La toxicologie génétique est une discipline qui vise à détecter des facteurs chimiques ou physiques interagissant avec l'ADN des cellules et qui, en l'absence de réparation fidèle, sont susceptibles de provoquer des mutations géniques et/ou chromosomiques. Le test des comètes est un test court de génotoxicité simple, reproductible et rapide pour étudier la survenue de lésions primaires de l'ADN. Il s'agit d'une technique micro-électrophorétique très sensible permettant la mise en évidence des lésions de l'ADN de cellules eucaryotes individuelles exposées à des agents génotoxiques. En présence de cassures de l'ADN, les fragments d'ADN ainsi formés migrent plus rapidement que l'ADN intact lors de l'électrophorèse, donnant aux noyaux cellulaires l'aspect de comètes. La cryoconservation des ovocytes matures par vitrification a de nombreuses applications: alternative à la congélation d'embryons en FIV, préservation de la fertilité avant traitement gonadotoxique, développement du don d'ovocyte. La vitrification consiste à transformer un liquide en un état vitreux et utilise des agents cryoprotecteurs (CP) à haute concentration. Plusieurs centaines de naissances d'enfants en bonne santé ont été décrites . Néanmoins peu d'études ce sont intéressées aux effets à long terme de cette technique en particulier au plan génétique. L'objectif de ce travail a été dans un premier temps de développer et de valider une technique de test des comètes sur ovocyte de souris, puis d'utiliser ce test pour évaluer la génotoxicité du PrOH sur les ovocytes de souris qu'il soit employé seul ou inclus dans les solutions de vitrifications commercialisées pour la cryoconservation d'ovocytes humains. / Genetic toxicology is a discipline that aims to detect chemical or physical factors interact with the DNA of somatic and / or germ cells and in the absence of accurate repair, are likely to cause gene and / or chromosomal mutations. The comet assay is a simple, reproductive and rapid test to study primary DNA damage. This microelectrophoretic technique, is used to visualize denatured DNA fragments migrating out of the cell nucleus during electrophoresis. The image obtained is a ''comet'' with a distinct head consisting of intact DNA and a tail containing relaxed DNA loops or broken pieces of DNA. Oocyte vitrification techniques is booming in the world, with the key to many applications: alternative to IVF embryo freezing, fertility preservation before gonadotoxic treatment, development of oocyte donation. Oocyte Vitrification traps all the aqueous solutions in a vitreous solid phase, preventing any ice crystal formation, because of very high cooling rates and high cryoprotectants concentrations. vitrification-cryopreservation has led to several hundred live births with reassuring obstetrical and perinatal outcomes. However, little is known about the possible long-term consequences on human live births after oocyte vitrification. The objective of this work was initially to develop and validate a technique comet assay on mouse oocyte, then to evaluate on mature oocytes the genotoxic effects of PrOH solution and finally the genotoxic effects of three oocyte vitrification protocols used in human ART the genotoxic of three oocyte vitrification protocols used in human.

Les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) représentent une famille de polluants atmosphériques issus de la combustion incomplète de la matière organique. Ils sont ainsi présents dans l'atmosphère polluée des villes, la fumée de cigarette et certaines industries. Une exposition aux HAP peut être à l'origine de cancers du poumon, de la peau et de la vessie. A ce titre, certains HAP sont suspectés ou reconnus cancérigènes pour l'Homme, comme le Benzo[a]pyrène (B[a]P), par leur capacité à induire des dommages à l'ADN après métabolisation. Malgré une émission systématique des HAPs en mélanges, la majorité des études s'est intéressée à l'effet génotoxique des HAP purs et principalement au B[a]P. Afin de fournir des données mécanistiques sur la génotoxicité et le mode d'action des mélanges de HAP, nous avons réalisé une étude in vitro dans des lignées cellulaires de poumons (A549), de vessie (T24) et de foie (HepG2). Les dommages à l'ADN ont été suivis par la mesure des adduits par HPLC-MS/MS et des dommages oxydatifs par la méthode des comètes, ainsi que le métabolisme par l'induction des gènes par RT-qPCR et les activités enzymatiques des CYP540 de phase I (EROD) et de phase II (GST). Dans un premier temps, l'utilisation du B[a]P, comme composé modèle a montré une absence quasi-totale de métabolisation et de génotoxicité pour T24. Par contre, la formation d'adduits et l'induction de la métabolisation a été mise en évidence pour A549, avec des effets notamment de dose-réponse « en cloche » similaires à ceux observés dans d'autres modèles de poumons. Nous avons ensuite étendu cette démarche à 12 HAP prioritaires et étudié leur métabolisation et la formation d'éventuels adduits en se focalisant sur la lignée pulmonaire A549. La combinaison de ces HAP au B[a]P dans des mélanges binaires ou dans des mélanges plus complexes mimant des mélanges environnementaux entraine une forte inhibition de la formation des adduits issus du B[a]P sans apparition d'adduits d'autres HAP. Par ailleurs, nous avons observé dans le cas des mélanges complexes une bonne corrélation entre l'activité EROD et la formation des adduits à l'ADN, alors que les gènes de phase sont eux surexprimés par l'exposition au mélange par rapport au B[a]P pur. Les mécanismes par lesquels s'exerce cette inhibition des adduits restent encore à élucider mais la métabolisation des HAPs constitue une étape clé dans la génotoxicité des mélanges à travers des phénomènes d'inhibition ou de compétition au niveau des CYP entrainant une inhibition de l'activité EROD. Il est donc clair que l'étude des HAP de façon individuelle n'est pas suffisante pour appréhender la génotoxicité des mélanges complexes. L'approche FET, couramment utilisée pour évaluer le risque lié à l'exposition aux mélanges de HAP, repose sur l'additivité des effets toxiques et néglige les interactions métaboliques entre les différents HAP. L'amélioration de cet outil de prédiction est nécessaire et passe obligatoirement par l'étude des mécanismes sous-jacents qui relient la composition des mélanges, leur métabolisation et leur génotoxicité. / Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) represent a family of ubiquitous atmospheric pollutants produced upon incomplete combustion and thus present in polluted atmosphere of the cities, in cigarette smoke and in certain industries. Exposure to HAP can cause lung, skin and bladder cancers. For this reason, some PAHs are suspected or recognized carcinogenic to humans, especially Benzo[a]pyrene (B[a]P), through their ability at inducing the formation of DNA damage after metabolization. In spite of the systematic emission of PAHs in mixtures, the majority of the studies was interested in the genotoxic effect of pure PAH and mainly B[a]P. In order to provide mechanistic data on the genotoxicity and the mode of action of PAH mixtures, we designed an in vitro study using cell lines representative of lungs (A549), bladder (T24) and liver (HepG2). DNA damage was investigated through the quantification of adducts by HPLC-MS/MS and of oxidative damage by the Comet assay. In addition, the metabolism was studied by analyzing genes induction by RT-qPCR and enzymatic activities of phase I CYP540 (EROD) and phase II (GST). First, the use of B[a] P, as a reference compound showed a quasi-total absence of metabolization and genotoxicity for T24. In contrast, the formation of DNA adducts formation and the induction of metabolization was highlighted for A549, with a bell-shaped dose-response curve similar to those observed in other lungs models. Then we extended this approach to 12 priority PAH and analyzed their metabolization and the possible formation of adducts focusing on the pulmonary cell line A549. The combination of these HAP to B[a]P in binary mixtures or in complex mixtures representative to environmental exposures led to a strong inhibition in adducts formation induced by B[a]P without outbreak of adducts from other PAH. In addition, we observed, in the case of complex mixtures, a good correlation between the EROD activity and the formation of adducts in DNA, while phase I genes were always overexpressed after exposure to mixtures when compared to pure B[a]P. The mechanisms involved in the inhibition of DNA adducts remain to be elucidated but PAHs metabolization represents a key step in the mixtures genotoxicity through inhibition or competition of CYP resulting in an inhibition of EROD activity. It is thus clear that the study of the HAP in an individual way is not sufficient to understand the genotoxicity of complex mixtures. The TEF Approach, usually used to asses the risk related to PAH mixtures exposure, relies on toxic effects additivity and ignores metabolic interactions between the various PAH. The improvement of this prediction tool is essential and involves necessarily the study of the underlying mechanisms which connect mixtures composition, their metabolization and their genotoxicity.

L’utilisation excessive de pesticides engendre des pollutions et des dégradations importantes de l’environnement y compris sur les écosystèmes aquatiques. L’activité viticole ne fait pas exception à cette règle, et c’est pour cette raison que ce travail de thèse s’est intéressé aux réponses adaptatives ou délétères aux premiers stades de vie de poissons exposés à trois produits phytosanitaires utilisés en viticulture ainsi qu’à leur mélange et à des échantillons environnementaux. La thèse s’intéresse aux stades précoces de développement de la truite arc-en-ciel, mais également à la lignée cellulaire de foie de truite RTL-W1. Les embryons de truite ont été exposés au cuivre, au glyphosate et au chlorpyrifos seuls ou en mélange. Une autre partie de ce travail a consisté à étudier les effets toxiques des échantillons environnementaux d’eau et de sédiment provenant d’un cours d’eau, La Livenne, à proximité de parcelles viticoles. Toutes les expériences ont été faites en conditions contrôlées de laboratoire. Les réponses induites par ces expositions ont été mesurées à différents niveaux d’organisation biologique : au niveau moléculaire, phénotypique et comportemental pour l’étude in vivo (larves de la truite arc-en-ciel) ; et l’analyse des effets cytotoxiques de l’induction des espèces réactives de l’oxygène (ROS) et des dommages à l’ADN pour l’étude in vitro (lignée RTL-W1). Les résultats de ce travail ont montré que l’exposition aux pesticides individuels, ou en mélange, chez les larves de truites arc-en-ciel n’a pas produit d’effets létaux aux concentrations testés. En revanche, ces substances ont provoqués différents effets sub-létaux, selon le composé et les concentrations étudiés, dont des effets tératogènes, des perturbations du comportement natatoire, des effets génotoxiques et l’expression différentielle de gènes cibles. Le cuivre s’est avéré le plus toxique provoquant un échec d’éclosion important. Des effets cytotoxiques et une production d’espèces réactives de l’oxygène (ERO) ont été observés sur cellules de truite exposées à des extraits d’eau de rivière. Par ailleurs, des effets comportementaux ont été observés sur les larves de truites exposées pendant 48 h à des sédiments et de l’eau de la Livenne. En conclusion, ces travaux de thèse ont mis en évidence des effets sub-létaux sur les cellules et les stades précoces de développement de truite arc-en-ciel exposés à des concentrations environnementales de pesticides utilisés en viticulture. / The excessive use of pesticides generates significant pollution and degradation of the environment, including aquatic ecosystems. The viticultural activity is not an exception for this rule, and this is why the aim of this work is to study the adaptive or deleterious responses in the early life stages of fish exposed to three phytosanitary products used in viticulture as well as to their mixture and environmental samples. The thesis focuses on the early stages of development of rainbow trout, but also on the trout liver cell line RTL-W1. Trout embryos were exposed to copper, glyphosate and chlorpyrifos alone or as a mixture. Another part of this work consisted in studying the toxic effects of environmental samples of water and sediment coming from a river, La Livenne, close to vineyard plots. All experiments were done under controlled laboratory conditions. The responses induced by these exposures were measured at different levels of biological organization: at the molecular, phenotypic and behavioral level for the in vivo study (rainbow trout larvae); and the analysis of cytotoxic effects and induction of reactive oxygen species (ROS) and DNA damage for the in vitro study (RTL-W1 line). The results of this work showed that exposure to individual or mixed pesticides in rainbow trout larvae did not produce lethal effects at the tested concentrations. In contrast, these substances caused different sub-lethal effects, depending on the compound and concentrations studied, including teratogenic effects, swim behavior disturbances, genotoxic effects, and differential expression of target genes. Copper was found to be the most toxic causing a major hatching failure. Cytotoxic effects and production of reactive oxygen species (ROS) were observed on trout cells exposed to river water extracts. In addition, behavioral effects were observed on trout larvae exposed for 48 h to sediments and Livenne water. In conclusion, these thesis studies revealed sub-lethal effects on cells and early stages of development of rainbow trout exposed to environmental concentrations of pesticides.

La majorité des polluants organiques persistants, tels que les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), sont hydrophobes et de ce fait s'accumulent au cours du temps dans les sédiments aquatiques. Dans ce contexte, des tests ont été mis en œuvre sur embryons et pro-larves de truite arc-en-ciel Oncorhynchus mykiss et de médaka japonais Oryzias latipes pour étudier la toxicité de ces contaminants. Un sédiment artificiel et de nouveaux critères d'effets sur l'intégrité de l'ADN et l'activité natatoire ont été développés pour améliorer la reproductibilité et la sensibilité des tests. Ces bioessais ont été appliqués à la comparaison de la toxicité de trois mélanges de HAP : un extrait pyrolytique et deux extraits issus d'un pétrole léger Arabian Light et lourd de type Erika. Les trois mélanges de HAP ont été enrobés sur un sédiment artificiel ou sur des graviers à des concentrations comparables à celles retrouvées dans l'environnement. L'exposition des embryons à ces matrices contaminées a provoqué des perturbations de l'expression de gènes impliqués dans le fonctionnement mitochondrial, le métabolisme de la vitamine A, la formation de dommages à l'ADN ainsi que la synthèse d'hormones. Parallèlement ces mélanges ont induit des effets tératogènes, des perturbations de l'activité natatoire et des effets génotoxiques. Le degré de toxicité et le spectre d'effets induits étaient différents selon la composition des mélanges testés. Les mélanges pétrogéniques présentant une forte proportion en HAP de faibles poids moléculaires et HAP alkylés, se sont avérés plus toxiques envers les jeunes stades de développement de poissons que le mélange pyrolytique, composé en majorité de HAP à hauts poids moléculaires non substitués. Des résultats comparables ont été obtenus avec les modèles médaka japonais et truite arc-en-ciel.

L’hygiène des mains (HDM) est déterminante dans la prévention du risque infectieux associé aux soins. Les pratiques actuelles privilégient l’utilisation de produits hydro-alcooliques (PHA), généralement formulés avec de l’éthanol, de l’isopropanol et/ou du n-propanol, en présence de co-formulants pour une meilleure acceptabilité cutanée. L’efficacité antimicrobienne sur un temps court, nécessaire en raison des situations fréquentes de pratique d’HDM, est atteinte par des teneurs élevées en alcools pouvant excéder 80 % p/p. Cela soulève la question de la toxicité cutanée et respiratoire associée à l’utilisation des PHA. L’évaluation de la toxicité cutanée basée sur les données publiées et des essais in vitro d’irritation cutanée (OCDE 439) et de phototoxicité (OCDE 432) conclut à l’absence d’irritation cutanée aiguë et de phototoxicité en relation avec l’exposition cutanée à ces alcools, y compris en présence de co-formulants, tels que fournis dans les PHA. Il est ressorti de nos essais le possible manque de spécificité, déjà décrit dans la littérature, des modèles d’épidermes humains reconstitués (RhE) vis-à-vis de certaines substances, qu’il convient de garder à l’esprit dans le cadre de l’évaluation de l’irritation cutanée in vitro. Des investigations complémentaires et une évaluation par l’approche Weight of Evidence peuvent être utiles avant de conclure aux propriétés irritantes d’un item d’essai. En termes de génotoxicité, une différence entre les alcools ressort de la revue bibliographique, avec des propriétés génotoxiques décrites uniquement pour l’éthanol. Dans une certaine mesure, nos essais ont confirmé une différence de profil. L’isopropanol et le n-propanol testés dans une batterie de tests in vitro permettant d’appréhender les différents mécanismes génotoxiques (test d’Ames et test du micronoyau (MN) sur cellules humaines p53 compétentes : cellules lymphoblastoïdes TK6 et cellules pulmonaires NCI H292) ont donné des résultats négatifs, y compris lorsqu’ils étaient formulés avec des co-formulants, ou administrés sous forme de vapeurs sur les cellules NCI H292 cultivées en interface air-liquide (IAL). Pour l’éthanol, la réalisation de la même batterie de tests a conduit à des résultats équivoques uniquement dans le test du MN sur cellules TK6 avec l’éthanol seul. Un test du MN supplémentaire sur cellules TK6 en co-culture avec un RhE mimant la barrière cutanée a donné des résultats négatifs. Par ailleurs, aucune exposition systémique significative aux alcools induite par les pratiques d’HDM ne ressort des études publiées chez l’homme, avec des taux indiscernables des valeurs endogènes existantes pour l’éthanol et l’isopropanol. L’ensemble de ces données est en faveur de l’absence de risque génotoxique systémique consécutif à l’utilisation des PHA, et de l’absence de génotoxicité pulmonaire locale liée à l’exposition aux vapeurs d’alcools. En conclusion, en situation d’utilisation des PHA pour l’HDM, aucun risque pour la santé humaine en termes d’irritation cutanée aiguë, de phototoxicité et de génotoxicité ne ressort de ce travail de recherche. / Hand hygiene (HH) is a key factor in preventing healthcare-associated infections. Current practices favor the use of alcohol-based hand rubs (AbHR), generally formulated with ethanol, propan-2-ol and/or propan-1-ol, in the presence of co-formulants for a better skin acceptability. The antimicrobial efficiency within a short time, essential because of the frequent situations of HH practice, is achieved by high levels of alcohols which can exceed 80% w/w. This raises the question of dermal and respiratory toxicity associated with the use of AbHR. The assessment of dermal toxicity based on published data and in vitro skin irritation (OECD 439) and phototoxicity tests (OECD 432) conclude to non acute dermal irritation and phototoxicity risk linked to dermal exposure to these alcohols, even in the presence of co-formulants, as provided in the AbHR. We encountered in our trials the possible lack of specificity, already described in the literature, of the reconstructed human epidermis (RhE) models for some substances, which should be kept in mind in the context of the evaluation of skin irritation in vitro. Additional investigations and an assessment using the Weight of Evidence approach may be useful before concluding the irritant properties of a test item. In terms of genotoxicity, a difference between the alcohols emerges from the bibliographic review, with genotoxic properties described only for ethanol. To a certain extent, our tests confirmed a difference in profile. Propan-2-ol and propan-1-ol tested in a battery of in vitro tests to explore the various genotoxic mechanisms (Ames test and micronucleus test (MN) on p53 competent human cells: lymphoblastoid cells TK6 and pulmonary cells NCI H292) gave negative results, even in the presence of co-formulants, or administered as vapors on air-liquid interface (ALI) NCI H292 cells. For ethanol, the same battery of tests gave equivocal results only in the MN test on TK6 cells with ethanol alone. An additional MN test on TK6 cells co-cultured with a RhE mimicking the existing skin barrier gave negative results. In addition, no significant systemic exposure to alcohols induced by HH practices is apparent from published studies in humans, with indiscernible levels of existing endogenous values for ethanol and isopropanol. All of these data support the absence of an increased systemic genotoxic risk resulting from the use of AbHR and the absence of local pulmonary genotoxicity due to exposure to alcohol vapors. In conclusion, during AbHR use for HH, no risk to human health in terms of acute skin irritation, phototoxicity and genotoxicity is apparent from this research.

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.

La désinfection de l’eau de piscine est essentielle pour prévenir la propagation de maladies infectieuses. Cependant, les désinfectants réagissent avec les composés organiques présents dans l’eau y compris ceux introduits par les baigneurs, tels que les fluides corporels et les crèmes solaires, conduisant à la formation de sous-produits de désinfection (SPD) associés à des effets néfastes sur la santé. Le devenir des filtres UV organiques, présents dans les crèmes solaires et les produits de soins personnels, dans les piscines d'eau de mer chlorées est peu connu. Les objectifs de la présente étude étaient d'étudier la réactivité des filtres UV organiques dans l'eau de mer chlorée, d’identifier les SPD générées par les filtres UV, d'analyser l’occurrence des SPD dans les piscines d'eau de mer, et d'examiner leur génotoxicité. Des expériences de chloration ont été menées dans l'eau de mer reconstituée sur cinq filtres UV couramment utilisés : l’oxybenzone (OXY), le dioxybenzone (DIOXY), l’avobenzone (AVO), l’octyl méthoxycinnamate (OMC), et l’octocrylène (OC). Tous les composés étudiés sauf l’OC ont été dégradés conduisant à la formation de SPD bromés pour lesquels des schémas réactionnels ont été proposés. L'occurrence de ces SPD a été étudiée dans les piscines d'eau de mer où des SPD bromés ont été quantifiés. La génotoxicité de l’hydrate de bromal (BH), l’un des SPD généré par OXY et DIOXY et détecté dans les piscines d'eau de mer, a été évaluée. BH a induit une activité génotoxique dans le test d'Ames et l'essai de comète. Cette étude montre que les filtres UV peuvent agir comme précurseurs pour la formation de SPD génotoxiques dans l’eau de mer chlorée. / Disinfection of swimming pool water is critical to prevent outbreaks of infectious diseases. However, disinfectants react with organic compounds present in water, including anthropogenic inputs (e.g. body fluids, sunscreens), leading to the formation of disinfection byproducts (DBPs) that have been linked to adverse health effects. Little is known about the fate of organic UV filters, present in sunscreens and personal care products, when introduced into chlorinated seawater swimming pools. The aims of the present study were to investigate the reactivity of five commonly used organic UV filters in chlorinated seawater, identify DBPs generated from the UV filters, analyze the occurrence of these DBPs in seawater swimming pools, and examine their genotoxicity. Chlorination experiments were conducted to analyze the reactivity of the UV filters oxybenzone (OXY), dioxybenzone (DIOXY), avobenzone (AVO), octyl methoxycinnamate (OMC), and octocrylene (OC) in reconstituted seawater. All the studied UV filters except OC were degraded in chlorinated seawater resulting in the formation of brominated DBPs. Based on the identified byproducts, transformation pathways were proposed. The occurrence of the identified DBPs was investigated in seawater pools. Several brominated DBPs were identified in seawater pool samples. The genotoxicity of bromal hydrate (BH), which was generated by the benzophenone UV filters OXY and DIOXY and detected in the investigated seawater pools, was assessed. BH induced genotoxic activity in the Ames test and in the comet assay. Overall, this study shows that UV filters can act as precursors for the formation of genotoxic DBPs in chlorinated seawater pools.

Dans notre étude, la biosurveillance de la lagune de Tunis a été réalisée durant une année enemployant une approche combinant les analyses chimiques et biologiques et en utilisant lapalourde Ruditapes decussatus comme espèce bioindicatrice. Cette approche a permis demettre en évidence la forte contamination de la lagune de Tunis par les métaux traces et leshydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs). La variation saisonnière des niveaux debioaccumulation de ces contaminant par la palourde s’avère être fortement associée auxchangements des paramètres physico-chimiques du milieu et aux processus physiologiques del’animal. L’étude de la réponse biologique basée sur l’utilisation d’une batterie debiomarqueurs d’exposition et d’effet situés à différents niveaux de l’organisation biologique :moléculaire (l’expression de cinq gènes d’intérêt), biochimique (les activités benzo(a)pyrènehydroxylase, glutathion S-transférase, acétylcholinestérase, catalase et taux demalondialdéhyde) et tissulaire (altérations histopathologiques), a permis de mettre enévidence une modulation des processus de défense contre les perturbations induites par lapollution et l’identification des altérations histopathologiques (structurales) au niveau desbranchies et de la glande digestive impliquant un impact sévère des contaminants sur l’état desanté de la palourde. L’étude des interactions spatio-temporelles entre les facteurs abiotiqueset biotiques a permis d’identifier la température et la reproduction comme paramètresprincipaux affectant la réponse biochimique de défense et d’effet. L’analyse en composanteprincipale (ACP), regroupant tous les paramètres analysés pendant le printemps, nous apermis d’identifié le site Z2 comme le site le plus affecté par la pollution. Dans un secondtemps, le benzo(a)pyrène (BaP), déjà identifié dans la lagune de Tunis, a été employé dansdes conditions contrôlées au laboratoire afin de caractériser les réponses moléculaires etbiochimiques chez les bivalves (Ruditapes philippinarum et Crassostrea gigas) face à desexpositions subaiguës et aiguës à ce contaminant. Cette étude nous a permis d’identifier unemodulation des biomarqueurs biochimiques de métabolisation, de stress oxydant et deneurotoxicité et de l’expression des gènes impliqués dans les processus de métabolisation, derespiration mitochondriale, de défense antioxydante, de reproduction et de défenseimmunitaire. L’analyse de l’altération de l’ADN a révélé un pouvoir génotoxique précoce etélevé du BaP chez les deux bivalves. / Firstly, biomonitoring of Tunis lagoon was conducted during one year using an approach combining chemicals and biological analyses and the bioindicator species Ruditapesdecussatus. This approach high lighted the high contamination of the Tunis lagoon by tracemetals and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). Seasonal variation of contaminant bioaccumulation levels in clam was found to be strongly associated with physico chemical changes in surrounding environment and physiological processes in organism. Biological responses investigated through a battery of exposure and effect biomarkers located at differentlevels of biological organisation: molecular (expression of five genes), biochemical(benzo(a)pyrene hydroxylase, glutathione S-transferase, acetylcholinesterase and catalase activities and malondialdehyde concentration) and tissular (histopathological damages),demonstrated a defense process modulation by pollution and showed histopathological alterations in gills and digestive gland involving severe impact of contaminants on health stateof clam. The study of spatio temporal interactions between abiotic and biotic factors identified temperature and reproduction as main parameters affecting defense and effect biochemical response. The principal component analysis (PCA), using all analyzed parameters during thespring, allowed to identify site Z2 as the most affected by pollution. Secondly,benzo(a)pyrene (BaP), already identified in Tunis lagoon, was used in controlled conditions at the laboratory in order to characterize the molecular and biochemical responses in bivalves(Ruditapes philippinarum and Crassostrea gigas) facing a subacute and acute exposures tothis contaminant. This study showed a modulation of biochemical biomarkers of metabolism,oxidative stress and neurotoxicity and expression of genes involved in process of metabolisation, mitochondrial respiration, antioxidant defense, reproduction and immune defense. The analysis of DNA damages revealed a high and early genotoxicity effect of BaPin both bivalves.

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.

Un contexte réglementaire de plus en plus strict dans le domaine de l’évaluation environnementale de l’impact des composés chimiques d’origine anthropique et plus précisément du risque écotoxicologique dans l’environnement aquatique, exige de renforcer les outils d’évaluation et d’affiner la connaissance de leur valeur prédictive. A ce titre, l’étude des biomarqueurs de génotoxicité doit être privilégiée, compte tenu du rôle central de l’ADN dans le fonctionnement du vivant et des effets trans-générationnels susceptibles de conduire à un fardeau génétique affectant les populations exposées à un environnement contaminé. Dans cette perspective, et après avoir défini la problématique à l’issue d’une analyse bibliographique, ce travail de thèse a permis de développer un biomarqueur de génotoxicité chez l’épinoche (Gasterosteus aculeatus), espèce modèle en écotoxicologie, en utilisant la mesure des dommages primaires à l’ADN par le test des comètes en conditions alcalines. Il visait à : i) apporter une information complémentaire au sein d’une batterie de biomarqueurs utilisée en biomonitoring chez cette espèce, 2) apporter des éléments de compréhension sur la valeur prédictive d’un effet génotoxique sur le tissu germinal des organismes aquatiques exposés au stress chimique. Concernant le premier point, les résultats soulignent l’intérêt de ce biomarqueur de génotoxicité développé sur le tissu sanguin au laboratoire, sa grande sensibilité amenant à un pouvoir discriminant significatif dans le cadre d’approches multiparamétriques menées dans un second temps sur le terrain. Pour ce qui est de l’étude de la signification écotoxicologique de ce biomarqueur de génotoxicité, le but était d’explorer le lien entre l’intégrité de l’ADN des cellules germinales de ce poisson et la qualité de la descendance. Les résultats de ce travail démontrent de manière originale la contribution majoritaire du génome paternel à la transmission d’une information génétique délétère ayant pour conséquence des anomalies de survie et de développement mesurées sur la descendance. Ils permettent de disposer d’un élément d’évaluation prédictive pertinent de l’effet des contaminants à potentiel génotoxique dans les écosystèmes aquatiques, dans un contexte d’intérêt grandissant de la compréhension du déclin de populations de poisson universellement recensé. / A rule context in the field of environmental impact assessment of anthropogenic chemicals and specifically ecotoxicological risk to the aquatic environment, requires strengthening the assessment tools and refine knowledge of their predictive value. As such, the study of biomarkers of genotoxicity should be choose, given the central role of DNA in living organisms function and trans-generational effects could lead to a genetic load affecting populations exposed to a contaminated environment . In this context, and after defining the problem at the end of a literature review, this thesis has developed a biomarker of genotoxicity in the stickleback (Gasterosteus aculeatus), model species in ecotoxicology, using the measurement primary DNA damage by the comet assay under alkaline conditions. It aimed to: i) provide additional information in a battery of biomarkers used in biomonitoring in this species, 2) provide some understanding of the predictive value of a genotoxic effect on the germinal tissue of aquatic organisms exposed to chemical stress. On the first point, the results underline the importance of this biomarker of genotoxicity developed on blood tissue in the laboratory, its high sensitivity leading to a significant discriminating power under multiparameter approaches taken in a second time on the ground. Regarding the study of the ecotoxicological significance of this biomarker of genotoxicity, the aim was to explore the relationship between DNA integrity in germ cells of the fish and the quality of the offspring. The results of this work show an original way the majority of the paternal genome contribution to the transmission of a deleterious genetic information that result in abnormal survival and development measured on the offspring. They allow you to have a predictive element relevant evaluation of the effect of genotoxic potential contaminants in aquatic ecosystems, in a context of growing interest in understanding the decline of fish populations identified universally.