A produção de radicais de carbono \"in vivo\" durante a biotransformação da hidrazina foi demonstrada por ressonância para magnética eletrônica, utilizando o método do captador de spin. Eritrócitos de rato também oxidaram a hidrazina, formando radicais de carbono e nitrogênio, além de espécies reativas de oxigênio. Todas estas espécies, possivelmente formadas \"in vivo\", são potencialmente causadoras de dano a macromoléculas. Podem, por exemplo, iniciar reações secundárias formando radicais de componentes celulares, como ocorreu com a hemoglobina que foi oxidada a radicais tiil-hemoglobina em eritrócitos tratados com hídrazina. Radicais de carbono formados durante a biotransformação da hidrazina em animais expostos provêm necessariamente de substâncias endógenas e podem ser direta ou indiretamente responsáveis pela modificação ( alquilação ) de bases no DNA \"in vivo\". A hidrazona do formaldeído é descrita na literatura como um intermediário da alquilação induzida por hidrazina \"in vivo\". Células L 1210, catalase ou oxihemoglobina de rato foram capazes de formar radicais de carbono durante a oxidação da hidrazona do formaldeído. A oxidação da hidrazona do formaldeído pela catalase foi estudada \"in vítro\" e os radicais de carbono formados, identificados como radicais metila. A base modificada C8 -metil-guanina foi formada em animais expostos, como demonstrado por cromatografia líquida de alta eficiência associada à detecção eletroquímica, sugerindo que ocorreu alquilação do DNA por radicais metila durante a biotransformação da hidrazina \"in vivo\". / The production of carbon-centered radicais during hydrazine biotransformation \"in vivo\" was demonstrated by electron paramagnetic resonance ( EPR ) spin trapping technique. Rat red blood cells also oxidized hydrazine, forming carbon and nitrogen centered radicais, besides oxygen reactive speties. Ali these species, possibly formed \"in vivo\", are potentially harmful to macromolecules. For example, they can initiate secondary reactions in which the radicais from cell components are formed, as it occurred with hemoglobin, forming thiyl-hemoglobin radicais in the red blood cells treated with hydrazine. Carbon-centered radicais produced during the biotransformation of hydrazine in exposed animais must be derived from endogenous sources and may be directly or indirectly responsible for the modificaton ( alkylation ) of DNA bases \"in vivo\". The formaldehyde hydrazone is reported in the literature as an intermediate of hydrazine-induced alkylation \"in vivo\". L1210 cells, catalase and rat hemoglobin were able to produce carbon-centered radicais during the oxidation of the formaldehyde hydrazone. The oxidation of formaldehyde hydrazone by catalase was studied \"in vitro\" and the generated carbon-centered radicais were identified as methyl radicais. The modified base C8 -methylguanine was formed in exposed animais, as demonstrated by high performance liquid chromatography with electrochemical detection, suggesting that DNA alkylation by methyl radicais occurred during hydrazine biotransformation \"in vivo.\"

Les amines hétérocycliques aromatiques (AHA) sont des contaminants de l'environnement et de l'alimentation, majoritairement formés lors de la cuisson de viande et poisson ainsi que dans la fumée de cigarette et les gaz d'échappements. Les AHA sont mutagènes chez la bactérie, cancérogènes multi-sites chez le rongeur et sont classées comme cancérogènes possibles ou probables chez l'Homme par l'IARC. Il est aujourd'hui indispensable de caractériser des biomarqueurs d'exposition dérivés des AHA (adduits à l'ADN et métabolites) pour améliorer l'estimation du risque chez l'Homme. Des résultats de l'équipe ont démontré que le 2-amino-9H-pyrido[2,3-b]indole (AαC) forme des niveaux d'adduits à l'ADN élevés dans les hépatocytes humains. Ces niveaux sont plus élevés que ceux formés par les autres AHA. L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre le potentiel génotoxique d'AαC chez l'Homme. Nos travaux ont démontré que les adduits à l'ADN dérivés d'AαC sont persistants dans les hépatocytes humains et formés à des doses aussi faibles que 1nM. De plus, le CYP1A2 a été confirmé comme enzyme majoritaire dans la bioactivation d'AαC dans le foie humain. Nous avons également caractérisé les métabolites majeurs dérivés d'AαC dans les hépatocytes humains. Cette étude a permis d'établir pour la première fois une corrélation entre l'activité catalytique du CYP1A2, la formation d'AαC-HN2-O-Gl et la formation des adduits à l'ADN dérivés d'AαC. Le métabolite AαC-HN2-O-Gl étant réactif vis-à-vis de l'ADN in vitro, nos travaux confortent l'hypothèse que la voie des UDP-Glucuronosyltransférases (UGTs) est une nouvelle voie de bioactivation d'AαC dans le foie humain. De plus, nous avons montré que les adduits à l'ADN dérivés des AHA sont formés dans les lymphocytes T humains activés et en particulier les adduits en position C8 de la guanine dérivés d'AαC. Au total, ces travaux ont permis l'identification de métabolites stables et des adduits à l'ADN, potentiels biomarqueurs d'exposition à AαC, qui sont indispensables pour une meilleure estimation du risque génotoxique d'AαC chez l'Homme. / Heterocyclic aromatic amines (HAA) are environmental and food contaminants, mainly formed during meat and fish cooking, but also in cigarette smoke and exhaust gaz. HAA are mutagenic in bacteria, carcinogenic in rodents and are classified as possible or probable human carcinogens by IARC. Today it is essential to characterize exposure biomarkers i.e. DNA adducts and metabolites, to assess the human risk associated with HAA. The research team has previously demonstrated that 2-amino-9H-pyrido[2,3-b]indole (AαC) form high levels of DNA adducts in human hepatocytes. These levels are greater that those derived from other HAAs. Thus, the aim of this thesis was to better understand the genotoxic potential of AαC in human. We demonstrated that in human hepatocytes, DNA adducts derived from AαC are persistent and formed at doses as low as 1nM. Moreover, we confirmed that CYP1A2 is the major enzyme implicated in the bioactivation of AαC in human liver. We have also characterized the major metabolites derived from AαC formed in human hepatocytes. This study allows, for the first time, the establishment of a correlation between the catalytic activity of CYP1A2, AαC-HN2-O-Gl formation and AαC derived DNA adducts formation. AαC-HN2-O-Gl being reactive toward DNA in vitro, our work reinforces the hypothesis that the UDP-glucuronosyltransferase (UGTs) pathway is a new bioactivation pathway for AαC in human liver. Moreover, we demonstrated the formation of HAA derived DNA adducts, especially those derived from AαC at position C8 of guanine, in activated human T lymphocytes. Taken together, our data lead to the identification of stable metabolites as well as DNA adducts which are potentials AαC exposure biomarkers in human. These biomarkers are essential for a better assessment of the genotoxic risk of AαC in human.

En Europe, le nombre de cancers est en constante augmentation et explique l’augmentation des traitements. Les bases de ces traitements sont la chimiothérapie et la radiothérapie, seules ou en association. Les chimiothérapies sont effectuées à l’aide de médicaments anticancéreux qui ont des propriétés toxiques pour les cellules. Après administration des traitements aux patients, les médicaments sont excrétés et se concentrent dans les effluents hospitaliers et les réseaux d’égouts. Bien que beaucoup de ces composés soient éliminés dans les stations d’épuration, certains sont difficilement biodégradables et sont directement rejetées dans le milieu naturel où ils représentent un risque toxique pour la flore, la faune et l’Homme. Bien que les concentrations soient faibles (ng/L - μg/L), très peu de données sont disponibles sur leurs impacts écotoxicologiques. Leur présence dans l’environnement est d’autant plus préoccupante que les produits de métabolisation sont souvent plus toxiques que la substance d’origine. L’objectif de la thèse a été d’évaluer le risque (éco)toxicologique induit par de faibles doses de médicaments rejetés seuls ou en mélanges dans les effluents hospitaliers, urbains et dans l’environnement. De par leur utilisation courante dans les traitements anticancéreux, trois molécules ont été sélectionnées pour notre étude : la ciprofloxacine (antibiotique), le tamoxifène (perturbateur endocrinien), et le cyclophosphamide (anticancéreux). Des gammes de concentrations représentatives des effluents hospitaliers, station d’épuration et de l’environnement ont été testées à l’aide de bioessais appliqués à des organismes aquatiques (V. fischeri, P. subcapitata, L. minor) et de biomarqueurs appliqués à une levure (S. cerevisiae) et des cellules humaines hépatiques et mammaires. La viabilité cellulaire (test MTS) et la génotoxicité (cassures à l’ADN et adduit à l’ADN) ont été comparés aux tests standardisés Microtox ®, Algaltoxkit F™, ainsi que d’inhibition de croissance de Lemna minor. Le potentiel perturbateur endocrinien a été évalué en parallèle à l’aide du test YES/YAS. Cette batterie de tests a ensuite été appliquée a des effluents bruts (hospitaliers, station d’épuration) pour en évaluer le potentiel (géno)toxique. Des échantillons à proximité de l’hôpital de Gérone (Espagne) ont été prélevés en sortie de l’hôpital, en entrée et en sortie de station d’épuration, pendant trois mois consécutifs. Plusieurs effets de toxicité ont été observés sur les modèles d’étude, comme notamment l’apparition de phénomènes d’hormèses sur la viabilité des cellules hépatiques exposée au tamoxifène et à la ciprofloxacine, seuls ou en mélange. Le même schéma est observé pour les mélanges avec le test Microtox®. D’autre part, l’exposition respective des cellules hépatiques et mammaires aux médicaments n’entraîne pas de cassures de l’ADN et entraine l’apparition d’adduits seulement avec le tamoxifène, alors qu’on note une augmentation dose-dépendant des cassures et des adduits à l’ADN après exposition aux mélanges. De même, une réponse positive est observée avec le test Algaltox F™. Concernant les effluents, les effets dépendent à la fois du type d’organisme et du temps d’exposition. Les tests Microtox®, Algaltox F™ et le post-marquage des adduits à l’ADN sont apparus être les pertinents pour l’analyse. Les interactions observées entre les composés mettent en avant la nécessité d’évaluer les effets des contaminants à petites doses en mélanges, à plusieurs temps d’exposition et avec différents tests. L’application d’une telle batterie de tests à des échantillons environnementaux permet de qualifier les effluents et de suivre l’efficacité de moyens d’épuration. A terme, son application pourrait permettre de mieux appréhender les risques (éco)toxiques associés aux rejets de médicaments dans l’environnement et pouvant être à l’origine de cancer secondaire chez l’Homme. / In Europe, cancers rate is constantly raising, which explain the increase in treatments. They are usually chemotherapy and radiotherapy, alone or combine. Chemotherapy is done with anticancer drugs with toxic characteristics on cells. After administer the treatments to the patients, some of the drugs are excreted in significant proportion and released in hospital and communal effluents. Even though a lot of the compounds are either removed by adsorption or bio-degradation in waste water treatment plant (WWTP), some of their are not are directly released in the environment and represent a toxic risk for aquatic organisms and the Human health. Despite low concentrations (ng/L-μg/L), few data are available about the ecotoxicological impact. The importance of chemical compounds pollutants, especially anticancer drugs, are a real concern because the metabolites of the chemicals are even more toxic than the original substance. The aim of the thesis is to develop a battery based approach to evaluate the risks induct by low doses of drugs released independently or in mixture, in hospital waste water. Because of their common use in anticancer treatment procedures, three molecules have been chosen for our study: ciprofloxacin (antibiotic), tamoxifen (endocrine disruptor), cyclophosphamide (anticancer). Concentrations were range from hospital sewers and WWTP to the environment have been tested with a battery base approach using standardized bioassays applied on aquatic organisms (V fischeri, S. subcapitata, L. minor) and biomarker applied on yeast (S. cerevisia), hepatic and mammary human cell lines. Cell viability (test MTS) and genotoxicity (DNA breaks, DNA adducts) were compared with the standardized bioassays Microtox®, Algaltoxkit F™, and Lemna minor growth inhibition. In parallel, the endocrine disruptor activity was estimated the YES/YAS assay. The battery assay was then applied to evaluate the (geno)toxicity of raw effluents (hospital, wastewater-treatment plant). Samples from the hospital of Girona (Spain) were taken got out of it from the hospital, in entrance and got out of it from water-treatment plant, during three consecutive months. Several toxic effects have been observed during this work on aquatic organisms and both human cell lines. Results show especially hormetic effect on viability of hepatic cell line exposed to ciprofloxacin and tamoxifen alone or in mixture. Same results were observed the Microtox assays after mixtures exposures. On the other hand, the individually hepatic and mammary cell exposure to the drugs doesn’t induce DNA break, and induce DNA adduct only with the tamoxifen. Furthermore, we observe a dose-dependent increasing of the DNA break and adduct if the cells are exposed in mixture. Same results were observed with Algaltox F™. Concerning the effluents, effects depending on the kind of organisms and time exposure. The Microtox ®, Algaltox F ™ and the DNA adducts post-labelling appeared to be the most relevant for the analysis. The interactions observed between drugs pinpoint the necessity to assess the effect of contaminants in low doses mixtures, at many exposure times, and using different tools. The application of this battery with environmental raw samples is in use to rank outflows toxicity and follow the WWTP efficiency, which could lead to a better understanding of the human health risks.

As espécies reativas são associadas a processos toxicológicos e fisiopatológicos, agindo como importantes mediadores, por exemplo, na sinalização celular. Diversas classes de compostos têm sido utilizadas como possíveis biomarcadores de estresse redox, destacando-se os aldeídos &#945;,&#946;-insaturados, capazes de alquilar biomoléculas como o DNA. Para evitar efeitos deletérios, estes aldeídos são detoxificados por glutationilação e posterior metabolização a derivados mercaptúricos. Contudo, avaliar o estado redox em sistemas biológicos ainda é tarefa bastante complexa, sendo a dificuldade em quantificar de forma prática e acurada os efeitos de sinalização e/ou dano molecular o maior problema dos estudos redox. Assim, o objetivo deste trabalho foi desenvolver métodos acurados e sensíveis de análise de potenciais biomarcadores de estresse redox, isto é: nucleosídeos modificados, aldeídos endógenos e exógenos, glutationa e produtos de glutationilação, e avaliá-los em sistemas modelos, celular e animal, e em humanos. A avaliação dos níveis urinários de três nucleosídeos modificados por metodologia de HPLC-MS/MS desenvolvida pelo grupo em moradores da cidade de São Paulo - região com poluição atmosférica - demonstrou aumento significativo de 1,N2-propanodGuo comparado aos moradores de região não poluída. Ademais, comprova-se pela primeira vez que células deficientes em reparo de ligações cruzadas apresentam níveis basais elevados de 1,N2-propanodGuo, em duas linhagens independentes, colocando este aduto como potencial mediador de carcinogênese em pacientes portadores de Anemia de Fanconi. Utilizando cérebro de ratos SOD1G93A (modelo de Esclerose Lateral Amiotrófica - ELA), verificou-se aumento de 50% nos níveis de 1,N2-propanodGuo e de 100% nos de 1,N6-&#949;dAdo em fase sintomática, sugerindo influência do conteúdo lipídico cerebral, levando a comprometimento do metabolismo neuronal e morte celular. O perfil de aldeídos determinado em cérebro de ratos SOD1G93A demonstrou aumento de trans-hexa-2-enal e trans,trans-hexa-2,4-dienal em fase assintomática e de trans,trans-deca-2,4-dienal em fase sintomática, não sendo observada nenhuma alteração na medula. Conhecer estas variações permite direcionar estudos de modificações em biomoléculas, além de a metodologia per se corroborar com as áreas de análises lipidômicas. Técnicas distintas e o preparo de amostras refletiram nos níveis de glutationa reduzida (GSH) e oxidada (GSSG) relatados. A técnica de espectrometria de massas mostrou-se mais precisa que a detecção eletroquímica; e a alquilação do grupo tiol minimizou interferências de matriz. Por análise de HPLC-UV/Vis-ESI-MS/MS, a quantificação de trans-4-hidroxi-2-nonenal (HNE) e crotonaldeido conjugados com GSH demonstrou não haver alterações em cérebro e medula de ratos SOD1G93A. Contudo, há formação esteroespecífica dos adutos de HNE in vivo. Ressalta-se que a metodologia desenvolvida é extremamente sensível e específica e permite análise simultânea de GSH, GSSG, cisteína, cistina e dos adutos supracitados, servindo para análise de outros adutos de glutationilação de aldeídos que possam ser importantes em doenças associadas a estresse redox. / Free radicais and oxidant species are associated with toxicological and pathophysiological processes. It has been demonstrated that production of reactive oxygen species may be involved in cell signaling and regulation. Several biomarkers of redox processes have been used, including adducts formed through the reaction of &#945;,&#946;-unsaturated aldehydes with biomolecules such as DNA. In order to avoid these deleterious effects, aldehydes are detoxified through glutathionylation and further metabolized to mercapturic derivatives. However, assessing the redox status in biological systems is still a very complex task, and the difficulty in practical and accurate quantification of signaling effects and/or molecular damage is a major problem in redox studies. The objective of this work was to develop accurate and sensitive methods for analysis of potential biomarkers of redox stress, i.e., modified nucleosides, endogenous and exogenous aldehydes, glutathione and glutathionylation products, and their evaluation in cell, animal model and humans. Evaluation of urinary levels of 1,N2-propano-2\'-deoxyguanosine (1,N2-propanodGuo), 1,N2-etheno-2\'-deoxyguanosine and 8-oxo-7,8-dihydro-2\'-deoxyguanosine in residents of São Paulo City - polluted region - showed a significant increase (p<0.05) in 1,N2-propanodGuo levels compared to residents of an unpolluted region by a HPLC-MS/MS methodology developed by the group. Moreover, it was proven, for the first time, that repair deficient cells have basal levels of 1,N2-propanodGuo higher than proficient cells in two independent strains, placing 1,N2-propanodGuo as a potential mediator of carcinogenesis in Fanconi Anemia patients. In an Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) animal model (SOD1G93A rat) , a 50% increase in the levels of 1,N2-propanodGuo and 100% in the 1,N6-etheno-2\'-deoxyadenosine in brain tissue in the symptomatic phase was observed, suggesting that the high brain lipid content may play a role, leading to impairment of cell metabolism and neuronal cell death. There is an increase of trans-hex-2-enal and trans,trans-hexa-2,4-dienal in asymptomatic SOD1G93A rats brain and of trans,trans-deca-2,4-dienal in symptomatic ones. However, no alteration was observed in spinal cord. Our approach contributes to a better understanding of the aldehyde status in vivo and allows us to predict biomolecule modifications. The developed methodology can contribute to lipidomic studies. The use of different techniques and sample preparation reflected in the reported levels of reduced (GSH) and oxidized glutathione (GSSG). The mass spectrometry technique proved to be more accurate than the electrochemical one, and the use of thiol alkylating agent minimizes matrix interference. No changes were observed in the levels of the GSH conjugates of trans-4-hydroxy-2-nonenal (HNE) and crotonaldehyde in brain and spinal cord of SOD1G93A rats quantified by HPLC-UV/Vis-ESI-MS/MS compared to controls. However, it was observed stereospecific HNE adducts formation in vivo. Note that this methodology is extremely sensitive and specific and allows simultaneous analysis of GSH, GSSG, Cys, cystine and the aforementioned adducts, serving for analysis of other aldehyde-glutathionylation adducts that may be important in pathologies associated with stress redox.

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Le benzo[a]pyrène (BaP) est un contaminant environnemental de la famille des hydrocarbures aromatiques polycycliques ayant été classé cancérogène chez l’humain. Cependant, la relation entre l’exposition et les effets est toujours mal documentée. L’objectif de cette thèse était de mieux documenter la relation quantitative entre l’exposition au BaP, l’évolution temporelle des biomarqueurs d’exposition et l’apparition d’altérations biologiques précoces, à partir d’études expérimentales chez le rat. Dans un premier temps, nous avons déterminé l’effet de 4 doses de BaP (0.4, 4, 10 et 40 µmol/kg) sur plusieurs biomarqueurs d’exposition (3- et 7-OHBaP, 4,5- et 7,8-diolBaP, BaPtétrol et 1,6-, 3,6- et 7,8-diones-BaP), les adduits à l’ADN et l’expression de gènes impliqués dans le métabolisme du BaP, la réparation de l’ADN et le stress oxydatif. Le BaP et ses métabolites ont été mesurés dans le sang, les tissus et les excrétas, 8 h et 24 h après l’administration intraveineuse de BaP par chromatographie liquide à ultra haute performance (UHPLC) couplée à la fluorescence. Les adduits à l’ADN ont été quantifiés dans les poumons par immuno-essai en chémoluminescence. L’expression des gènes dans les poumons a été réalisée par PCR quantitative en temps réel (qRT-PCR). Les résultats ont révélé une bonne relation dose-excrétion pour le 3-OHBaP, le 4,5-diolBaP et le 7,8-diolBaP et ils ont également renforcé l’utilité du 4,5-diolBaP comme potentiel biomarqueur du BaP en plus du 3-OHBaP. De plus, l’augmentation dose-dépendante de la formation des adduits et de l’expression de certains gènes impliqués dans le métabolisme et le stress oxydatif a suggéré l’intérêt de ces derniers comme biomarqueurs d’effet précoce. Dans un second temps, nous avons évaluer le profil cinétique des biomarqueurs en lien avec la modulation temporelle de la formation des adduits à l’ADN et de l’expression génique, en utilisant la dose de 40 µmol/kg de BaP telle qu’établie dans l’étude précédente, avec une série de mesures sur une durée de 72 h après l’injection intraveineuse de BaP. Il est apparu que le 3- et le 7-OHBaP ainsi que le 4,5- et le 7,8-diolBaP semblaient être de bons biomarqueurs d'exposition; les hydroxyBaP et diolBaP présentaient des cinétiques différentes, mais tous ces métabolites étaient corrélés de façon significative aux adduits BaPDE dans les poumons. L’expression de certains gènes et l’étude de leur profil cinétique a également permis de faire des liens avec la formation des adduits et de mieux comprendre le métabolisme du BaP. Après ces résultats, il semblait alors logique de s’intéresser à l’effet de la voie d’exposition dans un context d’exposition multiple de la population. Les données mesurées dans le sang et les excréta, après administration de 40 µmol/kg de BaP par voie intraveineuse, intratrachéale, orale, et cutanée, ont encore une fois montré l'intérêt de mesurer plusieurs métabolites pour l’évaluation de l’exposition en raison des différences en fonction de la voie d’administration du composé et des différences dans la cinétique de plusieurs biomarqueurs, notamment entre les hydroxy (3- et 7-OHBaP) et les diols-BaP (4,5- et 7,8-diolBaP). Les résultats suggèrent aussi que la mesure de ratios de concentrations de différents métabolites pourrait aider à indiquer le moment et la principale voie d’exposition. Ces données ont permis une meilleure compréhension du continuum entre l’exposition et les effets. / Benzo(a)pyrene (BaP) is a polycyclic aromatic hydrocarbon that has been classified as carcinogenic to humans. However, the relationship between exposure and effect is still poorly documented. The aim of this thesis was to document the quantitative relationship between exposure to BaP, the temporal evolution of biomarkers of exposure and the appearance of early biological alterations, by conducting experimental studies in rats. First, we determined the effect of four doses of BaP (0.4, 4, 10 and 40 µmol / kg) on several biomarkers of exposure (3- and 7-OHBaP, 4,5- and 7,8 -diolBaP, BaPtetrol and 1,6 -, 3,6 - and 7,8-dione-BaP), on DNA adducts and the expression of genes involved in the metabolism of BaP, DNA repair and oxidative stress. BaP and its metabolites were measured in blood, tissues and excreta, 8 h and 24 h after intravenous administration of BaP by ultra high performance liquid chromatography (UHPLC) coupled to fluorescence. The DNA adducts were quantified in lungs by chemiluminescence immunoassay. Gene expression in lungs was achieved by quantitative real time PCR (qRT-PCR). The results showed a good dose-excretion relationship for 3- OHBaP , 4,5- and 7,8- diolBaP and they also showed the usefulness of 4,5- diolBaP as a potential biomarker of BaP in addition to 3- OHBaP. Furthermore, the dose-dependent increase in the formation of adducts and the expression of certain genes involved in metabolism and oxidative stress highlighted the latter as potentially interesting biomarkers of effect. The following study was designed to evaluate the toxicokinetic profile of biomarkers of exposure related to the temporal modulation of the formation of DNA adducts and gene expression, using a dose of 40 µmol/kg BaP as set out in the previous study, but with regular measurements during the 72-h period following intravenous injection of BaP. It appeared that the 3 - and 7- OHBaP and 4,5 - and 7,8- diolBaP seemed to be good biomarkers of exposure; hydroxyBaPs and diolBaPs exhibited different kinetics but all the metabolites were significantly correlated with BaPDE adducts in the lungs. The expression of genes and the study of their kinetic profile also allowed to assess the relationship with the formation of adducts and better understand the metabolism of BaP. Based on these results, it seemed logical to focus on the effect of the route of exposure. The data measured in the blood and excreta after intravenous, intratracheal, oral, and cutaneous administration of 40 mmol/kg BaP have once again demonstrated the importance of measuring several metabolites due to kinetic differences depending on the route of administration of the compound and among biomarkers, in particular between OHBaPs (3 - and 7 - OHBaP) and diolBaPs (4,5 - and 7,8- diolBaP). Results also suggest that measurements of concentration ratios of different metabolites could help indicate the time and the main route of exposure. Overall, these data allowed a better understanding of the continuum between BaP exposure and early effects.

L'objectiu d'aquest tesi és avaluar els diferents passos en el camí que va des de l'exposició a contaminants atmosfèrics/PAHs fins a la malaltia, el càncer de bufeta urinària. Es van mesurar partícules ultrafines a Barcelona. S'ha avaluat l'exposició a contaminació atmosfèrica en un estudi cas-control, recollint informació sobre la història residencial incloent diversos indicadors de l'exposició a contaminació atmosfèrica i altres factors de risc potencials. Es va dur a terme una revisió sistemàtica de la literatura per avaluar si els nivells de metabòlits del pirè i els aductes d'ADN i de proteïnes es correlacionaven amb nivells baixos d'exposició a PAHs. Vam mesurar els nivells d'aductes d'ADN en un subgrup d'individus de l'estudi cas-control amb la tècnica del radioetiquetatge amb fòsfor-32, tractament de la nucleasa P1. Vam analitzar 22 SNPs en set gens de la via de reparació de l'ADN per excisió de nucleòtids. / The aim of this thesis is to evaluate the different steps in the pathway from exposure (air-contaminants/PAHs) to disease (bladder cancer). We measured ultrafine particles in Barcelona. We evaluated the exposure to air pollutants in a case-control study, collecting information on the residential history with proxies for exposure to air pollution and other potential risk factors. We did a systematic review of the literature to evaluate if pyrene metabolites and DNA and protein adducts are correlated with low level exposure to PAHs. We measured bulky DNA adducts in a subgroup of subjects of the case-control study using 32P-Postlabeling, nuclease P1 treatment. We analyzed 22 SNPs in 7 genes of the nucleotide excision repair pathway.

Le benzo[a]pyrène (BaP) est un contaminant environnemental de la famille des hydrocarbures aromatiques polycycliques ayant été classé cancérogène chez l’humain. Cependant, la relation entre l’exposition et les effets est toujours mal documentée. L’objectif de cette thèse était de mieux documenter la relation quantitative entre l’exposition au BaP, l’évolution temporelle des biomarqueurs d’exposition et l’apparition d’altérations biologiques précoces, à partir d’études expérimentales chez le rat. Dans un premier temps, nous avons déterminé l’effet de 4 doses de BaP (0.4, 4, 10 et 40 µmol/kg) sur plusieurs biomarqueurs d’exposition (3- et 7-OHBaP, 4,5- et 7,8-diolBaP, BaPtétrol et 1,6-, 3,6- et 7,8-diones-BaP), les adduits à l’ADN et l’expression de gènes impliqués dans le métabolisme du BaP, la réparation de l’ADN et le stress oxydatif. Le BaP et ses métabolites ont été mesurés dans le sang, les tissus et les excrétas, 8 h et 24 h après l’administration intraveineuse de BaP par chromatographie liquide à ultra haute performance (UHPLC) couplée à la fluorescence. Les adduits à l’ADN ont été quantifiés dans les poumons par immuno-essai en chémoluminescence. L’expression des gènes dans les poumons a été réalisée par PCR quantitative en temps réel (qRT-PCR). Les résultats ont révélé une bonne relation dose-excrétion pour le 3-OHBaP, le 4,5-diolBaP et le 7,8-diolBaP et ils ont également renforcé l’utilité du 4,5-diolBaP comme potentiel biomarqueur du BaP en plus du 3-OHBaP. De plus, l’augmentation dose-dépendante de la formation des adduits et de l’expression de certains gènes impliqués dans le métabolisme et le stress oxydatif a suggéré l’intérêt de ces derniers comme biomarqueurs d’effet précoce. Dans un second temps, nous avons évaluer le profil cinétique des biomarqueurs en lien avec la modulation temporelle de la formation des adduits à l’ADN et de l’expression génique, en utilisant la dose de 40 µmol/kg de BaP telle qu’établie dans l’étude précédente, avec une série de mesures sur une durée de 72 h après l’injection intraveineuse de BaP. Il est apparu que le 3- et le 7-OHBaP ainsi que le 4,5- et le 7,8-diolBaP semblaient être de bons biomarqueurs d'exposition; les hydroxyBaP et diolBaP présentaient des cinétiques différentes, mais tous ces métabolites étaient corrélés de façon significative aux adduits BaPDE dans les poumons. L’expression de certains gènes et l’étude de leur profil cinétique a également permis de faire des liens avec la formation des adduits et de mieux comprendre le métabolisme du BaP. Après ces résultats, il semblait alors logique de s’intéresser à l’effet de la voie d’exposition dans un context d’exposition multiple de la population. Les données mesurées dans le sang et les excréta, après administration de 40 µmol/kg de BaP par voie intraveineuse, intratrachéale, orale, et cutanée, ont encore une fois montré l'intérêt de mesurer plusieurs métabolites pour l’évaluation de l’exposition en raison des différences en fonction de la voie d’administration du composé et des différences dans la cinétique de plusieurs biomarqueurs, notamment entre les hydroxy (3- et 7-OHBaP) et les diols-BaP (4,5- et 7,8-diolBaP). Les résultats suggèrent aussi que la mesure de ratios de concentrations de différents métabolites pourrait aider à indiquer le moment et la principale voie d’exposition. Ces données ont permis une meilleure compréhension du continuum entre l’exposition et les effets. / Benzo(a)pyrene (BaP) is a polycyclic aromatic hydrocarbon that has been classified as carcinogenic to humans. However, the relationship between exposure and effect is still poorly documented. The aim of this thesis was to document the quantitative relationship between exposure to BaP, the temporal evolution of biomarkers of exposure and the appearance of early biological alterations, by conducting experimental studies in rats. First, we determined the effect of four doses of BaP (0.4, 4, 10 and 40 µmol / kg) on several biomarkers of exposure (3- and 7-OHBaP, 4,5- and 7,8 -diolBaP, BaPtetrol and 1,6 -, 3,6 - and 7,8-dione-BaP), on DNA adducts and the expression of genes involved in the metabolism of BaP, DNA repair and oxidative stress. BaP and its metabolites were measured in blood, tissues and excreta, 8 h and 24 h after intravenous administration of BaP by ultra high performance liquid chromatography (UHPLC) coupled to fluorescence. The DNA adducts were quantified in lungs by chemiluminescence immunoassay. Gene expression in lungs was achieved by quantitative real time PCR (qRT-PCR). The results showed a good dose-excretion relationship for 3- OHBaP , 4,5- and 7,8- diolBaP and they also showed the usefulness of 4,5- diolBaP as a potential biomarker of BaP in addition to 3- OHBaP. Furthermore, the dose-dependent increase in the formation of adducts and the expression of certain genes involved in metabolism and oxidative stress highlighted the latter as potentially interesting biomarkers of effect. The following study was designed to evaluate the toxicokinetic profile of biomarkers of exposure related to the temporal modulation of the formation of DNA adducts and gene expression, using a dose of 40 µmol/kg BaP as set out in the previous study, but with regular measurements during the 72-h period following intravenous injection of BaP. It appeared that the 3 - and 7- OHBaP and 4,5 - and 7,8- diolBaP seemed to be good biomarkers of exposure; hydroxyBaPs and diolBaPs exhibited different kinetics but all the metabolites were significantly correlated with BaPDE adducts in the lungs. The expression of genes and the study of their kinetic profile also allowed to assess the relationship with the formation of adducts and better understand the metabolism of BaP. Based on these results, it seemed logical to focus on the effect of the route of exposure. The data measured in the blood and excreta after intravenous, intratracheal, oral, and cutaneous administration of 40 mmol/kg BaP have once again demonstrated the importance of measuring several metabolites due to kinetic differences depending on the route of administration of the compound and among biomarkers, in particular between OHBaPs (3 - and 7 - OHBaP) and diolBaPs (4,5 - and 7,8- diolBaP). Results also suggest that measurements of concentration ratios of different metabolites could help indicate the time and the main route of exposure. Overall, these data allowed a better understanding of the continuum between BaP exposure and early effects.

The main aim of this work was to compare the genotoxicity of organic extracts from different size fractions of aerosol particles (1-10 µm, 0,5-1 µm, 0,17-0,5 µm) collected by high volume cascade impactors in various localities of the Czech Republic differing in the extent of the environmental pollution (Březno - strip mine, Dobré Štěstí - highway, Praha - city center, Láz - background station). Genotoxicity was determined in acellular assay of calf thymus DNA (CT-DNA) with and without S9 metabolic activation by analysis of DNA adducts induced by extractable organic matter (EOM) from the particulate matter (PM) by 32 P-postlabeling and the ability of extracts to induce oxidative DNA damage was evaluated using the competitive ELISA test. The main finding of this work is that most of the observed genotoxicity is connected with fine particles (<1 µm). The concentration of carcinogenic polycyclic aromatic hydrocarbons (c-PAHs) in EOMs indicate that fine fractions bound the highest amount of c-PAHs in all sampling sites. This fact might be related to a higher specific surface of this fraction as compared with a course fraction and a higher mass as compared with a condensational fraction. As for aerosol mass, both fine and condensational fractions are effective carriers of c-PAHs. Similarly, the DNA...

The low redox potential of guanines (G 1.29 V vs. NHE) compared to other nucleobases, makes them potentially susceptible to attack by exogenous and endogenous damaging species. This property of guanine has also been utilized for the development of several anticancer agents including the well-known platinum complexes, cisplatin and carboplatin. The two closely related nickel complexes, NiCR and NiCR-2H, exhibit significant differences in cytotoxicity towards MCF-7 cancer cells. In the first part of this work, we explain this difference using biochemical and biophysical approaches to study their interactions with duplex DNA. The nickel complexes were found to selectively oxidize guanines in bulged DNA structures in the presence of oxidant and notably NiCR-2H oxidizes guanines more efficiently than NiCR. According to 1 H NMR studies, NiCR-2H binds strongly to the N7 position of dGMP compared to NiCR and could be an important oxidation product of NiCR under physiological conditions. The second part of this work focuses on the secondary DNA structures known as G-quadruplex formed in the guanine rich telomeric region. G-quadruplex is formed by stacking of G-quartets (a coplanar cyclic array of four Gs) on top of each other. Its formation is known to inhibit the activity of the reverse transcriptase telomerase that is overexpressed in 80-90% cancer cells. The guanines in telomeric DNA are readily oxidized due to their low redox potential and the major oxidation product is 7, 8-dihydro-8-oxoguanine (OxodG). OxodG (0.58 V vs. NHE) can further be oxidized in the presence of one electron oxidants and the resulting product forms adducts with endogenous nucleophiles such as spermine. In light of these findings, we hereby designed and synthesized novel bifunctional perylene derivatives that can selectively bind to the telomeric DNA via G-quadruplex formation and subsequently react with OxodG in close proximity. These compounds have strong binding affinity towards G-quadruplex and can significantly stabilize the OxodG containing G-quadruplex motif by end stacking on the upper G-quartet. The effect of these compounds on telomerase activity and cytotoxicity towards Hep3B cancer cells was also evaluated.