La détection du peptide bêta-amyloïde (Aβ) avec des techniques d’imagerie médicale est utilisée pour le diagnostic de la maladie d’Alzheimer. Des complexes métalliques de cuivre et des lanthanides pourraient être utilisés à ce propos, en supposant qu’ils soient capables d’entrer au cerveau. Nous avons étudié la cytotoxicité et la cinétique d’incorporation intracellulaire de deux complexes macrocycliques ayant des bras picolinates, [Eu(do2pa)]+ et [Cu(te1pa)]+. Les deux complexes sont capables de traverser la membrane plasmique des cellules K562 et K562/ADR. Le rapport entre la concentration intracellulaire et la concentration extracellulaire est de 5 et 1,4 respectivement. Aucune différence significative concernant l’accumulation intracellulaire n’a été trouvée entre les cellules K562 et K562/ADR, ce qui suggère que ces composés ne sont pas des substrats de la P-gp, la protéine d’efflux la plus étudiée au niveau de la barrière hémato-encéphalique. Ces résultats et les propriétés physicochimiques des complexes suggèrent que ces deux complexes pourraient être intéressants pour la production d’agents d’imagerie médicale visant le cerveau. A partir de la structure du complexe [Cu(te1pa)]+, nous avons synthétisé un complexe métallique visant le peptide Aβ par la liaison d’un dérivé d’aryl-benzofuranne (appelé ONO) au bras picolinate du ligand grâce à une réaction de Buchwald-Hartwig. L’ONO est un marqueur des plaques amyloïdes qui est capable de traverser la membrane plasmique des cellules K562 et K562/ADR. Ni l’ONO ni le [Cu(te1pa-ONO)]+ ne sont toxiques sur les cellules SH-SY5Y aux concentrations appropriées pour l’utilisation clinique. Finalement, nous avons aussi étudié une série de N-alkanol-N-cyclohexanol amine aryl esters, synthétisés comme inhibiteurs de la P-gp. Tous les inhibiteurs ont des [I]0,5 entre 60 nM et 510 nM, montrant une inhibition efficace de l’activité de la P-gp. Les inhibiteurs sont de 3 à 27 fois plus efficaces que le vérapamil, les isomères trans étant plus efficaces que leurs homologues cis. / Detection of beta-amyloid peptide (Aβ) using medical imaging techniques is used for the diagnosis of Alzheimer’s disease. Copper and lanthanide metallic complexes may be used for that goal, if they were able to enter the brain.We studied the cytotoxicity and the cellular incorporation kinetics of two macrocyclic complexes with picolinate arms, [Eu(do2pa)]+ and [Cu(te1pa)]+. Both complexes are able to cross the plasma membrane, entering K562 and K562/ADR cells. The ratios between their intracellular and extracellular concentrations are 5 and 1.4 respectively. No significant difference was observed between K562 and K562/ADR cells, meaning that these complexes are not substrates of P-gp, a well-known efflux transport protein in the blood-brain barrier. The results obtained and the physicochemical properties of complexes suggest that the complexes studied are appropriate platforms for the synthesis of brain-targeted medical imaging agents. Based on the structure of [Cu(te1pa)]+, an Aβ-targeted metallic complex was developed by attaching an aryl-benzofuran derivative (named ONO) to the picolinate arm of the ligand via a Buchwald-Hartwig reaction. ONO is a marker of amyloid plaques that is able to cross the plasma membrane of K562 and K562/ADR cells. Neither ONO nor [Cu(te1pa-ONO)]+ are toxic to SH-SY5Y cells at concentrations that would be appropriate for clinical use. Finally, we studied a series of N-alkanol-N-cyclohexanol amine aryl esters, synthesized as P-gp inhibitors. All inhibitors have [I]0.5 between 60 nM and 510 nM, showing good P-gp inhibition activity. The P-gp inhibitors are 3 to 27 times more powerful than verapamil, being the trans isomers more effective than their cis counterparts.

Introduction. Le métabolisme osseux se résume à l'action des ostéoclastes résorbant le tissu osseux et des ostéoblastes formant l'os. Des études épidémiologiques associent l'exposition au Cd à un risque accru de développer l'ostéoporose. En plus des effets néphrotoxiques perturbant le métabolisme de la vitamine D et altérant indirectement le métabolisme osseux, le Cd semble exercer une toxicité sur les cellules osseuses, altérant donc le squelette par des mécanismes directs. Objectifs. Les buts de cette étude étaient de caractériser la cytotoxicité et l'accumulation cellulaire du Cd dans un modèle in vitro de différenciation ostéoblastique, ainsi que de comparer la sensibilité au Cd de plusieurs lignées cellulaires au phénotype ostéoblastique. Méthodologie. Des essais de cytotoxicité et d'accumulation cellulaire ont été effectués sur la lignée ostéoblastique murine MC3T3-E1, ainsi que sur les lignées ostéoblastiques humaines MG 63 et U2 OS. Un modèle de différenciation a été obtenu en traitant les MC3T3 avec de l'acide ascorbique et du glycérol-2-phosphate. Une approche pharmacologique a été utilisée afin de cerner les voies d'entrée du Cd dans ces cellules. L'expression des canaux membranaires de type TRPM et TRPV, des candidats comme voie d'entrée du Cd dans les ostéoblastes, a été vérifiée dans les 3 lignées par RT-PCR. Résultats. Sur 3 minutes, les cellules MC3T3 accumulent plus de Cd que les cellules MG 63 et D2 OS. Par contre, l'accumulation sur 24h est supérieure dans les lignées humaines. La hausse du Ca extracellulaire diminue la cytotoxicité et le transport du Cd dans les MC3T3 immatures et les MG 63; le Mg a un impact semblable sur les 3 lignées. Un modulateur de canaux TRP, le 2-APB, protège significativement les MG 63 et les U2 OS contre le Cd, surtout en absence de Mg, mais demeure sans effet dans les MC3T3. La différenciation des MC3T3-E1 diminue la cytotoxicité et le transport du Cd. Conclusion. La maturité ostéoblastique est un facteur important dans la sensibilité de ces cellules au Cd. L'effet différent du Ca et du Mg sur les 3 lignées suggère des mécanismes de transport calciques et magnésiques distincts perméables au Cd. Le 2-APB offrant une protection efficace dans les lignées humaines, certains canaux de la classe des TRPM sont soupçonnés d'être des voies d'entrée importantes pour le Cd dans les ostéoblastes humains, ainsi que des TRPV dans les ostéoblastes murins. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Ostéoblaste, Cadmium, Cytotoxicité, Accumulation cellulaire, Calcium, Magnésium.

Ce travail de thèse s’intègre dans la stratégie développée et brevetée par l’UMR 990 INSERM/UdA, qui consiste à exploiter l’affinité d’un vecteur ammonium quaternaire chargé positivement pour les protéoglycanes, afin d’acheminer des agents de diagnostic et/ou de thérapie, pour la prise en charge du chondrosarcome. Du fait de son abondante matrice extracellulaire de nature chondrogénique, de sa faible vascularisation et de son environnement hypoxique, le chondrosarcome est une tumeur chimio- et radio-résistante. Le seul traitement efficace à ce jour reste la chirurgie qui possède un taux de survie à 10 ans de seulement 21% en cas de rechute et dans les formes les plus graves. Dans ce contexte, une prodrogue cytotoxique activable en hypoxie dérivée du cyclophosphamide, de type nitroimidazole (8-QA) et possédant un ammonium quaternaire, a été développée et évaluée in vitro et in vivo, comparativement à son équivalent non « quaternisé » (8) et à un équivalent « quaternisé » mais non activable en hypoxie (10-QA). In vitro, les études par résonance plasmonique de surface (SPR) ont montré que les deux prodrogues « quaternisées », 8-QA et 10-QA possédaient une affinité plus importante pour l’agrécane que la prodrogue 8 ne possédant pas le vecteur ammonium quaternaire. Par la suite, nous avons développé un modèle de culture en 3 dimensions (sphéroïdes) des cellules de chondrosarcome humain HEMC-SS qui reproduit le microenvironnement hypoxique et riche en protéoglycanes retrouvé dans les tumeurs du cartilage in vivo. Les molécules activables en hypoxie 8-QA et 8 ont une activité cytotoxique supérieure en situation d’hypoxie qu’en normoxie, avec une résistance aux traitements augmentée pour le modèle de sphéroïde comparativement aux cellules cultivées en 2-D. In vivo, sur un modèle de xénogreffe de cellules de chondrosarcome humain HEMC-SS implantées sur des souris SCID, modèle préalablement caractérisé en terme d’hypoxie (imagerie photoacoustique, échographie de contraste, Doppler) et de protéoglycanes, la molécule 8-QA entraine (i) une inhibition significative de la croissance tumorale de 62,1%, alors que la molécule 8 et la molécule 10-QA n’ont aucune activité in vivo ; (ii) une diminution des effets indésirables, améliorant ainsi l’index thérapeutique. La caractérisation de l’activité antitumorale sur les tumeurs prélevées a mis en évidence une diminution de l’activité mitotique, une augmentation de l’apoptose (p53S15) et une diminution de la prolifération (PCNA) pour les échantillons traités avec la molécule 8-QA. De plus les études d’immunohistochimie ont montré que cette molécule entraine une augmentation des dommages à l’ADN (marquage γH2Ax) retrouvés majoritairement dans les régions hypoxiques (marquage au pimonidazole). La dernière partie de ce travail de thèse a consisté à optimiser, chez des souris NUDE, de nouveaux modèles in vivo de chondrosarcome humain exprimant à la fois un environnement hypoxique et une matrice extracellulaire riche en protéoglycanes pour affiner la caractérisation de l’activité anticancéreuse de la molécule 8-QA. Pour cela nous avons développé un modèle de xénogreffe de sphéroïdes HEMC-SS implantés en situation sous cutanée et un modèle orthotopique de cellules de chondrosarcome humain HEMC-SS implantées en position paratibiale. Après caractérisation, les premiers résultats d’efficacité antitumorale sur ces deux modèles ont confirmé une activité prometteuse de la molécule 8-QA. En conclusion, ces travaux de thèse auront permis de démontrer que l’exploitation des caractéristiques phénotypiques du chondrosarcome par une approche bi-spécifique est une stratégie prometteuse pour la prise en charge thérapeutique de cette pathologie, certes rare mais redoutable. Il a également contribué à montrer l’importance de l’interaction des cellules tumorales avec leur environnement pour la réponse aux traitements de chimiothérapie. / This work takes place in the strategy developed and patented by our lab UMR 990 INSERM/UdA, that exploits the affinity of positively charged quaternary ammonium to proteoglycans, in order to address diagnostic and/or therapeutic agents for chondrosarcoma management. Due to its abundant chondrogenic extracellular matrix, its poor vascularization and its hypoxic microenvironment, chondrosarcoma is chemo- and radio-resistant. The only effective treatment remains surgical resection that could be at the origin of a 10-years survival rate of 21% in case of local relapse of high-grade tumors. In this context, a quaternary ammonium-conjugated hypoxia-activable prodrug, 8-QA, has been developed and studied in vitro and in vivo respectively to its non-quaternary ammonium conjugated derivative, 8, and to a quaternary ammonium-conjugated non-hypoxia activable 10-QA. In vitro, surface plasmon resonance (SPR) studies evidenced that the two quaternary ammonium-conjugated derivatives, 8-QA and 10-QA, highlighted a higher affinity for aggrecan than non-quaternary ammonium conjugated prodrug 8. We have then developed a 3-D culture model (spheroid) of human chondrosarcoma HEMC-SS cell line that was demonstrated to reproduce the hypoxia and proteoglycan-rich microenvironment similar to in vivo cartilaginous neoplasms. Hypoxia-activated prodrugs, 8 and 8-QA, exhibited a higher cytotoxic activity in hypoxia as compared to normoxia, associated to an increased resistance for 3-D culture respectively to 2-D cells. In vivo, on human HEMC-SS xenograft model implanted on SCID mice and previously characterized in term of hypoxia (photoacoustic and contrast echographic imaging, Doppler), 8-QA derivative induced (i) a significant inhibition of tumor growth of 62,1% while 8 and 10- QA derivatives did not exhibit any antitumor activity; (ii) a decrease of side effects, both improving the therapeutic index. Mechanistic analysis on tumors sampled evidenced a decrease of mitotic activity and proliferation (PCNA), an increase of apoptosis (p53S15) for 8-QA treated tissues. Interestingly, immunohistochemistry studies highlighted that 8-QA caused DNA damages (evidenced by γH2Ax marker) which are mainly localized in hypoxic areas (pimonidazole staining). Finally, we optimized, on NUDE mice, new in vivo human chondrosarcoma models highly expressing simultaneously a hypoxic and proteoglycan-rich microenvironment in order to refine the characterization of 8-QA antitumor activity. For this, we developed a xenograft model of HEMC-SS spheroid implanted subcutaneously and an orthotopic model of HEMC- SS cells inoculated in paratibial location. After characterization, first results of antitumor efficacy on these two models confirmed the promising activity of 8-QA derivative. To conclude, this work demonstrates the proof of concept that exploiting the phenotypic features of chondrosarcoma by a bi-selective approach, is a promising innovative strategy for the therapeutic management of this pathology, relatively rare but redoubtable. This work also demonstrates the role of tumor cell interactions with their environment for tumor growth and response to chemotherapy treatments.

L'exposition au cadmium (Cd) représente un facteur de risque pour la perte osseuse et le développement de l'ostéoporose. Jusqu'à récemment, les études portaient principalement sur les effets toxiques indirects du Cd sur l'os via un dysfonctionnement rénal et une perturbation du métabolisme du calcium (Ca). Des données récentes révèlent toutefois qu'une faible exposition chronique au Cd sans effet néphrotoxique entraîne des dommages directs aux os. Le premier objectif de cette étude visait à évaluer dans quelle mesure le Cd est accumulé dans les ostéoblastes et à déterminer sa cytotoxicité. Pour ce faire, nous avons mesuré l'accumulation cellulaire de 109Cd ainsi que la viabilité cellulaire par l'essai MTT. De plus afin de tenter d'identifier les voies d'entrée cellulaire du Cd, nous avons utilisé certains bloqueurs (nifédipine, vérapamil, 2-APB, SKF26365 et capsazépine) et activateurs (Bay-K8644, icilin et thapsigargine) de canaux. Le second objectif était de mieux comprendre comment la cellule ostéoblastique se protège contre les effets toxiques du Cd. Pour y répondre, nous avons étudié l'expression de certains gènes reconnus pour être impliqués dans la protection cellulaire par une technique de RT-PCR. Après avoir exposé les cellules MG-63 au Cd pendant 24h, nous avons obtenu une valeur de CL50 de 15,5 ± 1,1 µM. Nos résultats ont également montré la présence de transport spécifique permettant l'entrée de Cd dans les ostéoblastes MG-63. La spéciation du Cd est déterminante pour son entrée. Nous avons observé une accumulation cellulaire sous forme de Cd2+ et possiblement sous forme de CdCln*2-n. L'observation d'une inhibition de l'entrée de Cd par le Ca nous a mené à étudier les canaux calciques comme voies d'entrée du Cd. Afin de déterminer si les canaux calciques voltage-dépendants (VDCC) constituent une voie d'entrée du Cd dans les ostéoblastes humains, les cellules MG-63 ont été exposées à 0,5 µM 109Cd durant 3 minutes dans différents milieux inorganiques. Le milieu nitrate (dans lequel 80% du Cd total dissous est présent sous forme de Cd2+) favorise l'entrée de Cd par rapport au milieu chlorure (dans lequel 14% du Cd total dissous est présent sous forme de Cd2+), suggérant que le Cd peut pénétrer la cellule sous forme Cd2+. Lorsque la concentration en potassium (K) du milieu d'exposition est augmentée afin d'activer les VDCC, aucune augmentation de l'entrée de Cd n'est observée. L'utilisation de nifédipine et de vérapamil, deux bloqueurs de VDCC, n'a aucun effet sur l'entrée du Cd. Nos résultats n'indiquent donc aucune implication des VDCC dans l'entrée de Cd dans les ostéoblastes MG-63. Les résultats de transport membranaires concordent avec les essais MTT qui montrent l'absence d'effet de la nifédipine, du vérapamil et du Bay-K8644 sur la cytotoxicité du Cd. Les canaux TRPC ne semblent pas non plus être impliqués dans l'entrée de Cd tel que démontré par l'absence d'effet de la thapsigargine sur le transport de Cd utilisée seule ou combinée au SKF96365. Aussi, le SKF96365 ne semble pas modifier les résultats de MTT. L'effet protecteur du 2APB et de la capsazépine observé lors d'essais MTT suggère la participation respective des canaux TRPM7 et TRPM8 dans l'entrée de Cd. De plus, nous avons observé une différence dans la cytotoxicité du Cd (CL50 variant jusqu'à 3 fois) dans les lignées ostéoblastiques humaines MG-63, SaOS-2 et U2OS (respectivement 16 ± 2,30 ± 6 et 55 ± 4 µM). Nos résultats n'indiquent aucune différence dans les niveaux d'accumulation de Cd entre les trois lignées. Nous proposons donc l'hypothèse voulant qu'il existe des différences au niveau des mécanismes de gestion du Cd intracellulaire. Nos résultats préliminaires obtenus par RT-PCR montrent que chacune des lignées expriment les ARNm de MTs et de HSP70. Il est donc possible que l'induction de MTs et de HSP70 diffère entre les lignées cellulaires. En conclusion, le Cd entre dans les ostéoblastes MG-63 de façon spécifique en empruntant une ou des voies calciques, dont possiblement les canaux TRPM7 et TRPM8. Il est possible que la cytotoxicité qui s'en suit contribue aux déséquilibres oméostatiques observés aux niveaux des os. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : cadmium, calcium, spéciation, ostéoblastes, os, cellules MG-63, cellules SaOS-2, cellules U2OS

La mitochondrie joue un rôle majeur dans la mort cellulaire par nécrose et apoptose. Un des phénomènes hautement régulés conduisant à cette mort cellulaire est la transition de perméabilité mitochondriale qui est médiée par l'ouverture du pore de transition de perméabilité (PTP) localisé dans la membrane interne. Dans les mitochondries de foie de rat, il a été constaté que les analogues de l'ubiquinone ont trois types d'action sur l'ouverture du PTP : l'induction, l'inhibition ou l'interaction sans effet régulateur. Bien que l'inhibition du PTP soit habituellement protectrice de la mort cellulaire, il a été rapporté que des quinones inhibitrices provoquent une toxicité sur certaines lignées cellulaires.<br />Dans notre étude, nous nous sommes attachés à comprendre d'où peuvent provenir ces divergences, en travaillant sur des lignées hépatocytaires immortalisées et cancéreuses. Nous avons observé que la régulation du PTP par les analogues de l'ubiquinone peut être bouleversée par l'immortalisation et/ou la cancérisation, alors que l'effet de la ciclosporine A demeure inchangé. Tant en culture qu'en co-culture, cette caractéristique unique permet une toxicité ciblée, même entre deux lignées cellulaires très proches. Dans certaines lignées, certaines ubiquinones inhibitrices entraînent malgré tout une mort cellulaire. Nous avons pu montrer que cette toxicité est due à l'augmentation de la production radicalaire. Ce travail ouvre de nouvelles perspectives dans l'utilisation du PTP comme cible moléculaire de thérapie anticancéreuse sélective.

Le cadmium (Cd), métal extrêmement toxique, peut pénétrer dans l'organisme par ingestion, mais également par inhalation. Le mécanisme régissant son transport membranaire est jusqu'ici inconnu mais sa nature toxique suggère qu'il puisse emprunter des systèmes de transports dédiés à certains éléments essentiels tels que le calcium (Ca). Notre étude évalue la cytotoxicité du Cd, du Pb et du Hg utilisés seuls ou en combinaisons multiples dans deux lignées cellulaires humaines A549 et H441 qui représentent respectivement le phénotype de cellules alvéolaires et bronchiolaires de l'épithélium pulmonaire. La caractérisation du transport de Cd selon la spéciation organique et inorganique et selon le pH est aussi étudiée tout en vérifiant l'implication possible des voies calciques. L'essai MTT indique que le Cd et Hg sont cytotoxiques dans les deux lignées alors que le Pb ne semble pas affecter la viabilité cellulaire. Les résultats démontrent aussi que la lignée A549, pour laquelle la plus faible valeur de LC₅₀ a été mesurée, est deux fois plus sensible au Cd que la lignée H441 (60 µM vs 120 µM). L'étude de l'accumulation du ¹⁰⁹Cd montre que la variation de cette sensibilité ne peut être attribuée à une accumulation supérieure de Cd. Dans les deux lignées, les résultats de toxicité et d'accumulation du Cd en présence de Hg et de Pb indiquent la présence d'une corrélation entre les contenus cellulaires en Cd et le potentiel toxique. Il semble que le Pb protège les deux lignées contre la toxicité du Cd en inhibant le transport membranaire du Cd alors que le Hg sensibilise les cellules A549 en augmentant les niveaux d'accumulation du Cd. La caractérisation du transport membranaire de ¹⁰⁹Cd montre une inhibition de l'accumulation temporelle du ¹⁰⁹Cd dans un milieu chloré en présence d'un excès de Cd non radioactif ce qui indique l'implication d'un système spécifique de transport. Les paramètres d'accumulation et les caractéristiques cinétiques varient d'une lignée à l'autre et révèlent la présence d'un processus saturable et à haute affinité (Km < 5M dans les deux cas). L'accumulation de Cd est supérieure en milieux inorganiques (chloré et nitré) comparativement au milieu organique (DMEM) probablement suite à la complexation du Cd. Nos résultats montrent aussi une plus grande variation du transport de Cd en fonction du pH dans la lignée A549; le Cd étant bien moins transporté à pH acide. L'étude des interactions Cd-Ca montre que le Ca n'inhibe pas le transport du ¹⁰⁹Cd mais que le Cd inhibe le transport de ⁴⁵Ca. Dans les cellules A549, un transport de ⁴⁵Ca dépendant du voltage et hautement sensible à une inhibition par le Cd a aussi pu être mis en évidence. En conclusion, l'accumulation pulmonaire de Cd n'implique pas de voies de transport calciques et varie selon le phénotype cellulaire et les interactions avec d'autres métaux. La toxicité du Cd n'est pas toujours corrélée aux niveaux d'accumulation du métal et dépendrait d'autres mécanismes cellulaires qui réduisent la toxicité du Cd et diffèrent d'une lignée à l'autre. Nous émettons donc l'hypothèse que des mécanismes de protection cellulaire (GSH, MT et HSP70) seraient probablement responsables des variations de sensibilité observées dans les cellules A549 et H441. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Métaux lourds (Cd, Pb et Hg), Cellules A549 et H441, Transport membranaire, Viabilité cellulaire, Canaux calciques dépendants du voltage.

L'exploitation des terres à des fins agricoles entraîne la présence de nombreux contaminants dans les milieux naturels, ce qui peut nuire à la faune qu'on y retrouve. Nous avons émis l'hypothèse que la présence de contaminants agricoles aurait un impact sur le métabolisme osseux du ouaouaron (Rana catesbeiana), puisque des difformités au niveau des pattes avaient auparavant été observées chez certains individus. Les grenouilles ont été capturées à l'été 2008 en six sites situés aux abords de la rivière Yamaska et choisis selon un gradient d'activité agricole. Elles ont par la suite été disséquées et leurs fémurs et phalanges ont été analysés à l'aide d'une technique d'imagerie numérique, grâce à l'appareil Skyscan 1172. Les phalanges des individus ont été analysées en histologie afin d'estimer leur âge par squelettochronologie. Une analyse sérique des principaux marqueurs du métabolisme osseux a aussi été effectuée. Nos résultats ont démontré que l'activité de la phosphatase alcaline augmentait en fonction du gradient d'exploitation agricole, supposant une atteinte hépatique. Aussi, les ouaouarons provenant du site de plus forte activité agricole présentaient un volume osseux réduit au niveau de la portion trabéculaire de la phalange, ainsi que de la portion corticale du fémur. De plus, les grenouilles capturées à ce site étaient significativement plus jeunes. Nous avons aussi voulu vérifier l'impact de certains pesticides au niveau cellulaire, en utilisant la lignée ostéoblastique murine MC3T3-E1 et la lignée ostéoblastique humaine MG-63. Il s'est avéré que l'atrazine et le métolachlore n'étaient pas cytotoxiques pour les cellules aux concentrations utilisées. Par contre, l'endosulfan, un pesticide organochloré, a été démontré cytotoxique, sa CL50 ayant été mesurée à 42,4µM. Nous avons par la suite tenté de documenter son mécanisme de toxicité par des mesures au cytofluoromètre. Nous avons pu démontrer par un marquage aux sondes PI et Annexine V que l'endosulfan induisait l'apoptose et la nécrose. De plus, le potentiel mitochondrial subit une dépolarisation forte et rapide après traitement à l'endosulfan, ce qui a été mesuré grâce à la sonde JC-1. Bien que l'apoptose soit induite par l'endosulfan et que le potentiel mitochondrial chute, nous n'avons pas été en mesure de mettre en évidence la production de ROS par marquage à la sonde H2DCFDA. Par contre, l'ajout de trois antioxydants différents, soit la vitamine C, la vitamine E et la N-acétyl-cystéine au milieu de culture a significativement réduit la mortalité, ce qui laisse présumer que la production de ROS serait à la base du mécanisme de toxicité de ce pesticide, mais que le marquage au H2DCFDA n' aurait pu le révéler. Le métabolisme osseux est souvent ignoré lors d'études toxicologiques. Ce projet ayant permis de révéler l'impact de contaminants agricoles sur le métabolisme osseux du ouaouaron ainsi que sur des cellules ostéoblastiques indique que cet aspect ne devrait pas être négligé lors de futures études. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : ostéoblaste, apoptose, endosulfan, ouaouaron, pesticides.

Certaines espèces de phytoplanctons produisent des métabolites secondaires hautement toxiques appelés phycotoxines. Ces phycotoxines peuvent contaminer les fruits et mer et poser un risque sanitaire pour l'homme. Elles sont responsables d'effets néfastes chez l'homme et peuvent provoquer des diarrhées, des nausées et des douleurs abdominales. Pour améliorer l'évaluation du risque sanitaire lié à la présence de phycotoxines dans les coquillages, une meilleure caractérisation du potentiel toxique est indispensable. Aussi, l'objectif de ce doctorat a été d'étudier les effets cytotoxiques des phycotoxines lipophiles seules et en mélange à l'aide de nouvelles approches in vitro en toxicologie. Nos études ont montrées que si les analogues de l'acide okadaïque (AO) induisaient tous l'apoptose, la génotoxicité, l'inflammation cellulaire et la perturbation du cycle cellulaire, sur les lignées intestinales Caco-2 et HT29-MTX, ces effets se produisaient à des concentrations différentes en fonction des toxines. Ensuite, nos recherches sur la lignée hépatique humaine HepaRG ont montrées l'implication des enzymes de phase I dans le processus de détoxication de l'AO et de ses analogues les dinophysistoxines (DTX), et de la pectenotoxin-2 (PTX-2). Pour finir, l'utilisation de la méthode des index de combinaison pour l'étude de la toxicité des mélanges binaires de toxines sur des lignées intestinales a mis en évidence des effets synergiques du mélange Azaspiracide-1/ Yessotoxine. / Some species of phytoplankton produce highly toxic secondary metabolites called phycotoxins. Phycotoxins can contaminate seafood and pose a health risk to humans. They can cause several adverse effects in humans, including diarrhea, nausea and abdominal pain. To improve risk assessment associated with the presence of lipophilic phycotoxins in shellfish, a better characterization of the toxic potential is essential. The aim of this PhD was to study the cytotoxic effects of single and mixed lipophilic shellfish toxins using new approaches in in vitro toxicology. Our studies have shown that, analogs of okadaic acid (OA) induced apoptosis, genotoxicity, cellular inflammation and disturbance of the cell cycle, on intestinal cell lines Caco-2 and HT29-MTX, and that this effects occurred at different concentrations depending on the toxin. Then, our researches on human hepatic lineage HepaRG have shown the involvement of phase I enzymes in the detoxification of the pectenotoxin-2 (PTX-2), and OA and its analogues the dinophysistoxins (DTX). Finally, the use of the combination index method for studying the toxicity of binary mixtures of phycotoxins on intestinal cell lines showed synergistic effects of azaspiracid-1 / yessotoxin mixture.

L'objectif a été de formuler des émulsions multiples Hydrophile/Lipophile/Hydrophile de taille nanométrique par autoémulsification, d'évaluer leurs cytotoxicités et le taux d'encapsulation. Trois formules ont été développées. La phase lipophile est composée de : triglycéride à chaine moyenne et de deux agents de surface : formules (a) Polysorbate 85 (PS85) / Labrasol®, (b) PS 85 / Cremophor® EL, (c) Glycérol / PS85. Les tailles des globules multiples des formules sont (a) 150 nm, (b) 40 nm et (c) 200 nm. La stabilité est de (a) 24 h, (b) 6 mois et (c) 2 mois. Le système multiple a été caractérisé par microscopie électronique à transmission et calorimétrie différentielle à balayage (DSC). L'évaluation de la viabilité cellulaire a montré une cytotoxicité aigüe (a) et retardé (b) et absence de cytotoxicité (c). La stabilité de la formulation (c) a été améliorée par ajout d'un glycéride hémisynthétique (Suppocire®DM). Différentes méthodes d'évaluation du taux d'encapsulation ont été testées, des méthodes usuelles (ultracentrifugation, dialyse) et d'autres méthodes (dégradation enzymatique, intercalant de l'ADN) avec des résultats montrant une interaction. La mise en évidence de la formation de micelles de PS85 dans la phase aqueuse externe a permis d'expliquer cette interaction. L'ultrafiltration a montré que le PS85 encapsulait du principe actif dans la phase aqueuse externe. L'évaluation de l'encapsulation de DTPA-Europium par DSC a permis détecter un taux d'encapsulation de 68 %. Du DTPA-Gadolinium incorporé dans la phase aqueuse interne a montré une supériorité comme agent de contraste positif par imagerie par résonnance magnétique par rapport à la solution de référence. / The aim was to formulate nanoscale Water/Oil/Water (W/O/W) multiple emulsion (ME) byself-emulsification, to evaluate their cytotoxicity and the encapsulation rate of DTPAEuropiumsolution. Three W/O/W ME have been developed. The lipophilic phase is composed of medium chain triglyceride (MCT) and two surfactants (ratio 7/3), which are : formulations:(a) Polysorbate 85 (PS85) / Labrasol ®, (b) PS85 / Cremophor EL®, (c) Glycerol / PS85. The sizes of multiple droplets are (a) 150 nm, (b) 40 nm and (c) 200 nm. Stabilities are (a) 24 h, (b)6 months and (c) 2 months. Multiple system has been characterized by transmission electronmicroscopy and differential scanning calorimetry (DSC). Evaluation of cell viability showacute cytotoxicity (formulation a), delayed cytotoxicity (formulation b) and no cytotoxicity(formulation c). The stability of formulation (c) has been improved by adding to the oily phase a hemisynthetic glycerid (Suppocire® DM). Different methods of evaluation of encapsulation rate have been tested: conventional methods (ultracentrifugation, dialysis, conductivity) and methods used for other nanosystems (enzymatic degradation, DNA intercalating). Results have shown an interaction. The demonstration of the formation of micelles or an emulsion ofPS85 in the external aqueous phase allowed explaining this interaction. Ultrafiltration was used to characterize it and to show that the PS85 encapsulates the active subtance in the external aqueous phase. Evaluation of the encapsulation of a solution of DTPA - Europium byDSC has overcome this interaction, and detecting an encapsulation rate of about 68 %. The incorporation of a solution of DTPA - Gadolinium in the internal aqueous phase has shown superiority as a positive contrast agent in magnetic resonance imaging as compared to a reference solution.

La bis(phosphine) non symétrique Ph2P(CH2)2P(CH2OH)2 a été conçue et synthétisée afin d’imiter la tris(hydroxyméthyl)phosphine, une structure intéressante pouvant être utilisée en catalyse avec des métaux de transition car elle peut changer la sphère de coordination de ceux-ci. Si l’hydroxyméthylphosphine est liée à une donneur de diphénylphosphine possédant un pont éthane-1,2-diyl, ce dernier devrait permettre d’augmenter la stabilité du complexe à travers son effet chélatant, pour fournir un complexe mieux défini. Afin de comprendre l’origine de phénomènes indésirables provenant d’hydroxy-méthylphosphines, nous avons également synthétisé leurs analogues munis des fonctions bis(méthoxyméthyl)phosphine et aminométhylphosphines ainsi que les 2,6-dihydroxy-phosphinanes. Ces bis(phosphines) ont été utilisées pour former des complexes avec différents métaux de transition (Co(II), Ni(II), Ru(II), Rh(I), Pd(II), et Pt(II)). Il est à noter que des effets de liaisons hydrogènes ont sur la stéréochimie ont été observés, et que des arguments provenant de la littérature concernant la coordination d’hydroxyméthylphosphines ont été réfutés. Certains complexes possèdent également une activité cytotoxique importante envers des cellules cancéreuses humaines. Les ligands ont également été employés avec succès en catalyse, avec du rhodium pour réaliser des hydrogénations d’enamides et avec des métaux du groupe 10 pour effectuer l’hydro-phosphination du formol par PH3. / The non-symmetrical bis(phosphine) Ph2P(CH2)2¬P(CH2OH)2 was designed and synthesized as a mimic of tris(hydroxymethyl)phoshine; this structure is appealing for use in transition metal catalysis but is known to show unpredictable reactivity in transition metal coordination spheres. Having a hydroxymethylphosphine connected to a conventional diphenylphosphine donor with an ethane-1,2-diyl bridge should provide increased stability through the chelate effect and thus better-defined coordination complexes. To obtain data concerning the origin of the undesired acitivity of hydroxymethylphosphines, we also synthesized aprotic bis(methoxy) and aminomethylphosphine and cyclic dihydroxyphosphinane analogues of the non-symmetrical bis(phosphine). These bis(phosphines) have been used to form coordination complexes with a number of transition metals (Co(II), Ni(II), Ru(II), Rh(I), Pd(II), and Pt(II)). Significant hydrogen bonding influence on stereochemistry were observed and some arguments regarding hydroxymethylphosphine coordination in the literature were refuted. A selection of the complexes has also been shown to possess significant cytotoxic activity against a human cancer cell line. The ligands have also been employed successfully as ligands in two catalytic systems, viz. RhI catalysed hydrogenation and group 10 metal catalysed hydrophosphination of formaldehyde.