics of each cell lines and a phenotypic re-diversification for each subpopulation. Only the resulting population derived from CD24-/CD44- provided the same balance as the original unsorted population. 3D re-diversification process was observed in tumorspheres from CD24-/CD44+ and CD24+/CD44+. The cells CD24-/CD44did not have that potential but nonetheless outlived anoikis. These behaviors suggest that there is an inter-cell coordination regulating the balance of phenotypic proportions. To discover the social rules regulating inter-phenotypic spatial organization, we have set up a reporter of the endogenous variations of CD24 and CD44 and developed a theoretical model of cell interactions. This work has confirmed our hypothesis that inter-cellular social rules are determining the phenotypic expression at both the uni- and multicellular scales.

Einleitung Der intensive Einsatz von Pflanzenschutzmitteln in der konventionellen Landwirtschaft kann zum Eintrag von Rückständen in die Nahrungskette führen. Milchliefernde Rinder nehmen Pflanzenschutzmittelrückstände mit dem Futter auf, die durch aktive Sekretion in die Milch eine Gefährdung für sensible Bevölkerungsgruppen, wie Kinder, verursachen könnten. Die in nationalen Rückstandskontrollen untersuchten Milchproben unterschreiten zwar in der Regel die gesetzlich festgelegten Höchstgrenzen (Maximum Residue Level, MRL), jedoch kann eine andauernde Belastung mit Pflanzenschutzmitteln die Entstehung chronischer Erkrankungen, wie Morbus Parkinson und Kinderleukämie, fördern. Im Rindereuter stellt der ATP-binding cassette Transporter der Subfamilie G2 (ABCG2) den wichtigsten Transportweg für Fremdstoffe in die Milch dar. Mit seinem breiten Substratspektrum ist der bovine ABCG2-Transporter (bABCG2) in der Lage, unterschiedliche Substrate in die Kuhmilch zu transportieren. Jedoch ist bislang unklar, ob auch Pflanzenschutzmittel bABCG2-vermittelt in die Milch sezerniert werden können und ob die gleichzeitige Aufnahme mehrerer Rückstände die bABCG2-Effluxaktivität beeinflusst. Ziele der Untersuchungen Ziel dieser Arbeit war die Identifikation von Pflanzenschutzmitteln als mögliche Substrate des bovinen Effluxtransporters. Weiterhin wurde untersucht, ob zwischen zwei Wirkstoffen synergistische oder antagonistische Effekte am bABCG2-Transporter auftreten. Material und Methoden Es wurden 14 häufig in der konventionellen Landwirtschaft eingesetzte Pflanzenschutzmittel in 0,1-, 1- und 10-facher MRL-Konzentration, in Bezug auf essbare Gewebe von Rindern, untersucht. Weiterhin wurden sechs Kombinationen aus jeweils zwei Wirkstoffen ausgewählt. Im WST-1 (Water Soluble Tetrazolium 1) Assay wurden MDCKII-bABCG2-Zellen in aufsteigender Konzentration mit den Pflanzenschutzmitteln inkubiert (72 h) und die Zellvitalität ermittelt. Nach Inkubation der MDCKII-bABCG2- und MDCKII-Mock-Zellen mit den ausgewählten Pflanzenschutzmitteln oder den Kombinationen (4 h) wurde der Hoechst 33342-Akkumulationsassay durchgeführt. Dabei führt eine Interaktion des Pflanzenschutzmittels mit dem bABCG2-Transporter zu einer intrazellulären Anreicherung des Hoechst 33342-Farbstoffes. Für die Identifikation signifikanter Unterschiede wurden jeweils mindestens zwölf Monolayer auf Normalverteilung (Shapiro-Wilk-Test) überprüft und eine Einweg-Varianzanalyse mit Holm-Šidák post hoc Test (p ≤ 0,05) durchgeführt. Ergebnisse Nachdem eine Beeinträchtigung der Zellvitalität durch die ausgewählten Pflanzenschutzmittel in 0,1- bis 10-facher MRL-Konzentration ausgeschlossen wurde, konnte im Hoechst 33342-Assay für Chlorpyrifos-methyl und Tebuconazol ab 0,1-facher MRL-Konzentration eine signifikante Zunahme der intrazellulären Hoechst 33342-Gehalte im Vergleich zur unbehandelten Kontrolle nachgewiesen werden. Für Diflufenican, Glyphosat, Methiocarb, Prochloraz, Rimsulfuron sowie Thiacloprid konnte in 1- und 10-facher MRL-Konzentration und für Iprodion sowie Ioxynil in 10-facher MRL-Konzentration eine signifikant erhöhte Hoechst 33342-Anreicherung detektiert werden. Darüber hinaus führte eine gleichzeitige Applikation von Methiocarb und Chlorpyrifos-methyl in 1-facher MRL-Konzentration, sowie von Glyphosat und Rimsulfuron in 10-facher MRL-Konzentration zu einer synergistischen Steigerung der Farbstoffakkumulation. Schlussfolgerung Es konnte festgestellt werden, dass das MDCKII-Zellmodell in Kombination mit dem Hoechst 33342-Assay eine valide Methode darstellt, um Wechselwirkungen einzelner und kombinierter Pflanzenschutzmittel zu detektieren. Insgesamt konnten unterhalb gesetzlich festgelegter MRL-Werte acht Pflanzenschutzmittel als potentielle bABCG2-Substrate identifiziert, sowie additive Effekte von Wirkstoffkombinationen nachgewiesen werden. Durch die Aufnahme von Pflanzenschutzmitteln mit dem Futter könnten diese aktiv in die Milch sezerniert werden und somit eine Gefahr für den Verbraucher darstellen:1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 4 2.1 Überblick über Membrantransporter 4 2.2 ABCG2-Effluxtransporter 5 2.2.1 Überblick 5 2.2.2 Struktur 6 2.2.3 ABCG2-Transportmechanismus 8 2.2.4 Spezifität der ABCG2-Substrate und Inhibitoren 9 2.2.5 Gewebeexpression 11 2.2.6 Bedeutung 12 2.2.7 Regulation der ABCG2-Transportaktivität 14 2.3 Fremdstoffsekretion der bovinen Milchdrüse 16 2.3.1 Funktionelle Anatomie 16 2.3.2 Transportmechanismen 16 2.3.3 Fremdstofftransporter 17 2.3.4 Bedeutung des ABCG2-Transporters 19 2.4 Pestizide 20 2.4.1 Überblick 20 2.4.2 Einsatz von Pflanzenschutzmitteln 21 2.4.3 Rechtliche Regelungen 21 2.4.4 MRL-Wert-Festsetzung von Pestiziden 22 2.4.5 Exposition des Verbrauchers 23 2.4.6 Gesundheitliche Risiken 24 2.4.7 Pestizide als endokrine Disruptoren 25 2.4.8 Mehrfachrückstände 26 2.4.9 Risikobewertung von Mehrfachrückständen 27 2.5 Problemstellung und Zielsetzung 29 3 Material und Methoden 30 3.1 Material 30 3.1.1 Pestizide 30 3.1.2 Chemikalien 32 3.1.3 Kit 32 3.1.4 Puffer und Lösungen 32 3.1.5 Zellkultur 33 3.1.6 Geräte 34 3.2 Methoden 35 3.2.1 Allgemeine zellbiologische Methoden 35 3.2.1.1 Kultivierung 35 3.2.1.2 Passagieren 35 3.2.1.3 Bestimmung der Zellzahl 35 3.2.1.4 Kryokonservierung 36 3.2.2 Bestimmung der Zellvitalität mittels WST-1 Zytotoxizitätstest 36 3.2.3 Quantitative Proteinbestimmung mittels BCA-Assay 38 3.2.4 Ermittlung von Interaktionen am bABCG2-Transporter 38 3.2.4.1 Aussaat und Vorbehandlung 39 3.2.4.2 Durchführung des Hoechst 33342-Assays 40 3.2.5 Detektion von Pestizidwechselwirkungen am bABCG2-Transporter 41 3.3 Statistik 42 4 Ergebnisse 43 4.1 Auswahl der Pestizide und ihrer Konzentrationen 43 4.2 Auswahl der Pestizidkombinationen 46 4.3 Einfluss der Pestizide auf die Zellvitalität 48 4.4 Interaktionen von Pestiziden am bABCG2-Transporter 53 4.5 Pestizidwechselwirkungen am bABCG2-Transporter 56 5 Diskussion 60 5.1 Zellmodell 60 5.2 Zellvitalitätsstudien in MDCKII-bABCG2-Zellen 61 5.3 Pestizide als potentielle bABCG2-Substrate 64 5.4 Wechselwirkungen von Pestiziden am bABCG2-Transporter 75 5.5 Risiken potentieller bABCG2-Substrate 79 6 Zusammenfassung 80 7 Summary 82 8 Literaturverzeichnis 84 9 Anhang 106 10 Danksagung 111

Prion diseases are fatal neurodegenerative diseases that affect mammals, including humans, which are characterized by accumulation of pathologi- cal prion protein isoform (PrPTSE ) in the brain. The animals were commonly used for the prion disease research in the past but in recent years, the tissue cultures are being used as well. Tissue cultures have many advantages com- pared with animals. E.g. the possibility of a detailed study of the biochemical processes associated with prion diseases, and rapid and sensitive PrPTSE de- tecting method. However no reliable in vitro model was developed for human prion diseases so far. We focused on monitoring of transmission and propagation efficiency of different prion strains and on the influence of cultivation conditions on the transfer of the neuronal cell line CAD5, which is highly sensitive to prion infection. We confirmed the sensitivity of CAD5 cells to mouse-adapted scra- pie prion strains and we presented new facts about their ability to propagate mouse adapted prions of human strains and bovine spongiform encepha- lopathy. We have used CAD5 cell sensitivity to be infected with different prion strains in other parts of this work. In the second part, we focused on the cell sensitivity to prion infection and propagation of prion strains under different culture...

Les particules fines (PM₂.₅) présentes dans l'air extérieur peuvent être inhalées puis retenues au niveau pulmonaire, conduisant à l'apparition ou à l'aggravation de différentes pathologies cardio-respiratoires. La composition complexe des PM₂.₅ rend d'autant plus difficile l'étude de leurs mécanismes d'action. Cette thèse s'inscrit donc dans une démarche d'identification des processus impliqués dans un éventuel potentiel cancérigène des PM₂.₅, en lien avec leur composition chimique. Nous avons étudié la toxicité de six échantillons de PM₂.₅, collectés sous influence industrielle, urbaine ou rurale au cours des saisons printemps-été 2008 et automne-hiver 2008-2009. L'étude de la fraction biologique a révélé la diversité et la richesse des particules en contaminants fongiques et bactériens. Le test d'Ames nous a permis de mettre en évidence une forte mutagénicité des PM₂.₅, vraisemblablement liée aux composés nitro-aromatiques. Sur la base de tests de cytotoxicité préalables, nous avons étudié l'effet de 3,75 et 15 µg/cm² de particules sur la lignée de cellules épithéliales bronchiques humaines BEAS-2B. Nous avons mis en évidence une induction génique de différents enzymes impliquées dans l'activation métabolique des hydrocarbures aromatiques polycycliques, associée à une augmentation d'activité catalytique. Cette induction semble conduire à la formation d'adduits encombrants à l'ADN. De plus, les PM₂.₅ induisent des cassures simple- et double-brin de l'ADN, la formation de micronoyaux, ainsi que des perturbations de l'activité télomérase. Ces effets génotoxiques sont associés à des altérations épigénétiques que sont une hyperméthylation du promoteur de P16ᴵᴺᴷ⁴ᴬ, des modifications post-traductionnelles de l'histone 3 et des changements dans l'expression des miRNA étudiés. Considérant l'influence de la composition des PM₂.₅, les composés organiques semblent être responsables des effets génotoxiques les plus importants, alors que les métaux paraissent avoir des effets épigénétiques supérieurs. En conclusion, il apparaît que les échantillons de PM₂.₅ étudiés, de par l'action conjointe de leurs fractions organique et inorganique, sont susceptibles d'induire in vitro de multiples lésions décrites dans les étapesd'initiation et de promotion de la cancérogénèse broncho-pulmonaire. / Fine airborne particulate matter (PM₂.₅) can be inhaled and retained in deep lung for long periods, leading to onset or exacerbation of cardio-respiratory diseases. However, the complex composition of PM₂.₅ makes difficult the study of their mechanisms of action. This work fits into a global approach aiming to identify the toxicity mechanisms involved in a putative PM₂.₅ carcinogenicity, in association with PM composition. We study six PM samples collected either under industrial, urban or rural area, in spring-summer 2008 or autumn-winter 2008-2009 seasons. Biological fraction analysis revealed numerous and diverse bacterial and fungal components. We carried out Ames tests revealing a high mutagenic potency for PM samples, presumably linked to their nitro-aromatic content. Based on previous cytotoxicity assays, we studied PM effect on bronchial epithelial cell line BEAS-2B, at two concentrations (3.75 and 15µg/cm²). We demonstrated gene induction of several xenobiotic metabolizing enzymes involved in polycyclic aromatic hydrocarbons metabolic activation. This was associated with an increase in their catalytic activity, leading to bulky DNA-adducts formation in exposed cells. Furthermore, PM₂.₅ lead to DNA single- and double-strand breaks, micronuclei formation, and disturbed telomerase activity. In addition to these genotoxic effects, our study revealed epigenetic alterations such as P16ᴵᴺᴷ⁴ᴬ promoter hypermehylation, histone 3 post-translational modifications, and miRNAs expression changes. Considering the impact of chemical composition on PM toxicity, organic compounds lead to the highest genotoxicity, whereas metals seem to induce more pronounced epigenetic modifications. Altogether, our results indicate that the studied PM₂.₅ samples, through cooperative action of organic and inorganic fractions, may lead in vitro to multiple alterations involved in initiation and promotion steps toward pulmonary carcinogenesis.

Les principaux objectifs de cette étude, une des premières menée au Liban, étaient d’acquérir une meilleure connaissance des caractéristiques physico-chimiques des particules atmosphériques fines (PF ou PM₂.₅₋₀.₃) et ultrafines (PUF ou PM₀.₃), et d’évaluer in vitro, leur potentiel toxique sur des cellules épithéliales bronchiques humaines (BEAS-2B). L’échantillonnage de PF et de PUF a été mené au Liban à la fois sur un site urbain (Sin El-Fil, du 18 mai au 2 sept. 2011) et un site rural (Beije, du 5 sept. au 28 oct. 2011). Les PF et les PUF ont fait l’objet d’une caractérisation physico-chimique par la détermination de leur composition en éléments et ions inorganiques, carbone total et composés organiques. Ensuite, des échantillons composites de PF et de PUF ont été préparés afin d’exposer les cellules BEAS-2B et évaluer les mécanismes toxiques sous-jacents. Nos résultats ont montré une influence des sources de combustion plus notable pour les particules collectées sur le site urbain, et cela par la présence de carbone total, de composés organiques, de métaux et d’ions inorganiques secondaires à des niveaux de concentration supérieurs à ceux rencontrés sur le site rural. D’autre part, une cytotoxicité plus prononcée a été provoquée par les PUF par comparaison aux PF. Les mécanismes de génotoxicité et de modifications épigénétiques que nous avons étudiés, à savoir l’activation métabolique des composés organiques, la modification de l’expression de trois microARNs, l’activation de la télomérase et l’induction de cassures au niveau de l’ADN, ont été induits par les deux échantillons de PF, avec un effet plus prononcé pour les particules d’origine urbaine. L’exposition des cellules BEAS-2B aux PF collectées, notamment celles d’origine urbaine, pourraient donc favoriser la transformation des cellules pulmonaires en cellules immortelles, et par conséquent, l’initiation ou la promotion de la cancérogenèse broncho-pulmonaire. / The objectives of this study, one of the first conducted in Lebanon, were to acquire a better knowledge on the physico-chemical characteristics of atmospheric fine particles (FP or PM₂.₅₋₀.₃) and ultrafine ones (UFP or PM₀.₃), and to assess their potential toxicity. Particles were collected at two coastal sites between may and sept. 2011 at Sin El-Fil (urban site in Greater Beirut), and between sept. and oct. 2011 at Bejje (rural site). After sampling, FP and UFP were subjected to a physico-chemical characterization by quantifying their inorganic ions and elements, total carbon and organic compounds contents. Then, composite samples of FP and UFP were prepared in order to expose bronchial epithelial cells (BEAS-2B) in culture, and therefore to assess the underlying toxic mechanisms. Our results showed an influence of combustion sources especially for urban particles that are richer in total carbon, organic compounds, metals and secondary inorganic ions than rural ones. On the other hand, a more pronounced cytotoxicity was caused by UFP when compared to FP. In addition, epigenetic modifications and genotoxicity mechanisms, such as metabolic activation of organic compounds, changes in three microRNAs expression, telomerase activation and DNA breaks induction, which are potentially involved in the initiation and promotion of carcinogenesis, were induced by the two samples of FP, with a more pronounced effect of urban particles. Exposure of BEAS-2B cells to collected FP, especially urban ones, may therefore induce the transformation of lung cells to immortal cells, and consequently the initiation or the promotion of broncho-pulmonary carcinogenesis.

Récemment reconnus comme cancérogènes certains pour l'homme par l’IARC, la pollution atmosphérique et les particules fines (PM₂.₅) peuvent être inhalées et pourraient être retenues au niveau pulmonaire ou passer dans la circulation systémique. Ceci peut causer ou renforcer de nombreuses pathologies auxquelles les personnes âgées sont souvent plus sensibles. Cette thèse s’inscrit dans une démarche d’identification des processus impliqués dans la modulation du potentiel cancérogène des PM₂.₅, en lien avec l’âge ou le statut tabagique. Les particules ont été collectées à Dunkerque, agglomération présentant des influences maritimes mais également caractérisée par des activités industrielles et un trafic automobile importants. Pour évaluer l'influence de l'âge, des lymphocytes sanguins prélevés chez 90 patients issus de trois classes d'âge (25-30, 50-55 et 75-80 ans) ont été exposés ex vivo à des PM₂.₅ d’origine urbaine. Les lymphocytes isolés ont été exposés aux PM₂.₅ pendant 72 heures, avant de mesurer l'activité télomérase et la modulation d'expression de gènes tels que P16INK4A et MGMT. Les PM₂.₅ entraînent des variations de l'activité télomérase et de la longueur des télomères dans toutes les tranches d'âge indifféremment. L’expression du gène P16INK4A est significativement augmentée avec l'âge après exposition aux PM₂.₅. L'âge augmenterait l'expression du gène MGMT après exposition aux particules, en diminuant le niveau de méthylation de son promoteur uniquement dans le groupe des patients les plus âgés. Concernant le rôle du statut tabagique, 26 lavages broncho-alvéolaires ont été réalisés chez des patients fumeurs et non-fumeurs. Les macrophages issus de ces prélèvements ont été mis en culture avec des cellules épithéliales bronchiques BEAS-2B, avant exposition aux PM₂.₅ (3 et 15 µg/cm², 72 h). L’activité télomérase et la longueur des télomères varient après exposition aux PM2.5 et le statut tabagique modifie ces paramètres dans les cellules BEAS-2B et les macrophages alvéolaires. La méthylation des promoteurs et l’expression des gènes P16INK4A et MGMT ne sont pas modifiées dans les cellules BEAS-2B, alors que dans les macrophages alvéolaires les particules induisent l’expression de ces gènes par une diminution de la méthylation de leurs promoteurs. Le statut tabagique fumeur semble au contraire accroître la méthylation et limite l’expression de ces deux gènes. En conclusion, il apparaît que l’échantillon de PM₂.₅ étudié peut induire ex vivo plusieurs lésions décrites dans les étapes d’initiation et de promotion de la cancérogenèse broncho-pulmonaire. L’âge et le tabagisme sont susceptibles de moduler les effets toxiques des particules. Alors que les symptômes du cancer du poumon apparaissent seulement à une étape avancée de la maladie, nos résultats pourraient aider à la découverte de nouveaux marqueurs de diagnostic précoce permettant ainsi d’améliorer la survie. / Recently recognized as carcinogenic to human by IARC, air pollution and fine particulate matter (PM₂.₅) can be inhaled and could be retained into the lung or reach the systemic circulation. This can cause or worsen many diseases for which the elderly are often more sensitive. The PhD objective corresponds to the identification of the mechanisms of action involved in the modulation of carcinogenic potential of PM₂.₅, in connection with age or smoking status. PM₂.₅ were collected in Dunkerque, a French seaside city characterized by important industrial activities and heavy motor vehicle traffic. In order to estimate the influence of age, blood lymphocytes sampled from 90 patients from age classes (25-30, 50-55 and 75-80 years old) were ex vivo exposed to PM₂.₅ during 72 hours, before evaluation of telomerase activity and gene expression modulation of P16INK4A and MGMT. PM₂.₅ modulated telomerase activity and telomeres length in all age groups without any influence of age. P16INK4A gene expression increased significantly with age after exposure to PM₂.₅. Age could enhance MGMT gene expression after exposure to particles by decreasing the level of promoter methylation in the oldest group. Regarding the role of smoking status, 26 broncho-alveolar lavage were performed in smoker and non-smoker people. Macrophages were cultured with bronchial epithelial BEAS-2B cells before PM₂.₅ exposure (3 or 15µg/cm²; 72h). The telomerase activity and telomere length vary after exposure and the tobacco modify these parameters in BEAS-2B cells and alveolar macrophages. Methylation of P16INK4A and MGMT genes promoters and their expression are not modified in BEAS-2B cells. In alveolar macrophages, particles lead to a decrease of methylation of P16INK4A gene promoter. The smoking status seems also to increase methylation and to down-regulate expression of these two genes. In conclusion, it seems that the studied PM₂.₅ sample can induce ex vivo modifications described in the initiation and promotion of lung carcinogenesis. The age and smoking status may modulate the toxic effects of particles. Since lung cancer symptoms appear only at an advanced stage, our results could help in proposing new biomarkers of carcinogenesis allowing an early diagnosis to improve survival.