L’évaluation des risques des produits chimiques utilise pour les effets non mutagènes un seuil de dose sans effet. L’objectif est d’élaborer une démarche qui permette de quantifier les risques non mutagènes. Elle s’inspire de celle utilisée pour les effets cancérigènes mutagènes. L’intérêt d’une approche sans seuil, est illustré par le cas du chlordécone en Guadeloupe. L’évaluation officielle indique 1 à 3 % de la population exposée au-dessus du seuil de dose toxique (atteintes rénales). Personne n’a quantifié les risques lorsque ce seuil est dépassé. Cependant, plusieurs millions d’euros (M€) sont investis chaque année pour la prévention des expositions.L’étude s’appuie uniquement sur des données disponibles en 2013. Les connaissances sur les modes d’actions toxiques du chlordécone permettent d’identifier les effets possibles à faible dose. Les études expérimentales multidoses ou les études épidémiologiques fournissent les données pour dériver des fonctions expositions risques (FER). Les données d’expositions internes (chlordéconémies) sont disponibles avant et après la mise en place en 2003 des actions de prévention. Les risques, estimés en multipliant les expositions par les FER, sont convertis en impacts via le nombre de personnes exposées. Les impacts sont monétarisés avec les DALYs et VOLY.Les effets possibles du chlordécone à faible dose chronique sont : cancers de la prostate et du foie, atteintes rénales et développement cognitif. Evaluer sans seuil et avec les expositions internes, le nombre de décès par cancer du foie avant 2003 est de 5,4 /an et après 2003 de 2,0 /an. Soit 3,4 décès/an évités grâce à la baisse des expositions. Pour les cancers de la prostate on compte respectivement : 2,8 et 1,0 (gain : 1,8 décès/an), pour les atteintes rénales : 0,10 et 0,04 (gain : 0,06 décès/an). Les pertes de points de QI sont de 1 173 pts/an et 1 003 pts/an (gain : 168 pts/an). Avant 2003, le coût total de ces impacts s’élève à 31,8 M€2006/an [10,6-64,3]. Les pertes de points de QI contribuent à 62 % du coût total, les cancers du foie 27 %, les cancers de la prostate 11 % et les atteintes rénales 0,6 %. Après 2003, le coût des impacts est de 21,3 M€2006/an [5,8-42,8]. Les bénéfices dus à la baisse des expositions sont de 10,5 M€2006/an. Les dépenses de préventions étant de 3,25 M€2006/an, le bénéfice est 3 fois plus élevé. La prise en compte d’un seuil de dose sans effet ne change pas significativement ces résultats. Evalué avec les expositions externes, le coût total des impacts ne représente plus que 4 % du coût avec les expositions internes. Une analyse de sensibilité par simulation Monté Carlo, montre que la variable « exposition » est la plus influente sur les résultats.Ce travail est le premier à prendre en compte un scénario d’évaluation sans seuil, ce qui est de plus en plus souvent recommandé pour les perturbateurs endocriniens. C’est aussi le premier à monétariser les impacts sanitaires du chlordécone. Cette approche est féconde d’informations utiles à la décision. Elle permet de comparer des options fondamentales comme l’existence ou non d’un seuil, la prise en compte d’expositions externes ou internes. Elle permet aussi de comparer le coût des actions de prévention aux bénéfices sanitaires qu’elles engendrent. Les résultats obtenus facilitent la hiérarchisation des priorités de sécurité sanitaire. On recommande cette démarche quantitative pour les facteurs d’environnement auxquels sont déjà exposées les populations. Les actions de prévention en Guadeloupe sont efficientes et justifiées au plan du coût social. Des enquêtes épidémiologiques sur le rôle du chlordécone dans les pathologies qui n’ont pas pu être prises en compte (neurotoxicité adulte, maladies auto immunes, autres effets sur le développement) seraient nécessaires. Il serait utile de prévoir des études mécanistiques avant les études épidémiologiques. Prolonger la cohorte TIMOUN permettrait de réduire l’incertitude sur le développement cognitif. / Risk assessment of chemicals uses for non-mutagenic effects a threshold dose without effect. The aim is to develop a risk assessment framework that allows quantification of non-mutagenic risks. It is inspired by the approach used for genotoxic carcinogens. The added value for safety decision making is shown on the case of chlordecone exposure in Guadeloupe. The official assessment is 1 to 3% of the population are exposed above the threshold (kidney damage). No one has quantified the risks when the threshold is exceeded. However, several million euros (M€) are invested annually for the prevention of exposure to chlordecone in Guadeloupe.The study is based only on published data available in 2013. The analysis of modes of action will identify the possible effects of chlordecone at chronicle low doses. Multidoses experimental studies or epidemiological studies provide data to derive exposure-response functions (ERF). The internal exposure data (blood chlordecone concentration) are available for Guadeloupe before and after the introduction in 2003 of preventive actions. The external exposure data are available only after 2003. Risks, estimated with exposures and ERF, are converted into impacts through the number of people exposed. The impacts are monetized via DALYs and VOLY.Four effects of chlordecone can occur at chronic low dose: prostate and liver cancers, kidney damages and cognitive development impairments. Without threshold and with internal exposure data, the estimated numbers of deaths from liver cancer are respectively before and after 2003: 5.4 /year and 2.0 /year. That is 3.4 deaths avoided per year by reducing exposure. For prostate cancer there are respectively 2.8 and 1.0 /yr (gain: 1.8 /yr) and for kidney damages 0.10 and 0.04 /yr (gain: 0.06 /yr). Loss of IQ points are 1 173/yr and 1 003 /yr (gain = 168 pt./yr). Before 2003, the total annual cost of these impacts is 31.8 million €2006 [10.6 to 64.3]. Impacts on cognitive development account for 62% of the total, liver cancer 27%, prostate cancer 11% and kidney damage 0.6%. After 2003, the cost of impacts is 21.3 M€/yr [5.8 to 42.8]. The benefits due to the reduction of exposures (avoided impacts) are 10.5 M€/yr [4.8 to 21.5]. Compared to annual spending estimated at 3.25 M€/yr, the annual benefit is three times higher. Including a threshold dose in the model do not significantly change the results. Use of the external exposure data, dramatically decreased the costs of impacts down to 4% of the costs estimated with internal exposures data. A sensitivity analysis with Monte Carlo simulation show that the "exposure" variable is the one that most influences the results.This work is the first to consider a quantitative assessment of health risks scenario without threshold, which is more and more often recommended for endocrine disrupters. It is also the first to monetize health impacts of chlordecone in Guadeloupe. This approach proves fruitful of useful information for decision making. It enables to compare basic options such as whether or not a threshold should be used in the model, taking into account any external or internal exposures. It also allows a comparison of the cost of preventive actions with the health benefits they generate. The results obtained facilitate the prioritization of actions for health safety. This quantitative approach is recommended for environmental factors to which are already exposed populations. Actions for reducing exposure to chlordecone in Guadeloupe are justified and efficient in terms of social cost. Epidemiological surveys to study the role of chlordecone in diseases that could not been taken into account for lack of knowledge (adult neurotoxicity, autoimmune diseases, and other developmental effects) would be needed. It would be useful to provide mechanistic studies before epidemiological studies implementation. Extend follow-up of the TIMOUN cohort could reduce uncertainty about cognitive development.

A la suite des catastrophes nucléaires d’importantes quantités de radionucléides ont été rejetés dans l’environnement. Le Strontium 90 (90Sr) fait partie de ces rejets. Du fait de sa demi-vie de 29 ans, c’est un polluant persistant qui conduit à la contamination des populations vivant autour des territoires contaminés via l’ingestion chronique de faibles quantités de ce radionucléide. Les études épidémiologiques ont mis en évidence des effets au niveau du système immunitaire, du système hématopoïétique et de la physiologie osseuse chez l’homme. Le 90Sr qui s’incorpore principalement dans l’os pourrait contribuer à l’apparition de ces effets. Le but de ce travail a été de comprendre quels sont les mécanismes d’action du 90Sr qui permettent d’expliquer de tels effets. Un premier modèle in vitro utilisant une lignée de cellules stromales murines (MS5) contaminées par le milieu de culture à 1 ou 10 kBq.ml-1 a été utilisé. Il a permis de montrer que le 90Sr était capable d’induire des cassures double-brin de l’ADN dès 30 minutes d’exposition avec une induction de la senescence et une altération de la fonction de support aux progéniteurs hématopoïétiques. Dans le deuxième modèle in vivo d’effet dose, des souris Balb/c ont été contaminées durant 24 semaines à des concentrations de 90Sr de 4, 20 et 100 kBq.l-1 dans l’eau de boisson. Cette expérience a permis d’observer une augmentation des marqueurs de la résorption osseuse en fonction de la contamination au 90Sr ainsi et une augmentation de l’expression génique des enzymes impliquées dans la défense antioxydante. Une augmentation de p21, marqueur de la senescence et une diminution d’IL-6 ont également été observées. Les implications de ces résultats sur la physiologie osseuse, le système immunitaire et hématopoïétiques sont discutées. Globalement, l’ensemble de ce travail complète les données déjà existantes sur le 90Sr et permet de mieux comprendre les mécanismes d’action du 90Sr sur les cellules stromales médullaires qui sont au centre de la régulation immuno-hématopoïétique. / Abstract : After nuclear disasters, large amounts of radionuclides were released into the environment. Strontium 90 (90Sr) is part of these wastes. Because of its half-life of 29 years, it is a persistent pollutant which leads to the contamination of surrounding populations through the chronic ingestion of low quantities of this radioelement. Epidemiologic studies have demonstrated some effects on immune system, hematopoietic system and bone physiology in humans. 90Sr accumulates mostly in bones and could contribute to the appearance of such effects. The aim of this work is to understand the action mechanisms which could explain the previous observations. In the first in vitro model, a murine stromal cell line (MS5) contaminated through the culture medium with 1 or 10 kBq.ml-1 of 90Sr was used. Thank to this model, an increased number of DNA double-strand breaks in cells after 30 minutes of exposure, a senescence induction and a modification in the support of hematopoietic progenitors were observed. In the second model, Balb/c mice were contaminated during 24 weeks through drinking water containing 90Sr at 4, 20 and 100 kBq.l-1. Both an increase in genic expression of bone resorption markers and in antioxydative enzymes were observed. An increase in p21 expression, marker of senescence, and a decrease in IL-6 were also seen. The implications of these results on bone physiology, immune and hematopoietic systems are discussed. As a whole, all this work completed the preexistent data about 90Sr and contributes to a better understanding of the action mechanisms of 90Sr on marrow stromal cells which have a pivotal function in the regulation of the immune and hematopoietic system.

La reconnaissance des cellules tumorales par le système immunitaire, appelée immunosurveillance, permet le contrôle de lacroissance des tumeurs voir dans certains cas leur élimination. Cependant, de nombreuses études d’exploration du système immunitaire dans le contrôle de la réponse antitumorale ont mis en évidence des mécanismes complexes d’échappement à cette immunosurveillance,avec par exemple pour les lymphocytes TCD8+ (LT CD8+) principal acteur de cette réponse, un défaut de migration, de reconnaissance des cellules tumorales ou d’activation au sein de la tumeur. Cette inhibition de fonction des LTCD8+, peut être liée à un phénomène appelé exhaustion, lié à l’expression à leur surface de molécules de costimulation inhibitrices telles que PD1, TIM-3, Lag3, CTLA-4. L’interaction de ces récepteurs avec leurs ligands engendre une perte de contrôle de la réponse antitumorale, favorisant alors la progression tumorale. Afin de lever ce phénomène d’exhaustion induit sur les LT CD8+ et restaurer la réponse antitumorale, plusieurs stratégies de traitements, visant à inhiber ces « checkpoints inhibiteurs » ont étédéveloppées. L’effet clé de la ciclosporine-A(CsA) repose sur la modulation de l’activité des lymphocytes T, ce qui explique son rôle dans la prévention du rejet de greffe. Cependant, il reste à déterminer si la CsA exerce d'autres effets sur le système immunitaire.Les évidences scientifiques montrent un effet paradoxal de la faible dosage de cyclosporine-A (fd-CsA). Ces résultats nous ont permis d’émettre l’hypothèse d’un rôle de la fd-CsA dans la modulation de la réponse antitumorale des LT CD8+, Nous avons pu observer à l’inverse, qu’à faible dose de ciclosporine-A, soit une dose équivalente entre 10 et 30 ng/mL, l’expression de PD1 était significativement diminuée à la surface des LT CD8+ activé. En revanche, à cette faible dose, aucun effet significatif sur la diminution d’expression du marqueur d’activation CD69 n’a été observé. Des expériences effectuées in vivo dans le modèle murin de mélanome B16F10 et MCA nous ont par ailleurs permis de montrer une réduction de la croissance tumorale chez les souris traitées par fd-CsA par rapport aux souris non traitées. En utilisant un modèle murin de fibrosarcome MCA, nous avons montré que nous restaurions in vivo une réponse immunitaire antitumorale et qu’un traitement de ces souris par fd-CsA en combinaison avec l’anti PDL-1 permettait une guérison après traitement, alors que l’anti PDL-1 seul n’avait pas d’effet. Cet effet novateur de la fd-CsA permet donc de visualiser de nouvelles stratégies thérapeutiques dans la réponse antitumorale qui pourraient bénéficier aux futurs patientsdiagnostiqués d’un cancer. / The recognition of tumor cells by the immune system, called immunosurveillance, allows the control of tumor growth or in some cases their elimination. However, numerous studies of the immune system in the control of the antitumor response have revealed complex mechanisms by means of which this immunosurveillance can be evaded. Examples of this occurrence are CD8+ T lymphocytes, the main element of this response are defective migration, tumor cell non-recognition or non-activation within the tumor. This inhibition of CD8+ T cell function may be related to a phenomenon called exhaustion, which may be a result of the expression on their surface of inhibitory costimulatory molecules such as PD1, TIM-3, Lag3, CTLA-4. The interaction of these receptors with their ligands causes a loss ofcontrol of the antitumor response, thus promoting tumor progression. To overcome this phenomenon of exhaustion induced in CD8+ T cells and restore the antitumor response, several treatment strategies aimed at inhibiting these "inhibitory checkpoints" have been developed. The key effect of cyclosporin-A (CsA) is modulation of T-cell activity, which explains its role in the prevention of transplantrejection. However, it remains to be determined whether CsA has other effects on the immune system. Preliminary results have allowed us to demonstrate the paradoxical effect of cyclosporin-A (CsA) in the antitumor response. Thus, these unexpected results have allowed us to hypothesize a role for Ld-CsA in modulating the antitumor response of CD8+ Tcells. We observed that Ld-CsA at equivalent dose between 10 and 30 ng/mL, significantly decreased PD1 expression at the activated CD8+ T cell surface. Furthermore, at this lowdose, no significant effect was observed on the expression of the CD69 activation marker. We have also shown that Ld-CsA increases the vaccine response in vivo. In vivo experiments with the murine B16F10 melanoma model and MCA fibrosarcoma have also shown areduction in tumor growth in mice treated with d-CsA compared to untreated mice. More recently, using a mouse model of MCA-OVAfibrosarcoma, we have shown that we can restore the in-vivo antitumor immune response and that the treatment of these mice by Ld-CsAin combination with the anti PDL-1, allowed tumor regression, whereas anti PDL-1 alone had no effect. This novel effect of Ld-CsA allows us therefore to visualize new therapeutic strategies for the antitumor response which may benefit future patients diagnosed with cancer.

Un dispositif micro-irradiation par ions isolés a été développé au CENBG pour des applications en radiobiologie à l'échelle cellulaire. Cette installation consiste en un aménagement de la ligne microfaisceau préexistante qui permet déjà d'obtenir un faisceau de protons ou de particules alpha entre 1 et 3 MeV, de faible intensité, et d'une résolution spatiale sous vide inférieure au micromètre. La majeure partie de ce travail a consisté à développer un étage d'irradiation adaptable sur la microsonde et permettant de délivrer les ions à l'air avec une précision absolue de quelques micromètres. Un programme permettant le contrôle de la totalité des instruments ainsi que des phases d'étalonnage et d'irradiation automatiques a également été mis au point. Des outils de simulation Monte Carlo, nécessaires à la caractérisation et à l'optimisation du dispositif et notamment en terme de résolution spatiale, ont été validés à l'échelle du micromètre par comparaison à des résultats expérimentaux. Les performances du dispositif, notamment en terme de contrôle du nombre d'ions, de résolution spatiale et de précision d'irradiation ont été testées sous faisceau. Les résultats obtenus permettent d'envisager les premières applications dans des études de radiobiologie. Dans un futur proche cet outil va permettre l'étude des réponses cellulaires aux faibles doses, allant jusqu'au cas extrême d'un ion pour une cellule. Il devrait permettre par ailleurs d'aborder des mécanismes cellulaires fondamentaux tels la signalisation, la communication intercellulaire ou encore la mort cellulaire programmée (apoptose).

Les facteurs environnementaux que sont le Bisphénol A (BPA), un perturbateur endocrinien, et le Benzo[a]pyrène (B[a]P), un agent génotoxique, représentent un véritable enjeu parmi les facteurs de risques du cancer du sein associés à l'exposition environnementale. Nos objectifs sont d'explorer l'impact d'une exposition chronique à de faibles doses (10-10 M) de BPA et/ou de B[a]P sur l'agressivité de la lignée cellulaire pré-cancéreuse mammaire MCF10AT1 (immortelle, transformée, ER-, PR-, HER2-). Les buts principaux sont : (i) d'explorer si la combinaison de deux molécules possédant deux mécanismes d'action distincts conduit à un effet potentialisé par rapport à l'exposition aux molécules seules ; (ii) d'identifier et de prévenir les mécanismes moléculaires et cellulaires associés à cette exposition multiple. Nos résultats démontrent que l'exposition chronique des MCF10AT1 à de faibles doses de BPA et/ou de B[a]P induit un phénotype cellulaire agressif de façon temps-dépendant, avec un effet potentialisé pour la combinaison BPA+B[a]P, comparée aux molécules seules. Le phénotype observé est un phénotype acquis, car toujours présent 30 jours post-exposition. Nous avons également déterminé dans les cellules MCF10AT1 la présence et la fonctionnalité de deux récepteurs : le récepteur Aryl hydrocarbon (AhR) liant le B[a]P et le récepteur couplé à la protéine G (GPER1/GPR30) liant le BPA. D'un point de vue mécanistique, ces deux récepteurs sont impliqués dans le phénotype cellulaire agressif BPA et/ou B[a]P-dépendant, et notre travail révèle un nouveau cross-talk fonctionnel entre ces deux récepteurs. L'inhibition in vitro d'AhR et de GPR30 (inhibiteurs chimiques ou siRNA) permet de bloquer les effets délétères de l'exposition chronique au BPA et/ou au B[a]P. Enfin, l'analyse rétrospective de tumeurs primitives du sein ER-négatives démontre que la signature moléculaire GPR30/AhR possède une valeur de mauvais pronostic, alors que l'expression de GPR30 ou d'AhR n'en possède pas. L'ensemble de ces résultats souligne donc le rôle particulier que joue la présence concomitante d'AhR et de GPR30 dans des cellules précancéreuses/cancéreuses mammaires. En conclusion, nos résultats permettent d'identifier des cibles potentielles pour le développement de nouvelles stratégies préventives capables de bloquer la carcinogenèse mammaire due à l'exposition chronique au BPA et/ou B[a]P, et d'envisager des nouveaux biomarqueurs de cette exposition environnementale / Environmental factors such as Bisphenol A (BPA), an endocrine disruptor, and Benzo[a]pyrene (B[a]P), a genotoxic agent, represent a real issue among the environmental risk factors for breast cancer. Our objectives are to investigate the impact of chronic and low doses exposure to BPA (10-10 M) and/or B[a]P on the aggressiveness of the mammary pre-cancerous cell line MCF10AT1 (immortal, transformed, ER-, PR-, HER2-). The main aims are: (i) explore whether an exposure to the combination of two molecules with two distinct mechanisms of action has a greater impact than the molecules tested alone; (ii) identify and prevent the associated molecular and cellular mechanisms. Our results demonstrate that chronic exposure of MCF10AT1 to low doses of BPA and/or B[a]P induces an aggressive cell phenotype in a time-dependent manner, with a greater effect for (BPA + B[a]P) combination compared to single molecules. The observed phenotype is an acquired phenotype, as it still persists 30 days post-exposure. We also determined the presence and functionality of two receptors in the MCF10AT1 cells: the Aryl hydrocarbon receptor (AhR) binding B[a]P and the G binding protein receptor (GPER1 / GPR30) binding BPA. Mechanistically, these two receptors are involved in the BPA and/or B[a]P-induced aggressive phenotype, and our study reveals a new functional cross-talk/interplay between these two receptors. In vitro, the inhibition of AhR and GPR30 (chemical inhibitors or siRNA) can block the deleterious effects of chronic exposure to BPA and/or B[a]P. Finally, a retrospective analysis of primary ER-negatif subclass breast tumors demonstrates that the GPR30/AhR gene expression signature has a poor prognosis value, whereas GPR30 or AhR mRNA levels were poorly informative. All these results underline the particular role played by the concomitant presence of AhR and GPR30 in mammary precancerous/cancerous cells. In conclusion, our results allow us to identify potential targets for the development of new preventive strategies capable of blocking mammary carcinogenesis due to chronic exposure to BPA and/or B[a]P, and to consider new biomarkers for environmental exposure

De nombreuses études ont montré que l'exposition de cultures cellulaires à des particules α conduit à des changements biologiques importants autant dans les cellules irradiées que dans les cellules bystander non-irradiées. L'étude des réponses biologiques non-ciblées dans des cultures cellulaires exposées à de faibles fluences d’ions lourds permet d’estimer les risques pour la santé du rayonnement spatial et de la radiothérapie. Nous avons caractérisé les mécanismes sous-jacents de l'induction d'effets stressants dans des cultures confluentes de fibroblastes normaux humains exposés à de faibles fluences d’ions fer de 1000 MeV/u (transfert d'énergie linéique (TEL) ~151 keV/µm), d’ions silicium de 600 MeV/u (TEL ~50 keV/µm) ou d’ions carbone de 290 MeV/u (TEL ~13 keV/µm). Nous avons comparé ces résultats avec ceux obtenus dans des cultures cellulaires exposées, en parallèle, à de faibles fluences de particules α de 0,92 MeV/u (TEL ~109 keV/µm). L'induction de dommages à l'ADN, les changements dans l'expression des gènes, la carbonylation des protéines et la peroxydation lipidique durant les 24 h suivant l'exposition de cultures confluentes à de faibles doses (0,2 cGy et plus) d’ions fer ou d'ions silicium ont très largement contribué à la propagation d’effets stressants des cellules irradiées aux cellules bystander non-irradiées. Pour une dose moyenne de 0,2 cGy, seules ~1 et 3 % des cellules seraient irradiées dans le noyau par un ion, respectivement, fer ou silicium. Les immunoblots ont révélés des augmentations significatives des niveaux de phospho-TP53 (sérine 15), p21Waf1 (CDKN1A), HDM2, phospho-ERK1/2, de carbonylation des protéines et de peroxydation lipidique dans les 24 h suivant l’exposition. L'ampleur de ces réponses suggère la participation de cellules non ciblées dans les effets observés. De plus, lorsque les populations cellulaires irradiées ont été ré-ensemencées dans un milieu de culture frais peu après l'irradiation, les niveaux de ces marqueurs ont aussi augmentés durant 24 h. Ensemble, ces résultats montrent un effet rapidement propagé et persistant. Des analyses in situ réalisées dans des cultures cellulaires confluentes ont montré que la formation de foyers de la protéine 53BP1, marqueur de dommages à l'ADN, touchait un nombre de cellules plus important que celui auguré par la fraction de cellules traversées dans le noyau par un ion fer ou silicium. Cet effet est exprimé dès 15 min suivant l'exposition, atteint son maximum 1 h après l’exposition puis diminue jusqu’à 24 h. Une tendance similaire s'est produite après exposition à une dose moyenne absorbée de 0,2 cGy de particules α de 3,7 MeV, mais non après 0,2 cGy d’ions carbone de 290 MeV/u.Des analyses utilisant des puits de cultures intégrant une fine épaisseur de CR-39, détecteur solide de traces nucléaires, et permettant ainsi l’identification des cellules irradiées aux ions fer ou silicium, confirment la participation de cellules bystander dans la réponse au stress. Des études mécanistiques ont, de plus, indiqué que les jonctions gap permettant la communication intercellulaire, certaines voies de la réparation de l’ADN, ainsi que le métabolisme oxydatif participent à la propagation des effets non ciblés induit par des radiations de haut TEL. Nous avons également examiné la contribution possible des particules secondaires produites le long des traces d’ions primaires dans les réponses biologiques. Les simulations réalisées avec le code de transport de particules FLUKA ont révélé que la dose due aux produits de fragmentation, autres que les électrons, est inférieure à 1 % de la dose absorbée dans les cultures cellulaires exposées à des ions lourds. De plus, la dose radiale des ions lourds secondaires est limitée à ~10-20 µm autour de l’ion primaire. Ainsi, ces derniers sont peu susceptibles de contribuer de manière significative à la réponse biologique observée dans des cellules non ciblées par des ions lourds primaires / Widespread evidence indicates that exposure of cell cultures to α particles results in significant biological changes in both the irradiated and non-irradiated bystander cells in the population. The induction of non-targeted biological responses in cell cultures exposed to low fluences of high charge (Z) and high energy (E) particles is relevant to estimates of the health risks of space radiation and to radiotherapy. Here, we investigated the mechanisms underlying the induction of stressful effects in confluent normal human fibroblast cultures exposed to low fluences of 1000 MeV/u iron ions (linear energy transfer (LET) ~151 keV/µm), 600 MeV/u silicon ions (LET ~50 keV/µm) or 290 MeV/u carbon ions (LET ~13 keV/µm). We compared the results with those obtained in cell cultures exposed, in parallel, to low fluences of 0.92 MeV/u α particles (LET ~109 keV/µm).Induction of DNA damage, changes in gene expression, protein carbonylation and lipid peroxidation during 24 h after exposure of confluent cultures to mean doses as low as 0.2 cGy of iron or silicon ions strongly supported the propagation of stressful effects from irradiated to bystander cells. At a mean dose of 0.2 cGy, only ~1 and 3 % of the cells would be targeted through the nucleus by an iron or silicon ion, respectively. Within 24 h post-irradiation, immunoblot analyses revealed significant increases in the levels of phospho-TP53 (serine 15), p21Waf1 (also known as CDKN1A), HDM2, phospho-ERK1/2, protein carbonylation and lipid peroxidation. The magnitude of the responses suggested participation of non-targeted cells in the response. Furthermore, when the irradiated cell populations were subcultured in fresh medium shortly after irradiation, greater than expected increases in the levels of these markers were also observed during 24 h. Together, the results imply a rapidly propagated and persistent bystander effect. In situ analyses in confluent cultures showed 53BP1 foci formation, a marker of DNA damage, in more cells than expected based on the fraction of cells traversed through the nucleus by an iron or silicon ion. The effect was expressed as early as 15 min after exposure, peaked at 1 h and decreased by 24 h. A similar tendency occurred after exposure to a mean absorbed dose of 0.2 cGy of 3.7 MeV α particles, but not after 0.2 cGy of 290 MeV/u carbon ions.Analyses in dishes that incorporate a CR-39 solid state nuclear track detector bottom identified the cells irradiated with iron or silicon ions and further supported the participation of bystander cells in the stress response. Mechanistic studies indicated that gap junction intercellular communication, DNA repair, and oxidative metabolism participate in the propagation of the induced effects.We also considered the possible contribution of secondary particles produced along the primary particle tracks to the biological responses. Simulations with the FLUKA multi-particle transport code revealed that fragmentation products, other than electrons, in cells cultures exposed to HZE particles comprise <1 % of the absorbed dose. Further, the radial spread of dose due to secondary heavy ion fragments is confined to approximately 10-20 µm Thus, the latter are unlikely to significantly contribute to the stressful effects in cells not targeted by primary HZE particles.