L'arthrose (OA) est une maladie articulaire dégénérative, classée comme la forme la plus fréquente au monde. Elle est caractérisée par la dégénérescence du cartilage articulaire, l’inflammation de la membrane synoviale, et le remodelage de l’os sous-chondral. Ces changements structurels et fonctionnels sont dues à de nombreux facteurs. Les cytokines, les prostaglandines (PG), et les espèces réactives de l'oxygène sont les principaux médiateurs impliqués dans la pathophysiologie de l'OA. L'interleukine-1β (IL-1β) est une cytokine pro-inflammatoire majeure qui joue un rôle crucial dans l'OA. L'IL-1β induit l'expression de la cyclooxygénase-2 (COX-2), la microsomale prostaglandine E synthase-1 (mPGES-1), la synthase inductible de l'oxyde nitrique (iNOS), ainsi que leurs produits la prostaglandine E2 (PGE2) et l'oxyde nitrique (NO). Ce sont des médiateurs essentiels de la réponse inflammatoire au cours de l'OA qui contribuent aux mécanismes des douleurs, de gonflement, et de destruction des tissus articulaires. Les modifications épigénétiques jouent un rôle très important dans la régulation de l’expression de ces gènes pro-inflammatoires. Parmi ces modifications, la méthylation/ déméthylation des histones joue un rôle critique dans la régulation des gènes. La méthylation/ déméthylation des histones est médiée par deux types d'enzymes: les histones méthyltransférases (HMT) et les histones déméthylases (HDM) qui favorisent l’activation et/ou la répression de la transcription. Il est donc nécessaire de comprendre les mécanismes moléculaires qui contrôlent l’expression des gènes de la COX-2, la mPGES-1, et l’iNOS. L'objectif de cette étude est de déterminer si la méthylation/déméthylation des histones contribute à la régulation de l’expression des gènes COX-2, mPGES-1, et iNOS dans des chondrocytes OA humains induits par l'IL-1β. Nous avons montré que la méthylation de la lysine K4 de l'histone H3 (H3K4) par SET-1A contribue à l’activation des gènes COX-2 et iNOS dans les chondrocytes humains OA induite par l'IL-1β. Nous avons également montré que la lysine K9 de l’histone H3 (H3K9) est déméthylée par LSD1, et que cette déméthylation contribue à l’expression de la mPGES-1 induite par IL-1β dans les chondrocytes humains OA. Nous avons aussi trouvé que les niveaux d'expression des enzymes SET-1A et LSD1 sont élevés au niveau du cartilage OA. Nos résultats montrent, pour la première fois, l'implication de la méthylation/ déméthylation des histones dans la régulation de l’expression des gènes COX-2, mPGES-1, et iNOS. Ces données suggèrent que ces mécanismes pourraient être une cible potentielle pour une intervention pharmacologique dans le traitement de la physiopathologie de l'OA. / Osteoarthritis (OA) is a disabling disease classified as the most common form of arthritis worldwide. It is characterized by cartilage degeneration, synovium inflammation, and subchondral bone remodeling resulting in a loss of joint function. These structural and functional changes are due to numerous factors. Cytokines, prostaglandins (PG), and reactive oxygen species are the major mediators implicated in the pathophysiology of OA. Interleukin-1 (IL-1) is a major pro-inflammatory cytokine that plays a crucial role in OA. IL-1 induces the expression of Cyclo-oxygenase-2 (COX-2), microsomal prostaglandin E synthase-1 (mPGES-1), inducible nitric oxide synthase (iNOS), as well as their products prostaglandin E2 (PGE2) and nitric oxide (NO). These are critical mediators of the inflammatory response during OA causing pain, swelling, and joint tissue destruction. The activation of these pro-inflammatory genes results from different changes at the level of chromatin known as epigenetic modifications. Epigenetic modifications such as DNA methylation and histone modifications play a crucial role in gene expression. Among these modifications, histone methylation/demethylation is the most critical one. Histone methylation/demethylation is mediated by two types of enzymes: histone methyltransferases (HMT) and histone demethylases (HDM) which can either activate or repress transcription. It is therefore necessary to understand the molecular mechanisms which underlie the regulation of COX-2, mPGES-1, and iNOS expression. The objective of this study is to investigate whether histone methylation/demethylation can modulate COX-2, mPGES-1, and iNOS expression in IL-1 induced OA human chondrocytes. We demonstrated that histone H3 lysine K4 (H3K4) methylation by SET-1A contributes to IL-1-induced COX-2 and iNOS expression in human OA Chondrocytes. We showed also that LSD1-mediated demethylation of histone H3 lysine 9 (H3K9) contributes to IL-1β-induced mPGES-1 expression in human OA chondrocytes. We found that levels of SET-1A and LSD1 expression are elevated in OA cartilage as compared with normal cartilage. Our data demonstrates, for the first time, the implication of histone methylation/demethylation in COX-2, mPGES-1, and iNOS regulation suggesting that these mechanisms could be a potential target for pharmacological intervention in the treatment of the pathophysiology of OA.

Le mercure (Hg) est un métal lourd ubiquiste et très toxique. Présent à l’état de traces dans la colonne d’eau des milieux aquatiques, il peut cependant atteindre des concentrations très élevées en fin de chaine alimentaire car il a la particularité d’être bioaccumulé et bioamplifié dans les organismes sous forme de méthylmercure (MeHg). L’identification et la caractérisation des transformations amenant à la formation de MeHg (méthylation) ou à sa dégradation (déméthylation) sont donc de première importance pour évaluer son devenir dans les milieux aquatiques. L’utilisation du comportement des isotopes stables du Hg, à la fois en laboratoire mais aussi dans des échantillons environnementaux, a permis d’évaluer l’influence des processus biotiques et abiotiques mis en jeu dans les système aquatiques sur les transformations et donc la spéciation du Hg dans de tels environnements. Le fractionnement isotopique du Hg, pouvant être dépendant et/ou indépendant de la masse, s’est également avéré être un outil performant pour étudier sa bioaccumulation dans plusieurs membres de la chaîne alimentaire endémique du Lac Baikal (Russie). Les signatures isotopiques mesurées dans ces échantillons ont permi d’améliorer la connaissance sur la distribution, les sources et les transformations affectant les espèces du Hg dans l’écosystème de ce grand lac faisant partie du patrimoine mondial de l’UNESCO depuis 1996 et étant la plus grande réserve d’eau douce liquide de surface mondiale. / Mercury (Hg) is a toxic and ubiquitous heavy metal. Only present at trace levels in the water column of aquatic systems, it can reach high amounts in food web end-members because of its ability to bioaccumulate and biomagnify in organisms as methylmercury (MeHg). Hence, the characterization of the transformations leading to the formation (methylation) and the degradation (demethylation) of MeHg is of great concern to evaluate its fate in aquatic environments. The use of the Hg stable isotopes, during laboratory experiments or in environmental samples, allowed to identify and characterize several biotic and biotic pathways involved in Hg transformations and speciation in aquatic systems. The study of Hg mass-dependent and/or mass-independent fractionation was also a competitive tool to assess its bioaccumulation process in several members of the Lake Baikal endemic food chain (Russia). Measured Hg isotopic signatures in such samples provided insight about Hg species fate and sources within the ecosystem of this lake, which has been nominated as a world heritage site by UNESCO in 1996 and constitutes the world’s largest freshwater lake in terms of volume.

Rtuť je v přírodě přirozeně se vyskytujícím toxickým prvkem, jehož globální emise jsou ovlivňovány zejména antropogenními zdroji znečištění. Obrovský globální nárůst v usazování rtuti, zejména ve vodných ekosystémech, byl zaznamenán současně s počátkem průmyslové revoluce. Sedimenty jsou posledním místem úložiště nejrůznějších komplexů rtuti. Rtuť však zde může být přeměněna na toxičtější organickou formu, methylrtuť, pomocí transformačních procesů kontrolovaných různými fyzikálními, chemickými, ale i biologickými faktory. Navíc mohou být specie rtuti remobilizovány ze sedimentů pomocí difuze a resuspenzace a tak se sedimenty mohou stát i potenciálním zdrojem rtuti. Proces bioakumulace a bioobohacování tak pokračuje v potravním řetězci, ve kterém se člověk, i další zvířata, stává konzumentem methylrtuti. Stanovení celkové koncentrace rtuti není dostačující k porozumění osudu rtuti v přírodním prostředí a tak stanovení MeHg poskytuje nezbytnou doplňující informaci. Dostatečně citlivá a přesná analytická metoda pro stanovení specií rtuti je nezbytným nástrojem environmentální chemie. Metody vhodné pro stanovení specií rtuti v sedimentech jsou popsány v části metodologie disertační práce. Metoda stanovení methylrtuti v sedimentech pomocí automatické Headspace vybavené pastí („trap“) a spojené s plynovou chromatografií a fluorescenční detekcí je zde také popsána. Zvláštní pozornost je také věnována potřebám zásad čistého vzorkování, skladování vzorků a přípravě vzorků před samotou analýzou, jakož i samostatné části věnující se terénní studii rtuti a methylrtuti v sedimentech vytipovaných lokalit. Sedimenty jižní Moravy a severní Francie jsou srovnány z hlediska znečištění rtutí. Specie rtuti a další ukazatele (Fe, Mn, S) byly analyzovány v sedimentech, pórové vodě a povrchové vodě řek Dele a Lys (Francie) a Jihlava a Morava (Česká republika). Z hlediska posouzení vodních ekosystémů a jejich znečištění rtutí, je vhodné znát koncentraci rtuti v pórové vodě a posoudit dostupnost rtuti ze sedimentů. Technika difuzního gradientu v tenkém filmu je vhodným způsobem jak stanovit koncentraci rtuti v pórové vodě sedimentů. Do roku 2005 bylo použití této techniky pro měření rtuti značně limitováno. Ale nedávný pokrok především v dostupnosti možných sorpčních gelů vhodných pro stanovení rtuti umožnilo využití této techniky i pro stanovení rtuti. Byly použity různé sorpční gely: Spheron.Thiol, Duolite GT-73 a TiO2. Řeka Dele představuje past enormního množství antropogenní rtuti pocházející z průmyslových zdrojů a je považována za potenciální významný zdroj methylrtuti pro okolní prostředí a živé organismy především. Poslední část dizertační práce se zabývá aplikací dobře zavedeného experimentu využívajícím stabilní isotopy ke studiu metylačních a demethylačních procesů v sedimentech řeky Dele. Obohacené stabilní značkovače rtuti v anorganické formě (199Hg) and methylované formě (201MeHg) byly přidány do sedimentů. Tyto označené specie rtuti tak pomohly sledovat osud specií rtuti a vypočítat rozsah jejich přeměny v průběhu experimentu.