Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Des études cliniques ont démontré que certains implants métalliques pouvent déclencher des réactions de carcinogénicité. En effet, il semble que le relargage ionique et la corrosion peuvent initier des néoplasmes. Le noyau semble être le compartiment cellulaire cible de ces ions métalliques. Le développement d'essais quantitatifs in vitro capables d'évaluer cette carcinogénicité potentielle est donc essentiel dans la présélection des biomatériaux métalliques. Cependant à l'échelle ultrastructurale, actuellement il n'existe pas véritablement d'essais capables de localiser et de quantifier à la fois les dommages occasionnés à la molécule d'ADN ainsi qu' à sa réparation. Dans ce travail, il s'agissait d'abord d'adapter, en biocompatibilité, une méthode simple capable de détecter, quantifier et localiser précisément les cassures d'ADN qu'induisent les biomatériaux métalliques à la chromatine cellulaire. Pour ce faire, l'essai «in situ end-labeling » (ISEL) en microscopie électronique a été évalué après avoir utilisé un protocole d'extraction des biomatériaux en conditions semi-physiologiques et exposé des lymphocytes sanguins humains normaux. Cette technique immunocytochimique utilise l'exonucléase III pour sa capacité de digérer et d'amplifier les lésions d'ADN produites. Une polymérisation est ensuite exécutée en présence des quatre nucléotides de l'ADN: la thymidine est toutefois remplacée par une base analogue, soit la biotine-dUTP. Cette dernière est localisée par marquage immunologique à l'or colloïdal comme rapporteur moléculaire. Les particules d'or sont alors détectées en microscopie électronique à transmission; elles correspondent aux cassures simple-brin induites à la molécule d'ADN lors de la culture de cellules en présence de l'extrait à étudier. La quantification a été effectuée avec l'aide du Programme Image du NIH. L'ISEL s'est avéré très utile pour sa rapidité, sa capacité de marquer à la fois la chromatine interphasique et métaphasique, et la possibilité de quantifier les dommages causés à l'ADN. Par ailleurs, il ne nécessite pas l'utilisation de la radioactivité. De plus, il semble capable de détecter des phénomènes de mort cellulaire telle que l apoptose. L'« in situ end-labeling » en microscopie électronique s'avère aussi un instrument intéressant pour la présélection des biomatériaux. En effet, la génocompatibilité du titane (Ti) pur, bien connu pour sa biocompatibilité, a été évaluée afin de valider cet essai. Ensuite, la génotoxicité relative du nickel-titane (NiTi) a été évaluée et comparée à celle du titane pur, du nickel (Ni) pur et de l'acier inoxydable. Le NiTi représente un biomatériau potentiel, cependant sa biocompatibilité est controversée vu son important contenu en nickel soit de 50%. L'évaluation de la carcinogénicité du NiTi représente donc un intérêt important. Un essai d'absorption atomique a aussi été réalisé afin d'évaluer le relargage de nickel et de titane, et afin de mieux comprendre le rôle des ces ions dans la carcinogénicité métallique. L'ISEL a semblé ici tout aussi utile dans l'évaluation de la biocompatibilité du nickel-titane. En effet, grâce à cet essai, des résultats fort encourageants ont été obtenus avec le NiTi. Ce dernier a donné des résultats comparables à ceux du titane pur. Par contre, l'acier inoxydable 316-L peut dans certains cas produire aussi des dommages à la chromatine. Par conséquent, cet essai in vitro de génotoxicité nous permet d'être optimiste quand à l'utilisation éventuelle de NiTi à titre d'implant chirurgical permanent.

Les adduits exocycliques à l’ADN paraissent être la conséquence indirecte, sous la médiation de la peroxydation lipidique, du stress oxydant cellulaire induit par les composés aromatiques nitrés (CANs) de l’environnement. Ces derniers, formés le plus souvent in situ dans les environnements complexes sont un sujet de préoccupation croissante en santé environnementale. Le but étant de comprendre les mécanismes de formation et de dégradation de ces adduits afin d’en apprécier leur place dans la toxicité des CANs et leur intérêt en tant que biomarqueurs du stress oxydant induit par l’environnement.Nous avons réalisé la synthèse de deux adduits exocycliques : le 1,N²-éthéno-2’-déoxyguanosine (εdG) et le 1,N²-propano-2’-déoxyguanosine (pdG-HNE) et étudié leurstabilité en présence d’une oxydation radicalaire. Il est apparu que le pdG-HNE semble être lemeilleur candidat en tant que biomarqueur du stress oxydant.Pour approcher au mieux la chimie du vivant, nous nous sommes posés la question dela stabilité de ces adduits en milieu cellulaire. Une étude préliminaire de génotoxicité a étéréalisée et montre que seuls les hydrocarbures aromatiques polycycliques nitrés présententune potentialité mutagène significative. Nous avons donc étudié le pyrène et ses dérivés nitrés(1-Nitropyrène/1,3-Dinitropyrène/1,6-Dinitropyrène/1,8-Dinitropyrène) afin d’étudier leurcapacité à générer des adduits dans les lymphocytes humains.Nos résultats montrent que le 1-Nitropyrène génère in vitro des adduits stables dans letemps ; ce qui pose la question de leur réparabilité par les systèmes cellulaires et de leurspotentialités cancérogènes pour l’homme. / Exocyclic DNA adducts seem to be the indirect consequence, mediated by lipidperoxidation, of oxidative stress induced by nitro aromatic compounds (NACs). The latterusually formed in situ in environmental complex mixtures are a matter of concern inenvironmental health. The aim is to understand the mechanisms of formation and degradationof these adducts to assess their place in toxicity of NACs and their importance as oxidativestress biomarkers induced by the environment.We synthesized two exocylic adducts: 1, N²-etheno-2’-deoxyguanosine (εdG) and 1,N²-propano-2'-deoxyguanosine (pdG-HNE) and studied their stability when a radicaloxidation is present. It appeared that pdG-HNE seems a suitable biomarker of oxidative stress.To come close to life chemistry, we were wondering whether these adducts are stablein cellular environment. A preliminary study of genotoxicity was carried out and showed thatonly nitro polycyclic aromatic hydrocarbons have a significant mutagenic potency. Thereforewe studied pyrene and nitropyrenes (1-Nitropyrene/1,3-Dinitropyrene/1,6-Dinitropyrene/1,8-Dinitropyrene) to examine their ability to produce adducts in human lymphocytes.Our results show that 1-Nitropyrene give rise to stable adducts in vitro, which raisesthe question of their repairability by cellular systems and their potential carcinogenic tohumans.

Les rythmes biologiques constituent une propriété fondamentale de la vie, permettant aux organismes d’appréhender leur environnement et d’en anticiper les changements. Ces rythmes possèdent une double origine : une horloge moléculaire génère ces rythmes, qui sont ensuite synchronisés par des facteurs environnementaux. Si les organismes terrestres sont essentiellement soumis au rythme d’alternance jour/nuit, les espèces marines côtières et estuariennes occupent un biotope plus changeant encore : ils sont en effet également confrontés au rythme des marées. Pourtant, leurs rythmes biologiques sont à ce jour encore mal connus et les mécanismes moléculaires de(s) (l’) horloge(s) sous-jacente(s) ne sont pas caractérisés. Parallèlement, les efflorescences d’algues toxiques, en constante augmentation depuis 1970, constituent un problème écologique majeur, tant local qu’international. Les objectifs du présent travail consistaient à caractériser les rythmes de référence de l’huître Crassostrea gigas et d’en déterminer l’origine (moléculaire, zeitgebers). Il s’agissait ensuite d’étudier les perturbations potentielles de ces rythmes par l’algue toxique Alexandrium minutum, qui produit des toxines paralytiques et est régulièrement présente dans de nombreuses mers du globe. Les travaux réalisés ont permis de mettre en évidence l’existence d’un rythme d’activité valvaire circadien, faible et dual, et n’a pas permis de supporter l’hypothèse de l’existence d’une horloge circatidale. Nous avons formulé l’hypothèse que, chez C. gigas, le rythme tidal est soit d’origine exogène, soit produit par l’horloge circadienne synchronisée par les marées. Les analyses moléculaires réalisées sur le gène circadien cryptochrome dans le muscle adducteur - effecteur du mouvement des valves - ont montré que ce gène oscille à une fréquence tidale dans le muscle strié, favorisant notre seconde hypothèse. Par ailleurs, au-delà des gènes de l’horloge, l’algue A. minutum réprime l’expression de gènes impliqués dans différentes voies métaboliques importantes : la lutte contre le stress oxydant (cat, gpx), la respiration mitochondriale (cox1), l’immunité (ilk), la détoxification (mdr). Finalement nos analyses ont permis de mettre en évidence un impact génotoxique d’A. minutum chez C. gigas. / Biological rhythms constitute a fundamental property of life, allowing organisms to anticipate and adapt to their changing environment. These rhythms present a double origin: they are generated by a molecular clock and synchronized by environmental cues. Whereas terrestrial organisms are mainly subjected to day/night alternation, coastal and estuarine marine species inhabit an even more cycling biotope. They are indeed also submitted to tides. Nevertheless, biological rhythms in marine species are still unrecognized and molecular mechanisms of the underlying oscillator(s) are to date not determined. At the same time, toxic algae blooms are increasing since the 1970s and represent a major ecological concern, both at local and international levels. An objective of the present work was the characterization of biological rhythms in the oyster Crassotrea gigas and of their origin (molecular mechanism, zeitgebers). Furthermore, the work was designed to study the potential disruption of these rhythms by the toxic algal of worldwide distribution Alexandrium minutum, which produces paralytic toxins. The present results show the existence of a weak and dual circadian rhythm of valve activity in the oyster, and do not provide evidence for the existence of any circatidal clock. We suggested that, in the oyster C. gigas, the tidal rhythm could either be generated exogenously or endogenously by the tidally-synchronized circadian clock. Molecular analyses performed on the circadian gene cryptochrome in the adductor muscle of oyster, the effector of valve movements, revealed that Cgcry oscillates at tidal frequency in the striated muscle. This result supports our second hypothesis. Furthermore, A. minutum represses the expression of genes involved in key metabolic pathways: struggle against oxidative stress (cat, gpx), mitochondrial respiration (cox1), immunity (ilk), detoxification (mdr). Moreover, A. minutum impacts C. gigas at DNA level, being thus genotoxic.

Les quantum dots (QDs) sont des cristaux semi-conducteurs de dimensions nanométriques. Ils peuvent être employés comme des marqueurs photosensibles du métabolisme cellulaire et peuvent être utiles dans différents domaines notamment en médecine mais il s’est rapidement avéré nécessaire de démontrer leur innocuité avant leur utilisation à grande échelle et leur diffusion dans l’environnement. Nous proposons un projet de thèse de doctorat sur le thème : La génotoxicité des quantum dots et le rôle du stress oxydant, implications sur l’environnement et la santé humaine. Il s’organise suivant trois axes: L’étude in vitro des propriétés génotoxiques et mutagènes des QDs Les QDs induisent des lésions primaires de l’ADN sur cellules CHO-K1 par le test des comètes qui sont associées à un stress oxydant. Ils sont plus actifs après irradiation par le spectre solaire. Ils induisent des mutations chromosomiques. L’étude in vivo des propriétés génotoxiques et mutagènes des QDs Les QDs induisent une augmentation significative des lésions de l'ADN chez le rat qui varie selon l’organe considéré (foie, rein, poumon, cerveau et testicule). Ils induisent une augmentation significative et une réponse dose-dépendante des micronoyaux indiquant nettement leur pouvoir clastogène/aneugène. Aucune variation significative des variables biochimiques mesurées n’est apparue. La mise en évidence de leurs effets sur l’environnement L'exposition aux QDs et au CdCl2 a entraîné une augmentation significative des lésions de l'ADN chez E. fetida et N. diversicolor. / Quantum dots (QDs) are semiconductor nanocrystals which can be employed as sensitive biomarkers of cellular metabolism and thus show their usefulness in various fields, including medicine and it soon became necessary to prove their safety before their widespread use and their distribution in the environment. The thesis project targeted on: Genotoxicity of quantum dots and the role of oxidative stress implications for the environment and human health. This study was organized in three main parts The in vitro study of the genotoxic and mutagenic properties of QDs QDs induced primary DNA lesions in CHO-K1 cells using the comet assay and were associated with oxidative stress. We demonstrated that the QDs were more active after irradiation by the solar spectrum. We showed the ability of QDs to induce chromosomal mutations. The main mechanism was probably that of the production of free radicals. The in vivo study of the genotoxic and mutagenic properties of QDs The comet assay shows that QDs induced an overall significant increase in DNA lesions of different organs (liver, kidneys, lungs, brain and testes). However, each organ had a specific susceptibility. QDs induced a significant increase in a dose-dependent manner of micronuclei. These results clearly indicated the in vivo clastogenic / aneugenic properties of QDs. No significant variation in the measured biochemical variables. The evidence of their effects on the environment Evaluation of genotoxicity was performed on coelomocytes of E. fetida and N. diversicolor resulting in a significant increase in DNA damage.

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. / Most persistent organic pollutants, such as polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), are hydrophobic and therefore accumulate over time in aquatic sediments. In this context, tests were performed on rainbow trout Oncorhynchus mykiss and Japanese medaka Oryzias latipes embryos and prolarvae to study the toxicity of these contaminants. Artificial sediment and new integrative endpoints including DNA integrity and swimming activity were developed to improve reproducibility and sensitivity of the tests. These bioassays were applied to the toxicity assessment of three PAH mixtures: a pyrolytic extract and two petrogenic extracts from Arabian Light and Erika oils. The three PAH mixtures were spiked onto sediment or gravel at environmental relevant concentrations. Embryonic exposure to these contaminated matrices induced alteration of gene expressions involved in mitochondrial functions, vitamin A metabolism, DNA damages and hormone synthesis. In parallel, these mixtures induced teratogenicity, alteration of swimming activity and genotoxicity. The toxicity potency and spectrum of effects differed according to PAH mixture composition. The petrogenic mixtures, with high proportions of low molecular weight PAHs and alkylated PAHs, were more toxic to fish early life stages than the pyrolytic mixture, mainly composed of high molecular weight PAHs non substituted. Comparable results were obtained with Japanese medaka and rainbow trout early life stages.

L'écotoxicité de différentes nanoparticules de carbone (NPC) a été évaluée chez des organismes aquatiques, en particulier chez Xenopus laevis. Il a été montré que la surface des NPC est le paramètre le plus pertinent pour décrire l'inhibition de croissance chez le xénope, indépendamment de leur forme allotropique et de leur état de dispersion. L'induction des micronoyaux a aussi été étudiée chez le xénope, et l'oxyde de graphène (GO) s'est révélé génotoxique à faible dose, résultat corroboré par l'étude de l'expression des gènes. Les mécanismes de toxicité impliqués seraient notamment liés aux fonctions oxygénées de la particule. De plus, le GO a aussi entrainé de la génotoxicité chez Pleurodeles waltl. et de la tératogénicité, des retards de développement et de l'inhibition de croissance chez Chironomus riparius. La mise en interaction de ces organismes au sein d'un mésocosme a également conduit à l'observation de génotoxicité chez le pleurodèle en présence de GO. / The ecotoxicity of different carbon-based nanoparticles (CNPs) was assessed in freshwater organisms, especially in Xenopus laevis. The surface of the CNPs was shown to be the more relevant parameter to describe the growth inhibition in Xenopus, regardless of their allotropic form and their state of dispersion. Micronucleus induction was also studied in Xenopus and graphene oxide (GO) was found genotoxic at low dose. This result was in compliance with the study of genes expression. The involved toxicity mechanisms would be related to the oxidized functions of the CNP. Moreover, GO was also found responsible for genotoxicity in Pleurodeles waltl. and for teratogenicity, development delay and growth inhibition in Chironomus riparius. These organisms have finally been put together in a mesocosm, which has also led to genotoxicity in Pleurodeles in the presence of GO.

Les nanomatériaux représentent un créneau de recherche en plein essor dans de nombreuxdomaines. Leurs propriétés inédites leur confèrent de nombreux avantages mais soulèvent égalementdes interrogations quant à leur profil toxicologique. Parmi leurs applications possibles, lesnanomatériaux sont intégrés au sein de topiques protecteurs : dans le secteur militaire, afin de limiterla pénétration cutanée des agents chimiques de guerre et dans le secteur cosmétique, notammentdans les produits de protection solaire. Ce travail porte sur l'intérêt du dioxyde de cérium pur ou dopéau calcium dans ces deux applications. Dans un premier temps, les nanoparticules ont étésynthétisées par une méthode hydrothermale, assistée de la voie micro-ondes. La caractérisation pardifférentes méthodes a permis d'identifier la phase cristalline du CeO2 et a montré que lesnanoparticules présentaient une taille de 3 nm, pouvant être augmentée jusqu'à 95 nm en fonction dutraitement thermique appliqué. Par la suite, l'efficacité des nanoparticules seules puis incorporées ausein de topiques à effets barrières vis-à-vis de la pénétration du paraoxon, agent organophosphoré, aété testée. Une émulsion H/E constituée de 10 % de cérine a permis de réduire de façon significativela pénétration du toxique. Enfin, la photoprotection et la sécurité d'emploi du CeO2 ont été comparéesà celles des filtres solaires, et notamment à celles de l'oxyde de zinc (ZnO) fréquemment rencontrédans les produits de protection solaire. Le CeO2, en améliorant la protection dans le domaine des UVBet en ne présentant aucun effet antiprolifératif ou génotoxique sur une lignée cellulaire dekératinocytes humains, représente une alternative particulièrement intéressante au ZnO. / Nanomaterials represent a growing niche research in many fields. Their unusual properties provide many benefits, but also raise questions about their toxicological profile. Among their applications, nanomaterials are integrated into topical skin protectant: in the military sector, in order to reduce skin penetration of chemical warfare agents and in the cosmetics industry, especially in sunscreen products. This work focuses on the interest of pure or calcium doped cerium dioxide in these two applications. Initially, the nanoparticles were synthesized by a microwave-hydrothermal method. Characterization by different methods has identified the crystalline phase of CeO2 and has showed that the nanoparticles had a size of 3 nm, which could be increased up to 95 nm depending on the heat treatment applied. Thereafter, the effectiveness of nanoparticles alone and then incorporated in a topical barrier cream over the penetration of paraoxon, organophosphorus agent was tested. An O/W emulsion, consisting of 10 % ceria, has reduced significantly the penetration of the toxic. Finally, photoprotection and safety of CeO2 were compared with sunscreens, and in particular with zinc oxide (ZnO), frequently encountered in sunscreen products. CeO2, improving protection in the UVB range and showing no antiproliferative or genotoxic effect on human keratinocyte cell line, is a particularly attractive alternative to ZnO.

La pollution atmosphérique particulaire représente un facteur de risque potentiel même à de faibles concentrations. Quelle que soit leur composition, les nanoparticules (NP) sont parmi les plus nocives en raison de leur capacité à atteindre profondément les tissus pulmonaires, la circulation sanguine et les organes. Notre travail constitue une base solide dans la compréhension des effets induits par une sélection de polluants atmosphériques représentatifs, utilisés dans un contexte environnemental réaliste. Nos résultats in vitro fournissent l'évidence d'un effet génotoxique à dominance clastogène lors de l’exposition de cellules à des NP contenant du CeO2, qui d’une part exercent une action mécanique sur le noyau, et d’autre part stimulent la production de O2•- / H2O2 via la NADPH oxydase et la mitochondrie, favorisant la production d’HO•. En présence de 1-Nitropyrène, on observe selon la dose utilisée deux mécanismes génotoxiques successifs, passant d'une dominance aneugène à clastogène, cet effet étant relié à une surproduction de HO• détectable par RPE. L'étude in vivo chez le rat a mis en œuvre un système de génération d'aérosols de NP contenant des pesticides, réalisant une exposition quotidienne et chronique à de faibles doses. Un effet direct sur la fonction hémodynamique myocardique reflétant l'apparition de dommages cellulaires irréversibles a été observée, ainsi que des lésions rénales, hépatiques, et l'installation d'un stress oxydant et d’une inflammation systémiques. Sur le long terme, l'effet des NP modifie les profils lipidiques et favorise la survenue d’une intolérance au glucose. Des modes d'action spécifiques à chaque pesticide employé ont été proposés. / Epidemiological studies have consistently reported that particulate matter in ambient air pollution is associated with increases in cardiopulmonary diseases and mortality. Because they can deeply penetrate lung tissue, reaching blood stream and organs, nanoparticles (NPs) are considered particularly harmful. Here, our foray into the specific mutagenicity and cytotoxicity of NPs focused on manufactured nano-CeO2 (a fuel additive) and NPs known to form in air from a variety of atmospheric toxicants (eg, combustion residues, pesticides). We first revealed a genotoxic effect of nanoCeO2 on human fibroblasts by a clastogenic mechanism following stimulation of the release of O2•-/H2O2 by NADPH oxidase and mitochondria. However, upon exposure of these cells to nM doses of 1-nitropyrene (a combustion byproduct) promotion of DNA damage involving an aneugenic mechanism occurred before a clastogenic effect was seen at µM doses. Second, using a home-made chamber equipped with an aerosol generator, we determined indices of oxidative stress and tissue damage in rats chronically inhaling toxicant NPs for 1-5 months at environmentally relevant doses. Long term exposure, even at low NPs doses, provoked systemic oxidative stress, lipid peroxidation, kidney damage, liver dysfunction, changes in lipid profile and occurrence of disorders of glucose tolerance. Moreover, a strong impairment of hemodynamic performance was evidenced in hearts from NP-exposed rats. By extending literature data of the in vitro toxicity of NPs to the in vivo situation, our study incriminates the nano-sized components of atmospheric particulate matter as a privileged vector of genotoxicity and cardiotoxicity.

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

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