La relation de la microflore lactique avec l'homme n'a été que très peu étudiée dans le contexte des aliments amylacés fermentés tropicaux. La plupart des recherches dans ce domaine sont réalisées par des combinaisons de tests phénotypiques (modèles cellulaires et animaux) et des essais cliniques. Cependant, la disponibilité des données génomiques permettent d'envisager de nouvelles stratégies. L'objectif de ce travail est de rechercher la présence d'une cinquantaine de gènes impliqués dans des fonctions probiotiques dans une collection de 152 bactéries lactiques isolées d'un aliment fermenté africain à base de mil, le ben-saalga, ainsi que dans le métagénome de différents aliments amylacés fermentés. Plusieurs couples d'amorces ont été dessinés par nos soins et ont permis de détecter par PCR la présence de ces gènes. Le criblage génétique est efficace pour déterminer le potentiel lié à certaines fonctions « simples » (synthèse de vitamines B et caroténoïdes, métabolisme de l'amidon, etc.), puisqu'il permet le plus souvent de réduire le nombre de tests phénotypiques à réaliser aux souches porteuses des gènes d'intérêt. Au contraire, des tests in vitro complémentaires (résistance au pH acide et aux sels biliaires, adhésion sur des modèles cellulaires, imagerie à résonnance plasmonique de surface) montrent les limites de l'approche moléculaire appliquée à la détection de fonctions plus complexes que sont l'adhésion et la survie des bactéries. Par ailleurs, les profils d'expression des gènes impliqués dans la fonction d'adhésion par PCR en temps réel sont fonction du modèle utilisé (cellules ou rats). Nous avons montré qu'un mélange des trois souches les plus prometteuses modifie le profil de protéines impliquées dans la maturation de l'épithélium intestinal de rats initialement axéniques. Nous pouvons conclure que le criblage génétique des métagénomes d'aliments amylacés fermentés tropicaux permet de mettre en évidence un potentiel probiotique et nutritionnel prometteur. / The relationship between the lactic acid bacteria composing the microbiota of tropical starchy fermented foods and humans has been poorly investigated. Most of the studies focus on a combination of phenotypical (cells models, animals) and clinical trials. However the increasing numbers of genomic data allow new strategies. The objective of this work was to screen the presence of around 50 genes involved in probiotic functions in a collection of 152 lactic acid bacteria isolated from an African fermented cereal based food called ben-saalga, and in the metagenome of various starchy fermented foods. In this study, several primers have been designed allowing the detection of genes of interest by PCR. The genetic screening is efficient for determining the potential linked to simple functions (B vitamins and carotenoids synthesis, starch metabolism, tannin degradation) as in most cases it allows to limit the number of phenotypical tests to the strain harbouring the genes of interest. On the opposite, more complex functions such as cell binding or bacterial survival, estimated in vitro (low pH, bile salts, cell models, surface plasmonic resonance imagery) revealed the limit of the approach. The expression of genes involved in cell adhesion measured by real time PCR vary depending on the model used (cells or animal).We showed that a cocktail of three potentially probiotic strains modifies the profile of proteins involved in the maturation of the intestinal epithelium of initially germ free rats. The genetic screening of the metagenomes shows that the traditional starchy fermented foods harbour a promising probiotic and nutritional potential.

<p>Both Notch and the Wnt pathways are key regulators in maintaining the homeostasis in the intestine. Defects on the key tumor suppressor adenomatous polyposis coli, APC a gene in the Wnt pathway is most frequently mutated in colorectal cancer. Previous studies have indicated that there is a crosstalk between these two pathways. We investigate if there is correlation by first using bioinformatics to find Lef1/Tcf sites in several of the Notch pathway gene promoters. Bioinformatically we found that a lot of the genes contained theses sites controlled by the APC's destruction target β-catenin. By using semi quantitative PCR and western blot we found that Hes 1, Hes 7, JAG 2, MAML 1, Notch 2, NUMB, NUMBL, RFNG and LFNG was downregulated in HT29 colon cancer cells carrying a vector containing wild type APC. All but JAG 2 contains at least one Lef1/Tcf site in their promoter region. The results were verified in HT29 cells transfected with siRNA against β-catenin. We also investigated what would happen to the Lef1/Tcf target gene program of the Wnt pathway, if the Notch pathway was inhibited with the gamma-secretase inhibitor DAPT. Results showed no downregulution of β-catenin or its target gene Cyclin D1.Taken together, these results demonstrate that the Wnt pathway can be placed upstream of the Notch pathway and regulates the latter through β-catenin and the Lef1/Tcf target gene program. However, preliminary results indicate that there is no regulation of APC/β-catenin by the Notch pathway.</p>

Photodynamic therapy (PDT) is a form of cancer treatment involving light, a photosensitizer and oxygen, whereby the photosensitizer is preferentially taken up by tumour cells, excited when exposed to light of the appropriate wavelength, and generates cytotoxic excited singlet oxygen that damages and destroys cells. Photofrin is the only approved photosensitizer for clinical use in treating esophageal and early and late lung cancers in the U.S., Canada and several other countries. Despite its effectiveness in treating some tumour types, Photofrin use has some limitations and thus photosensitizers are continuously being studied to find more efficient ways of killing tumour cells. Previous reports have described the isolation of photodynamic therapy resistant human colon carcinoma HT29 cells. HT29/P14, HT29/All and HT29/N8 were isolated by repeated in vitro PDT treatment to the 1-10% survival level followed by regrowth of single surviving colonies using the photosensitizers Photofrin, Aluminium Phthalocyanine Tetrasulphonate (AlPcS4) and Nile Blue A respectively. These PDT resistant HT29 variants all display increased levels of BNip3, Bcl-2 and the heat shock protein 27 (Hsp 27), but decreased levels of Bax and the mutant HT29 p53 protein. Since mutant p53 and increased expression of Hsp27 and Bcl-2 and have been associated with resistance to various chemotherapeutic agents in some tumour cells, whereas Bax and BNip3 are potent inducers of apoptosis, it was considered of interest to examine the sensitivity of these PDT resistant HT29 variants to other cytotoxic agents. Cell sensitivity to ultraviolet (UV) A radiation (UV A), a mixture of UV A and UVB (UV AlB), UVC, or cisplatin was determined by a comparison of the D37 values for clonogenic survival in the variants compared to that in parental HT29 cells. The HT29 PDT resistant variants were not cross-resistant to cisplatin or UVC. In contrast, HT29/P14, HT29/All and HT29/N8 all showed a significant increase in cisplatin sensitivity, while HT29/All cells also showed a significant increase in UVC sensitivity. HT29/N8, and HT29/P14 both showed a significant increase in UVA resistance compared to HT29 cells whereas HT29/All did not. HT29/P14 was the only POT-resistant cell line significantly cross-resistant to UVA/B relative to HT29. While HT29/P14 and HT29/All both showed a slight increase in resistance to Photofrinmediated PDT compared to HT29/Parental, this increase was only significant for HT29/All. However, HT29/N8 was significantly more sensitive to Photofrin-mediated PDT than HT29/Parental. To complicate matters, clonogenic variability was observed amongst the two HT29 sources examined, since one of the original HT29 cell lines showed a significantly higher resistance to Photofrin-mediated PDT compared to the other parental HT29 cells that were used to derive the PDT -resistant cell lines. To examine if the differences in sensitivity of the PDT-resistant cell lines compared to parental HT29 cells in response to cisplatin and UV radiation were due to differences in DNA repair, host cell reactivation (HCR) experiments were performed with a UVC damaged B-galactosidase reporter gene from the adenovirus Ad5HCMVSp1LacZ. HCR ofthe UV-damaged reporter gene was reduced in HT29/All (the cell line most sensitive to UVC) compared to the parental HT29 cells at high multiplicities of infection of the virus. This suggests the possibility of a decreased DNA repair capacity for HT29/ A 11 cells. However, due to differences in cellular morphology between HT29 and HT29/All cells, as well as possible differences in expression of the reporter gene, it was inconclusive that the difference in HCR reflects a true difference in DNA repair between HT29 and HT29/All cells. Hsp27 over expression alone was not responsible for the increased cisplatin sensitivity of the HT29 PDT resistant variants since there was no correlation of Hsp27 protein expression levels to l/D37 (used as a measure of sensitivity), for the cisplatin colony survival assays. In addition, Hsp27 protein expression levels did not correlate with UVC, cisplatin or UV A sensitivity suggesting that Hsp27 may be uniquely involved in making cells more resistant to PDT. p53 but not BNip3 protein levels correlated with sensitivity of cells to UV A, whereas no correlation was observed between p53 or Hsp27 protein expression levels and UVC sensitivity. p53 and p21 protein levels were not altered in either parental HT29 or the HT29/P14 POT-resistant variant following UVC and cisplatin exposure, respectively. In addition, introduction of wild-type p53 (using infection of a replication deficient adenovirus vector encoding the wild-type p53 gene), into parental HT29 or the PDT -resistant HT29/P 14 variant, had no effect on cisplatin sensitivity compared to cells infected with a control adenovirus vector expressing the LacZ gene. Taken together, these results suggest that the increased sensitivity of the PDT resistant variants to cisplatin did not result from differences in p53-dependent cisplatininduced cell cycle arrest. A strong correlation of cellular cisplatin sensitivity to the ratio of BNip3 to p53 protein levels, suggests that alterations in the expression of several different genes, including a reduced expression of the mutant HT29 p53 protein and an increased expression of BNip3, contribute to the increased cisplatin sensitivity of the HT29 PDT resistant variants. It has been reported previously that apoptosis induced by BNip3 is significantly inhibited by both wild type and mutated p53. Since pro-apoptotic BNip3 is over expressed in all three PDT-resistant HT29 cell lines, and BNip3/p53 protein expression levels were correlated to cisplatin sensitivity, this suggests that cisplatin kills HT29 cells through a BNip3-mediated apoptotic pathway. / Thesis / Master of Science (MS)

Le sulfure d'hydrogène (H2S) est un métabolite bactérien produit notamment par les bactéries sulfato-réductrices du côlon à partir des acides aminés soufrés, des sulfates/sulfites alimentaires et des sulfomucines. A fortes concentrations, le H2S est un gaz toxique, de par sa capacité à inhiber la cytochome c oxydase, et par conséquent, la respiration mitochondriale. A l'inverse, notre travail montre qu'à faibles concentrations, le H2S induit une énergisation mitochondriale des cellules épithéliales coliques humaines HT 29 Glc-/+ lui conférant aussi un rôle de substrat minéral énergétique. Dans ce travail, nous avons déterminé les concentrations de H2S permettant l'oxydation/détoxication de H2S par les cellules HT 29 Glc-/+ et celles provoquant une inhibition de la consommation d'oxygène. L'oxydation du H2S nécessite la coopération entre la « sulfide oxidation unit » et la chaîne respiratoire. La capacité des cellules HT29 Glc-/+ à oxyder le H2S est associée à la présence des transcrits codant les enzymes constituant la « sulfide oxidation unit » : la sulfure d'hydrogène quinone reductase (SQR), la dioxygenase ETHE1 et la thiosulfate transferase (TST). Nous avons démontré la priorité de l'oxydation du H2S sur les substrats carbonés . En effet, nos résultats suggèrent que les électrons venant de la SQR sont transférés au pool d'ubiquinone aux dépens de ceux venant du complexe I. Nos résultats démontrent que la SQR joue un rôle déterminant pour l'oxydation de H2S. De plus, la détoxication du H2S par les cellules HT29 Glc-/+ augmente au cours de la différenciation spontanée ou induite par un traitement au butyrate. L'augmentation de la détoxication de H2S au cours de la différenciation est associée à une augmentation de la réserve respiratoire soulignant l'importance de la chaîne respiratoire comme composante de la fonction de détoxication du H2S. En situation d'inhibition de la cytochrome c oxydase, la grande capacité des cellules coliques humaines à détoxiquer le H2S pourrait être en partie due à la présence d'un transfert réverse des électrons issus de l'oxydation de H2S de la SQR vers le complexe I. Outre le butyrate, le zinc un autre composé de la lumière colique, exerce un effet protecteur contre la toxicité cellulaire du H2S. Enfin, notre travail a mis en évidence une diminution de l'expression d'un gène codant pour une enzyme de la « sulfide oxidation unit » (la TST) dans le rectum comparée à différents segments du côlon, ce qui pourrait correspondre à des capacités de détoxication du H2S différente en fonctions des segments du gros intestin humain. / Hydrogen sulfide (H2S) is a metabolite produced notably by colonic sulphate-reducing bacteria from alimentary sulphur-containing amino acids, sulfates / sulfites and sulfomucines. At high concentrations, H2S is a toxic gas due to its ability to inhibit cytochome c oxidase, and therefore mitochondrial respiration. In contrast, our study shows that at low concentrations, H2S induces mitochondrial energization in human colonic epithelial cells HT-29 Glc -/+ assigning it a role as the first inorganic oxidative substrate in human cells. In this work, we have determined sulphide concentrations allowing sulphide oxidation/detoxification by HT-29 cells and those which inhibit oxygen consumption. The oxidation of H2S requires cooperation between the “sulphide oxidation unit” and the respiratory chain. The capacity of HT-29 Glc -/+ to oxidize H2S is associated with the presence of transcripts encoding the enzymes constituting the “sulfide oxidation unit”: the sulphide quinine reductase (SQR), the sulphur dioxygenase or Ethylmalonic encephalopathy 1 (ETHE1) and the thiosulfate sulphur transferase (TST). We demonstrate that the oxidation of H2S takes precedence over the oxidation of carbon substrates. Indeed, our results suggest that electrons from SQR are transferred to the ubiquinone pool at the expense of those originating from the complex I. Our results point out that SQR represents a determinanat factor in the oxidation of H2S. In addition, the detoxification of H2S by HT-29 Glc -/+ cells increases during spontaneous differentiation and differentiation induced by treatment with butyrate. The increase in the detoxification of H2S during the differentiation is associated with an increase of the respiratory reserve pointing out the importance of the respiratory chain as a component of the detoxification function of H2S. In situations of inhibition of cytochrome c oxidase, the capacity of human colon cells to detoxify H2S could be due in part to the presence of a reverse transfer of electrons from the oxidation of H2S to the SQR complex I. In addition to butyrate, zinc, another compound of the colonic lumen has a protective effect against cell toxicity associated with H2S. Lastly, we have shown a decreased expression of the gene encoding an enzyme of the “sulfide oxidation unit” (TST) in the rectum compared to the other segments of human colon. This observation may correspond to different detoxification capacities towards H2S according to the different parts of the human large intestine.

Both Notch and the Wnt pathways are key regulators in maintaining the homeostasis in the intestine. Defects on the key tumor suppressor adenomatous polyposis coli, APC a gene in the Wnt pathway is most frequently mutated in colorectal cancer. Previous studies have indicated that there is a crosstalk between these two pathways. We investigate if there is correlation by first using bioinformatics to find Lef1/Tcf sites in several of the Notch pathway gene promoters. Bioinformatically we found that a lot of the genes contained theses sites controlled by the APC's destruction target β-catenin. By using semi quantitative PCR and western blot we found that Hes 1, Hes 7, JAG 2, MAML 1, Notch 2, NUMB, NUMBL, RFNG and LFNG was downregulated in HT29 colon cancer cells carrying a vector containing wild type APC. All but JAG 2 contains at least one Lef1/Tcf site in their promoter region. The results were verified in HT29 cells transfected with siRNA against β-catenin. We also investigated what would happen to the Lef1/Tcf target gene program of the Wnt pathway, if the Notch pathway was inhibited with the gamma-secretase inhibitor DAPT. Results showed no downregulution of β-catenin or its target gene Cyclin D1.Taken together, these results demonstrate that the Wnt pathway can be placed upstream of the Notch pathway and regulates the latter through β-catenin and the Lef1/Tcf target gene program. However, preliminary results indicate that there is no regulation of APC/β-catenin by the Notch pathway.

[ES] La dieta es la principal vía de exposición a mercurio (Hg) para la mayoría de la población. Las principales formas de Hg en los alimentos son el metilmercurio (MeHg) y el Hg inorgánico divalente [Hg(II)]. Aunque el intestino es la principal puerta de entrada del tóxico en la circulación sistémica, los estudios sobre su toxicidad a nivel intestinal son escasos. El objetivo de la presente tesis ha sido evaluar la toxicidad y los mecanismos de acción del Hg(II) y el MeHg a nivel intestinal. Adicionalmente, se ha ensayado la eficacia de cepas de bacterias ácido- lácticas (BAL) como estrategia de reducción de esta toxicidad. Para los estudios in vitro se ha desarrollado un modelo celular en el que se han combinado enterocitos, células mucosecretoras y macrófagos en un sistema bicameral. Las células se han expuesto a Hg(II) y MeHg (0.1-1 mg/L) durante 10 días. Los datos han evidenciado que ambas especies generan un aumento de la respuesta inflamatoria, incrementando la liberación de la citoquina IL-8 e IL-1β, y una respuesta pro-oxidante, con un aumento de las especies reactivas de oxígeno/nitrógeno (ROS/RNS) y una sobreexpresión de proteínas de estrés (HSP70, HSP90 y MT2A). Esta respuesta ha sido más notable en macrófagos, indicando que posiblemente sean las células inmunitarias las que gobiernen la respuesta al tóxico. La situación de estrés va acompañada de una alteración de la expresión de la proteína de las uniones estrechas ZO-1 y una modificación de la morfología de la monocapa. Además, la exposición genera un aumento de la secreción de mucus y una sobreexpresión de su principal mucina, principalmente a MeHg. Los mecanismos de esta hipersecreción podrían estar relacionados con la ruta IL4/IL13/STAT6. Todos estos efectos sobre la monocapa epitelial conllevan un aumento de la permeabilidad y una reducción de la capacidad de regeneración. En los ensayos in vivo se han expuesto ratones BALB/c a Hg(II) y MeHg (1- 10 mg/L) durante 4 meses a través del agua de bebida. Los datos obtenidos han confirmado lo observado in vitro. La exposición a ambas especies (especialmente a 5 y 10 mg/L) induce un proceso inflamatorio en el colon, con un aumento de las citoquinas TNF-α e IL1-β y la presencia de infiltrados de neutrófilos. Paralelamente, la exposición genera estrés oxidativo con un incremento de las ROS/RNS y los peróxidos lipídicos. Se ha confirmado in vivo la participación en esta respuesta de algunas rutas apuntadas in vitro, en concreto p38 MAPK y JNK. Además, también se evidencian alteraciones en la expresión de proteínas de las uniones estrechas y de la mucina MUC2 en el colon, acompañada de una hiperplasia de las células mucosecretoras, especialmente en los tratamientos con MeHg. En estos animales se observa, además, un aumento de la expresión de IL13 e IL4, lo que apunta a la participación de la ruta IL4/IL13/STAT6, tal y como indicaban los ensayos in vitro. Además, estos ensayos in vivo muestran un efecto de ambas especies sobre el metabolismo de la microbiota intestinal con una reducción de los contenidos luminales de los ácidos grasos de cadena corta (SCFA), aunque los cambios detectados en la composición de la microbiota son mínimos. Finalmente, los animales tratados presentan un aumento de la permeabilidad. Todos los datos obtenidos in vitro e in vivo ponen de manifiesto que una exposición continuada a Hg(II) y MeHg genera una disrupción de la barrera intestinal. Los ensayos in vitro realizados para determinar la eficacia de las cepas de BAL de origen murino LE1 y LE2 como estrategia de protección se han realizado coexponiendo el modelo celular a Hg(II) o MeHg (1 mg/L) junto con las cepas durante 7 días. Los datos obtenidos han mostrado un efecto protector de ambas cepas, con una reducción de la respuesta inflamatoria, el estrés y los efectos sobre las uniones estrechas y la producción de mucus. Asimismo, la presencia de ambas bacterias restaura parcialmente la permeabilidad y la capacidad de regeneración de las monocapas. Teniendo en cuenta que en este estudio las BAL están inactivadas térmicamente, esta protección se asocia principalmente a su capacidad de quelación del Hg, aunque no hay que descartar que algún componente estructural de la pared bacteriana pueda ejercer otro tipo de efecto beneficioso. Los ensayos in vivo para confirmar el efecto protector de las BAL se han realizado en ratones BALB/c expuestos durante 2 meses a MeHg (5 mg/L) a través del agua de bebida. Las bacterias, en este caso viables, se han administrado por sonda gástrica diariamente. Los datos obtenidos muestran que, aunque las dos cepas reducen por igual los contenidos colónicos de MeHg, la reducción de los efectos tóxicos es mucho más notable con la cepa LE1. Se observan reducciones de los contenidos de mediadores de inflamación y estrés en el colon, hay una recuperación de la expresión de proteínas constituyentes de las uniones estrechas y del mucus. Se reestablecen los niveles luminales de los metabolitos de la microbiota y se restaura parcialmente la permeabilidad intestinal. Los resultados muestran que, además del proceso de quelación, la cepa LE1 activa la ruta de señalización Nrf2/Keap1/ARE y la producción de la citoquina anti-inflamatoria IL10. Los datos obtenidos in vitro e in vivo, apuntan a que la cepa LE1 podría ser una buena alternativa para reducir la toxicidad intestinal del Hg; reducción que puede tener también repercusiones beneficiosas a nivel sistémico. / [CA] La dieta és la principal via d'exposició a mercuri (Hg) per a la majoria de la població. Les principals formes de Hg en els aliments són el metilmercuri (MeHg) i el Hg inorgànic divalent [Hg(II)]. Encara que l'intestí és la principal porta d'entrada del tòxic a la circulació sistèmica, els estudis sobre la seua toxicitat a nivell intestinal són escassos. L'objectiu de la present tesi ha sigut avaluar la toxicitat i els mecanismes d'acció del Hg(II) i el MeHg a nivell intestinal. Addicionalment, s'ha assajat l'eficàcia de soques de bacteris àcid-làctics (BAL) com a estratègia de reducció d'aquesta toxicitat. Per als estudis in vitro s'ha desenvolupat un model cel·lular en el qual s'han combinat enteròcits, cèl·lules mucosecretores i macròfags en un sistema bicameral. Les cèl·lules s'han exposat des de l'inici a Hg(II) i MeHg (0.1-1 mg/L) durant 10 dies. Les dades han evidenciat que totes dues espècies generen un augment de la resposta inflamatòria, incrementant l'alliberament de la citocina IL- 8 i IL-1β, i una resposta pro-oxidant, amb un augment de les espècies reactives d'oxigen/nitrogen (ROS/RNS) i una sobreexpressió de proteïnes d’estrès (HSP70, HSP90 i MT2A). Aquesta resposta ha sigut més notable en macròfags, indicant que possiblement són les cèl·lules immunitàries les que governen la resposta al tòxic. La situació d’estrès va acompanyada d'una alteració de l'expressió de la proteïna de les unions estretes ZO-1 i una modificació de la morfologia de la monocapa. A més, l'exposició, principalment a MeHg, genera un augment de la secreció de mucus i una sobreexpressió de la seua principal mucina. Els mecanismes d'aquesta hipersecreció podrien estar relacionats amb la ruta IL4/IL13/STAT6. Tots aquests efectes sobre la monocapa epitelial comporten un augment de la permeabilitat i una reducció de la capacitat de regeneració. En els assajos in vivo s'han exposat ratolins BALB/c a Hg(II) i MeHg (1-10 mg/L) durant 4 mesos a través de l'aigua de beguda. Les dades obtingudes han confirmat l'observat in vitro. L'exposició a totes dues espècies (especialment a 5 i 10 mg/L) indueix un procés inflamatori en el còlon, amb un augment de les citocines TNF-α i IL1-β i la presència d'infiltrats de neutròfils. Paral·lelament, l'exposició genera estrès oxidatiu amb un increment de les ROS/RNS i els peròxids lipídics. S'ha confirmat in vivo la participació en aquesta resposta d'algunes rutes apuntades in vitro, en concret p38 MAPK i JNK. A més, també s'evidencien alteracions en l'expressió de proteïnes de les unions i de la mucina MUC2 en el còlon, acompanyada d'una hiperplàsia de les cèl·lules mucosecretores, especialment en els tractaments amb MeHg. En aquests animals hi ha, a més, un augment de l'expressió d'IL13 i IL4, la qual cosa apunta a la participació de la ruta IL4/IL13/STAT6, tal com indicaven els assajos in vitro. A més, aquests assajos in vivo mostren un efecte de les espècies de Hg sobre el metabolisme de la microbiota intestinal, amb una reducció dels continguts luminals dels àcids grassos de cadena curta (SCFA), encara que els canvis en la composició de microbiota intestinal son minims. Finalment, els animals tractats presenten un augment de la permeabilitat. Totes les dades obtingudes in vitro i in vivo posen de manifest que una exposició continuada a Hg(II) i MeHg genera una disrupció de la barrera intestinal. Els assajos in vitro realitzats per a determinar l'eficàcia de les soques de BAL d'origen murí LE1 i LE2 com a estratègia de protecció s'han realitzat coexposant el model cel·lular combinat a Hg(II) o MeHg (1 mg/L) juntament amb les soques durant 7 dies. Les dades obtingudes han mostrat un efecte protector de totes dues soques, amb una reducció de la resposta inflamatòria, l'estrès i els efectes sobre les unions estretes i la producció de mucus. Així mateix, la presència dels bacteris restaura parcialment la permeabilitat i la capacitat de regeneració de les monocapes. Tenint en compte que en aquest estudi les BAL estan inactivades tèrmicament, aquesta protecció s'associa principalment a la seua capacitat de quelació del Hg, encara que no cal descartar que algun component estructural de la paret bacteriana puga exercir un altre tipus d'efecte beneficiós. Els assajos in vivo per a confirmar l'efecte protector de les BAL s'han realitzat en ratolins BALB/c exposats durant 2 mesos a MeHg (5 mg/L) a través de l'aigua de beguda. Els bacteris, en aquest cas viables, s'han administrat per sonda gàstrica diàriament. Les dades obtingudes en aquest assaig mostren que, encara que els dues soques redueixen per igual els continguts colònics de MeHg, la reducció dels efectes tòxics és molt més notable amb la soca LE1. S'observen reduccions dels continguts dels mediadors d'inflamació i estrès en el còlon, hi ha una recuperació de l'expressió de proteïnes constituents de les unions estretes i el mucus. Es restableixen els nivells luminals dels metabòlits de la microbiota i es restaura parcialment la permeabilitat intestinal. Els resultats mostren que a més del procés de quelació, la soca LE1 activa la ruta de senyalització Nrf2/Keap1/ARE i la producció de la citocina anti-inflamatòria IL10. Les dades obtingudes in vitro i in vivo apunten al fet que la soca LE1 podria ser una bona alternativa per a reduir la toxicitat intestinal del Hg; reducció que pot tindre també repercussions beneficioses a nivell sistèmic. / [EN] A cell model for in vitro studies in which enterocytes, mucosecretory cells and macrophages have been combined in a bicameral system has been developed. Cells have been exposed to Hg for 10 days. The data have shown that both species induce an inflammatory response and a pro-oxidant response, with an increase in reactive oxygen/nitrogen species and an overexpression of stress proteins. The situation of stress is accompanied by alterations in the expression of the tight junction protein ZO-1 and changes in the morphology of the intestinal monolayer. In addition, exposure, especially to MeHg, generates an increase in mucus secretion and an overexpression of its main mucin. The mechanisms of this hypersecretion could be related to the IL4/IL13/STAT6 pathway. All these effects on the epithelial monolayer lead to and increased permeability and a reduced regeneration capacity. In vivo assays have been performed in BALB/c mice exposed to Hg (1-10 mg/L) for 4 months through drinking water. The data obtained have confirmed the previous results observed in vitro. Exposure to both species induces an inflammatory process in the colon and generates oxidative stress with an increase in ROS/RNS and lipid peroxides. The participation in this response of some signaling pathways targeted in vitro has been confirmed in vivo. In addition, alterations in the expression of tight junction proteins and the mucin MUC2 in the colon are also evidenced, accompanied by a hyperplasia of the mucosecretory cells, especially in MeHg treatments. In these animals, there is also an increase in the expression of IL-13 and IL-4 cytokines, which points to the participation of the IL4/IL13/STAT6 pathway. In addition, these in vivo assays show an effect of both species on the metabolism of the intestinal microbiota, with a reduction in the luminal contents of short-chain fatty acids, although changes in the intestinal microbiota composition are minimal. Finally, the treated animals showed an increase in permeability. The in vitro studies carried out to determine the efficacy of the BAL strains of murine origin LE1 and LE2 as a strategy of protection have been performed by co-exposing the combined cell model to Hg (1 mg/L) together with the strains for 7 days. The data obtained have shown a protective effect of both strains, with a reduction in the inflammatory response, oxidative stress and the effects on tight junctions and mucus production. In the same way, the presence of both bacteria partially restores the permeability and the regenerative capacity of the monolayers. Bearing in mind that in this study the LABs are heat-inactivated, this protection is mainly associated with their ability to bind Hg, although it cannot be ruled out that some structural components of the bacterial wall may exert another type of beneficial effect. In vivo assays carry out to confirm the protective effect of LAB have been performed in BALB/c mice exposed for 2 months to MeHg (5 mg/L) through drinking water. The strains of LAB have been administered daily by gavage. Data show that, the reduction of the toxic effects is much more pronounced when LE1 strain is administrated. Reductions in the contents of inflammatory and stress mediators in the colon are observed, together with a recovery in the expression of proteins of the tight junctions and the mucus layer. The luminal levels of microbiota metabolites are restored, and intestinal permeability is partially reestablished. The results show that in addition to the chelation process, LE1 strain activates the Nrf2/Keap1/ARE signaling pathway and the production of the anti-inflammatory cytokine IL10. The data obtained in vitro and in vivo suggest that LE1 strain could be a good strategy to reduce Hg intestinal toxicity; reduction that can also have beneficial repercussions at a systemic level. / Rodríguez Viso, P. (2023). Estrategias para mitigar la toxicidad asociada a la exposición crónica al mercurio a través de la dieta [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/192865

Cheung, Wing Ki. / Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 2008. / Includes bibliographical references (leaves 100-112). / Abstracts in English and Chinese. / Acknowledgments / Abbreviations / Abstract 一 English --- p.i / - Chinese --- p.iii / Chapter Chapter 1 --- General Introduction / Chapter 1.1. --- Colon Cancer / Chapter 1.1.1. --- Colon cancer statistic in Hong Kong --- p.1 / Chapter 1.1.2. --- Development of Colon cancer --- p.1 / Chapter 1.1.3. --- Treatment --- p.2 / Chapter 1.2. --- Chemistry of ascorbates / Chapter 1.2.1. --- Sodium-L-ascorbate --- p.3 / Chapter 1.2.2. --- "Sodium 5,6-benazylidene-L-ascorbate" --- p.4 / Chapter 1.3. --- "Reactive oxygen species and reactive nitrogen species, and their biological consequences" --- p.5 / Chapter 1.4. --- Cell cycle --- p.7 / Chapter 1.5. --- Autophagy --- p.8 / Chapter 1.6. --- Human colon cancer HT29 cells for anti-tumor study --- p.9 / Chapter 1.7 --- Aim of study --- p.10 / Chapter Chapter 2 --- Comparative studies of cytotoxicity of SAA and SBA in short term treatment / Chapter 2.1. --- Introduction --- p.11 / Chapter 2.2. --- Materials and Methods --- p.14 / Chapter 2.3. --- Results --- p.17 / Chapter 2.4. --- Discussion --- p.26 / Chapter Chapter 3 --- Comparative studies of SAA and SBA in oxidative stress induction and their corresponding ROS inhibitors / Chapter 3.1. --- Introduction --- p.28 / Chapter 3.2. --- Materials and Methods --- p.31 / Chapter 3.3. --- Results --- p.35 / Chapter 3.4. --- Discussion --- p.42 / Chapter Chapter 4 --- "Effects of SAA and SBA treatments on cell cycle regulatory proteins and the induction of transient cell cycle arrests in Gl, S and G2 phases Cell Cycle" / Chapter 4.1. --- Introduction --- p.45 / Chapter 4.2. --- Materials and Methods --- p.49 / Chapter 4.3. --- Results --- p.53 / Chapter 4.4. --- Discussion --- p.69 / Chapter Chapter 5 --- Autophagy induction during SBA treatment and autophagy inhibition during SAA treatment / Chapter 5.1. --- Introduction --- p.72 / Chapter 5.2. --- Materials and Methods --- p.74 / Chapter 5.3. --- Results --- p.77 / Chapter 5.4. --- Discussion --- p.91 / Chapter Chapter 6 --- General Discussion --- p.93 / References --- p.100

Le sulfure d'hydrogène (H2S) est un métabolite bactérien produit notamment par les bactéries sulfato-réductrices du côlon à partir des acides aminés soufrés, des sulfates/sulfites alimentaires et des sulfomucines. A fortes concentrations, le H2S est un gaz toxique, de par sa capacité à inhiber la cytochome c oxydase, et par conséquent, la respiration mitochondriale. A l'inverse, notre travail montre qu'à faibles concentrations, le H2S induit une énergisation mitochondriale des cellules épithéliales coliques humaines HT 29 Glc-/+ lui conférant aussi un rôle de substrat minéral énergétique. Dans ce travail, nous avons déterminé les concentrations de H2S permettant l'oxydation/détoxication de H2S par les cellules HT 29 Glc-/+ et celles provoquant une inhibition de la consommation d'oxygène. L'oxydation du H2S nécessite la coopération entre la " sulfide oxidation unit " et la chaîne respiratoire. La capacité des cellules HT29 Glc-/+ à oxyder le H2S est associée à la présence des transcrits codant les enzymes constituant la " sulfide oxidation unit " : la sulfure d'hydrogène quinone reductase (SQR), la dioxygenase ETHE1 et la thiosulfate transferase (TST). Nous avons démontré la priorité de l'oxydation du H2S sur les substrats carbonés . En effet, nos résultats suggèrent que les électrons venant de la SQR sont transférés au pool d'ubiquinone aux dépens de ceux venant du complexe I. Nos résultats démontrent que la SQR joue un rôle déterminant pour l'oxydation de H2S. De plus, la détoxication du H2S par les cellules HT29 Glc-/+ augmente au cours de la différenciation spontanée ou induite par un traitement au butyrate. L'augmentation de la détoxication de H2S au cours de la différenciation est associée à une augmentation de la réserve respiratoire soulignant l'importance de la chaîne respiratoire comme composante de la fonction de détoxication du H2S. En situation d'inhibition de la cytochrome c oxydase, la grande capacité des cellules coliques humaines à détoxiquer le H2S pourrait être en partie due à la présence d'un transfert réverse des électrons issus de l'oxydation de H2S de la SQR vers le complexe I. Outre le butyrate, le zinc un autre composé de la lumière colique, exerce un effet protecteur contre la toxicité cellulaire du H2S. Enfin, notre travail a mis en évidence une diminution de l'expression d'un gène codant pour une enzyme de la " sulfide oxidation unit " (la TST) dans le rectum comparée à différents segments du côlon, ce qui pourrait correspondre à des capacités de détoxication du H2S différente en fonctions des segments du gros intestin humain.

Nous avons utilisé la méthode de CEMOVIS (Cryo-Electron Microscopy Of Vitreous Sections) pour étudier l'ultrastructure des cellules HT29 (lignée cancéreuse colique humaine) et plus particulièrement l'organisation de la chromatine au sein du noyau. Pour améliorer la méthode, nous avons développé un micromanipulateur qui facilite la collecte des coupes et leur transfert sur la grille. Nous avons également cherché à préparer de nouveaux films métalliques (en remplacement du carbone) permettant une meilleure adhésion des coupes sur le support Au vu des premiers tests réalisés, les films de TiO2 que nous avons fabriqués au laboratoire et caractérisés par microscopie électronique (HR, spectroscopie et cartographie EELS) semblent offrir des perspectives intéressantes que nous attribuons à leur propriétés de conducteur électrique à basse température (ce qui reste à démontrer). Les organites cellulaires (noyaux, réseaux de filaments du cytosquelette, systèmes multilamellaires) ont été identifiés in situ. Les conditions d'imagerie choisies nous ont permis d'obtenir une résolution permettant d'identifier les deux feuillets des bicouches membranaires. Dans le noyau, nous avons observé des motifs striés, distants de 2.7 à 3.5 nm que nous attribuons à la molécule d'ADN enroulée autour du cœur d'histones. Comparées aux images de phases denses de nucléosomes, ces images suggèrent que les nucléosomes (jamais identifiés in situ jusqu'à présent) présentent un ordre très local au sein de la chromatine, que nous discutons à la lumières des modèles polymériques actuels.

L’aluminium (Al) est le métal le plus abondant de notre environnement. Il est naturellement présent dans les sols, les roches, les minéraux, l’air, l’eau, et son utilisation pour la fabrication de produits de consommation courante n’a cessé d’augmenter de façon exponentielle dans les pays industrialisés. Durant les dernières décennies, la biodisponibilité de l’Al a fortement augmenté par l’activité humaine et les populations sont exposées quotidiennement à de multiples sources et doses d’Al, notamment par la voie orale. En se basant sur la description des effets toxiques et délétères de l’Al dans diverses pathologies ainsi que sur les doses d’Al ingérées, nous avons montré que l’Al pouvait participer à l’aggravation de l’inflammation intestinale, diminuer la cicatrisation muqueuse et le renouvellement cellulaire (Pineton de Chambrun et al., 2014).Dans le but de comprendre les mécanismes par lesquels l’Al perturbait l’épithélium intestinal, nous avons évalué la toxicité de l’Al sur la cellule épithéliale intestinale. Nous avons montré dans cette étude que l’Al diminuait la viabilité cellulaire, favorisait l’apoptose et perturbait le cycle cellulaire. L’Al avait également des effets pro-carcinogènes et pro-inflammatoires sur les cellules épithéliales intestinales. Ainsi, nous avons démontré que l’Al pouvait avoir des effets toxiques sur la muqueuse intestinale.Nous avons ensuite étudié les effets de l’Al sur la sensibilité viscérale chez le rongeur. Nous avons montré que l’ingestion d’une dose d’Al cohérente avec l’exposition humaine induisait une augmentation de la sensibilité viscérale chez le rat et la souris. Cette hypersensibilité induite par l’Al était persistante et exacerbée lors d’une nouvelle intoxication, indiquant ainsi qu’il n’y a pas de phénomène de tolérance. De plus, les femelles étaient plus affectées par l’hypersensibilité induite par l’Al que les mâles. Nous avons montré que les mécanismes impliquaient une augmentation de la perméabilité et étaient dépendants de la dégranulation des mastocytes et du récepteur aux protéases 2. Ces résultats sont pertinents avec la description des mécanismes observés dans la pathogénèse du syndrome de l’intestin irritable (SII). En effet, les malades présentent le plus souvent une hypersensibilité viscérale, une augmentation de la perméabilité intestinale, une altération du microbiote et une inflammation intestinale à bas grade. Les causes de cette maladie sont inconnues mais les facteurs environnementaux sont fortement suspectés. Ainsi, l’Al pourrait être un nouveau facteur de risque environnemental impliqué dans le développement du SII.En conclusion, ces résultats nous ont permis de démontrer la toxicité de l’Al sur le tube digestif et de mettre en avant un nouveau facteur de risque environnemental dans la physiopathologie des maladies intestinales telles que les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin et le syndrome de l’intestin irritable. / Aluminium (Al) is the most abundant metal in our environment. Al naturally occurs in soils, rocks, minerals, air, water and its use in consumer products increase exponentially in industrialized countries. During last decades, human activities led to an increase in the bioavailability of Al and populations are exposed daily to multiple sources and doses of Al, including the oral route. Based on the description of toxic and deleterious effects of Al in various pathologies as well as ingested doses of Al, we showed that Al could participate in the exacerbation of intestinal inflammation, decrease mucosal healing and cell renewal (Pineton de Chambrun et al., 2014).In order to understand the mechanisms involved in the perturbations of the intestinal epithelium, Al toxicity was evaluated on intestinal epithelial cells. This study showed that Al decrease cell viability, promote apoptosis and disturb cell cycle. Al had also pro-tumorigenic and pro-inflammatory effects on intestinal epithelial cells. Thus, we demonstrated that Al could promote toxic effects on intestinal mucosa.Then, we evaluated the effects of Al on visceral sensitivity in rodents. We have demonstrated that currently ingested amounts of Al, in humans, induced in mice and rats a dose dependent increase of colorectal sensitivity. Al-induced hypersensitivity persists over time so that intoxication was arrested, and appears again when Al intoxication resumes, dismissing any tolerance phenomenon. Moreover, female gender was more affected by Al-induced hypersensitivity than male gender. Mechanisms involved an increased permeability and were dependent on mast cell degranulation and protease activated receptor 2. These results are relevant to the mechanisms observed in the pathogenesis of irritable bowel syndrome (IBS). Indeed, patients usually exhibit visceral hypersensitivity, increased permeability, impaired microbiota and low inflammation degree of the gastrointestinal tract. Causes of the disease remain unknown but environmental factors are strongly suspected to be involved in the pathogenesis. Thus, Al could be a new environmental risk factor involved in the development of IBS.In conclusion, these results demonstrate the toxicity of Al on the digestive tract and highlight a new environmental risk factor in the physiopathology of intestinal diseases such as inflammatory bowel diseases and irritable bowel syndrome.