Une même hormone peut exercer des effets différents sur le développement des caractéristiques de type femelle selon la période à laquelle elle est produite : lstradiol nous a ainsi dévoilé son double jeu, révélant à la fois des effets déféminisants prénataux pouvant sexercer jusqu5ème jour postnatal et des effets féminisants sexerçant dès le 15ème jour postnatal. / A steroid hormone can have different effects on female characteristics development according to the period it is produced : estradiol has defeminizing effects on brain development until postnatal day 5, and feminizing effects from postnatal day 15.

Les études épidémiologiques ont associé la rigidité artérielle au déclin cognitif et à la démence. Cependant ses effets sur la biologie du cerveau restent méconnus. Dans notre première étude, en utilisant un nouveau modèle murin de rigidité artérielle, nous avons voulu caractériser les effets de la rigidité artérielle sur le cerveau indépendamment de l’âge et de l’augmentation de la pression artérielle. Les résultats indiquent que la rigidité artérielle altère la régulation du flux sanguin cérébral et l'intégrité du système vasculaire cérébral, endommageant la barrière hémato-encéphalique et conduisant à des déficits cognitifs. Le débit sanguin cérébral est altéré au repos ainsi qu’au niveau de ses mécanismes de régulation comme l’autorégulation cérébrale, le couplage neurovasculaire et la fonction endothéliale. Dans notre deuxième étude nous avons cherché à comprendre le dimorphisme sexuel pour la rigidité artérielle et ses conséquences sur le cerveau dans le même modèle. Nos résultats montrent que la rigidité artérielle entraîne une altération du couplage neurovasculaire et de la réactivité vasculaire dépendante de l’endothélium chez les souris mâles mais pas chez les souris femelles reproductives. Chez les souris ovariectomisées, cette protection a été supprimée, mais a été restaurée par un traitement à l’œstradiol. Dans la troisième étude, nous avons voulu étudier la possibilité de prévenir la rigidité artérielle et ses effets subséquents sur le cerveau. Pour cette étude, nous avons utilisé la vitamine K (VK) (phylloquinone ou VK1 et la ménaquinone-4 ou MK-4) vu son action anti-calcifiante et ses effets bénéfiques sur les fonctions cognitives observés dans d’autres modèles animaux et chez l’homme. Cette étude a démontré que la VK améliore les fonctions cognitives et rétablit le débit sanguin cérébral au repos et diminue la calcification vasculaire. Les capacités d’apprentissage s’amplifient avec l’apport de la VK alimentaire et la concentration de la VK au cerveau. Ces études permettent une meilleure compréhension de la rigidité artérielle et démontrent le potentiel de la VK et le traitement hormonal par l’œstradiol dans la prévention de ses effets sur le cerveau. Cependant, d’autres études sont nécessaires pour déterminer tous les mécanismes impliqués dans la protection du cerveau par la VK et l’œstradiol. / Epidemiological studies have associated arterial stiffness with cognitive decline and dementia. However, its effects on the brain biology remain unknown. In our first study, using a new murine model of arterial stiffness, we wanted to characterize the effects of arterial stiffness on the brain independently of age and pressure. Our results indicate that arterial stiffness impairs the regulation of cerebral blood flow and the integrity of the cerebrovascular system, damaging the blood-brain barrier and leading to cognitive deficits. Arterial stiffness results in significant alterations in resting cerebral blood flow and mechanisms regulating cerebral blood flow such as cerebral autoregulation, neurovascular coupling, and endothelial function. In our second study we sought to understand sexual dimorphism in arterial stiffness and its consequences on the brain in the same model. Our results show that arterial stiffness leads to impaired neurovascular coupling and endothelial-dependent vascular reactivity in male mice but not in female reproductive mice. In ovariectomized mice this protection was suppressed but was restored by estradiol treatment. In the third study, we wanted to study the possibility of preventing arterial stiffness and its subsequent effects on the brain. In this study, we used vitamin K (phylloquinone or VK1 and menaquinone-4 or MK-4) for its anti-calcifying action and its beneficial effects on the cognitive functions observed in other animal models and in humans. This study demonstrated that VK prevent cognitive impairment in part by restoring the resting cerebral blood flow but also by preventing vascular calcification. Learning abilities increase with the contribution of food VK, which in turn correlates with the VK content of the brain. These studies provide a better understanding of arterial stiffness and demonstrate the potential of VK and hormone therapy with estradiol in preventing its effects on the brain. However, further studies are needed to determine all the mechanisms involved in the brain protection by VK and estradiol.

La maladie de Parkinson est caractérisée par la dégénérescence des neurones dopaminergiques situés dans la substance noire pars compacta au sein des noyaux gris centraux du système nerveux central. Cela se traduit par un malfonctionnement moteur dont les trois principaux signes idiopathiques sont : les troubles de la posture, la bradykinésie et le tremblement. Cette perte importante de motricité est directement reliée au débalancement des voies directe et indirecte en charge de la modulation et de la régulation des noyaux grix centraux. L'absence de dopamine empêche donc le contrôle adéquat des afférences GABAergiques, ce qui se traduit par une surinhibition au niveau du thalamus et par le fait même, d'une atteinte importante du comportement moteur. Le traitement classique demeure encore la L-Dopa qui permet le soulagement des patients et leur permet de se mouvoir un peu plus normalement. Par contre, ce traitement entraîne des effets secondaires, à moyen et long terme, très importants dont : l'akinésie de fin de dose (wearing-off), l'effet transitoire de la L-Dopa (effet on-off) et les dyskinésies. Ces dernières surviennent après la prise de la L-Dopa et se manifestent sous forme de mouvements anormaux et involontaires. Nous avons utilisé comme modèle animal le singe cynomolgus (Macaca fascicularis). L'induction du syndrome parkinsonien stable chez ce modèle requiert l'installation d'une pompe Alzet, sous cutanée, contenant une toxine dérivée de lopéridine, le l-méthyl-4- phényl-l,2,3,6-tetrahydropyridine. Nous avons étudié l'impact de l'administration de la L-Dopa dans la genèse des dyskinésies en comparaison avec l'effet de la cabergoline, un agoniste D2 à longue durée d'action. Le but étant de voir s'il était possible de prévenir les dyskinésies en interagissant sur les récepteurs D2 pré- et postsynaptiques. Nos résultats ont démontré que la stimulation en continue des récepteurs dopaminergiques permettait, significativement, la prévention de l'apparition des dyskinésies induites par la dopathérapie en agissant sur les récepteurs D2 postsynaptiques, mais peut-être aussi en inhibant les afférences glutamatergiques corticostriatale via les autorécepteurs D2 situé en présynaptique. Nous avons également étudié l'effet de composés hormonaux tel que le 17p-estradiol, le raloxifène et la déhydroépiandrostérone. Nos résultats ont démontré que chacun d'entre eux était en mesure d'améliorer, significativement, l'état parkinsonien seul ou combiné à une dose seuil de L-Dopa, voire même de prolonger l'effet de la dopathérapie. Une implication des systèmes GABAergiques est postulée dans ces effets, dans le cas du DHEA, car c'est un modulateur négatif des récepteurs GABAA présents dans les noyaux gris centraux.

Ce travail a consisté à analyser, par des approches toxicocinétiques (TK) et mécanistiques, les effets oestrogéniques du Bisphenol A (BPA) sur un biomarqueur précoce et sensible : la sécrétion de l'hormone lutéinisante (LH) chez la brebis prépubère ovariectomisée. La plus faible concentration plasmatique en BPA induisant une inhibition de LH s'est avérée proche des concentrations maximales décrites chez l'Homme. Cette inhibition de LH pourrait impliquer une inhibition des systèmes neuronaux à kisspeptine. L'approche TK comparative d'espèces a montré que la clairance du BPA est toujours élevée, proche du débit sanguin hépatique. Pour une exposition à la dose journalière admissible, cette approche permet de prédire chez l'Homme des concentrations en BPA très inférieures à celles associées à une inhibition de LH dans notre modèle. / The goal of this thesis was to analyse through toxicokinetic (TK) and mechanistic approaches the estrogeno-mimetic effects of bisphenol A (BPA) on a precocious and sensitive biomarker: LH secretion in ovariectomized female lambs. The lowest plasma BPA concentrations associated to an inhibition of LH secretion appeared to be close to the highest one reported in human. LH suppression could be mediated by an inhibition of hypothalamic kisspeptin systems. The multispecies TK approach showed that BPA clearance is always high and equivalent to the liver blood flow. For an exposure scheme corresponding to the tolerable daily intake, this approach allows to predict human BPA concentration much lower than the one associated to LH inhibition in our highly sensitive lamb model.

Depuis plusieurs années il est devenu essentiel de comprendre le déterminisme sexuel des espèces à fort intérêt économique afin d’optimiser leur production au sein d’écloseries émergentes.L’objectif principal de cette thèse était de mettre en évidence les mécanismes impliqués dans la détermination et la différenciation sexuelle, et notamment du sexe femelle, chez l’huître perlière P. margaritifera, espèce hermaphrodite protandre et espèce clé de la perliculture, la seconde ressource économique pour la Polynésie française. Pour atteindre cet objectif, deux approches ont été menées : une approche transcriptomique visant à étudier les mécanismes moléculaires du déterminisme et de la différenciation sexuelle, et une approche expérimentale visant à comprendre le phénomène de la sexualisation par des forçages environnementaux et hormonaux en s’intéressant plus particulièrement au déterminisme et à la différenciation sexuelle femelle.Dans l’approche transcriptomique, le transcriptome de la gonade de P. margaritifera a été séquencé à partir de plusieurs échantillons gonadiques d’huîtres de sexe mâle et femelle à différents stades de développement. Après le séquençage Illumina et l'assemblage du transcriptome, 70 147 contigs ont été obtenus. L’analyse fonctionnelle de ces 70 147contigs, a permis d’identifier des gènes d’intérêt et ainsi de constituer un catalogue de 87 ARNm codant pour 67 protéines impliquées dans la détermination, la différenciation sexuelle et/ou la gamétogenèse. Ensuite une analyse stricte des données de quantification RNAseq a révélé 1 937 contigs exprimés de manière différentielle entre les catégories histologiques des gonades. À partir de l’analyse de leurs profils d’expression au sein de chaque échantillon, un nouveau modèle de la reproduction de P. margaritifera, basé sur une double approche analytique, eg. histo-moléculaire, a été proposé. Ce modèle révèle notamment que le déterminisme sexuel de P. margaritifera chez l’adulte se produirait durant une phase de régression de la gonade. Considérant ainsi les nouveaux stades définis par ce modèle, 9 gènes biomarqueurs de la voie sexuelle femelle ont pu être identifiés révélant un modèle prédictif de la voie sexuelle basé sur 3 rapports d’expressions de gènes impliquant 2 gènes inconnus pmarg-c43476 et pmarg-c54338 et 2 gènes connus pmarg-foxl2 et pmarg-fem1-like. Ce deuxième modèle suggère fortement l'implication de pmarg-foxl2 et pmarg-fem1-like dans le déterminisme du sexe de P. margaritifera. Dans l’approche expérimentale, deux expérimentations séparées ont été réalisées pour mettre en évidence l’effet i) de plusieurs combinaisons de température et de niveau trophique, et ii) de l’œstradiol-17β administré par injection directe dans la gonade ; sur le sexe, la gamétogenèse et l’expression des neuf gènes biomarqueurs de la voie sexuelle femelle identifiés précédemment. Les résultats ont montré que la condition combinant la température de 28°C et la concentration en algues de 40 000 cellules mL-1 était la plus favorable non seulement à la maturation des gonades mâles et femelles mais aussi au maintien du sexe femelle. Ce serait dans cette condition environnementale qu’il serait possible d’induire un changement de sexe de mâle vers femelle. Dans la seconde expérimentation, il a été clairement démontré que la reproduction de P. margaritifera pouvait être régulée par les hormones œstrogènes. Les résultats montrent un effet négatif de l’œstradiol sur le développement et la différenciation mâle. Enfin les résultats du modèle prédictif de la voie sexuelle de P. margaritifera, suggèrent une programmation génétique du sexe femelle qui toutefois resterait soumise aux conditions environnementales validant ainsi l’hypothèse d’un mode de détermination mixte du sexe chez P. margaritifera. / For several years it has become essential to understand sex determination of species with high economic interest to maximize their production in emerging hatcheries.The main objective of this thesis was to identify the mechanisms involved in sex determination and sex differentiation, and particularly in female sex, in the pearl oyster P. margaritifera, a protandrous hermaphrodite species and the key species of the pearl farming, the second economic resource for French Polynesia. To achieve this goal, two approaches were undertaken: a transcriptomic approach to investigate the molecular mechanisms of sex determinism and sex differentiation, and an experimental approach to understand the phenomenon of sexualization by environmental and hormonal forcing focusing especially on female sex determinism and female sex differentiation.In the transcriptomic approach, the gonad transcriptome of P. margaritifera was sequenced from several samples of male and female oyster gonads at different stages of development. After Illumina sequencing and assembly of the transcriptome, 70,147 contigs were obtained. Functional analysis of these 70,147 contigs identified genes of interest and allowed the constitution of a catalog of 87 mRNAs encoding 67 proteins involved in sex determination, sex differentiation and/or gametogenesis. Then a strict analysis of RNAseq quantification data revealed 1,937 contigs differentially expressed between the histological categories of gonad. From the analysis of their expression profiles in each sample, a new model of reproduction of P. margaritifera, based on dual analytical approach, i.e. histo-molecular, has been proposed. This model shows that sex determination of adult P. margaritifera pearl oysters occur during a regression phase of the gonad. And considering the new stages defined on this model, 9 biomarkers genes of the female sexual pathway have been identified revealing a 3-gene-pair expression ratio based model, which makes it possible to predict the sexual pathway in this hermaphrodite species. This predictive model involves two unknown genes pmarg-c43476 and pmarg-c54338 and 2 known genes pmarg-foxl2 and pmarg-fem1-like, and strongly suggests the involvement of pmarg-foxl2 and pmarg-fem1-like in sex determinism in P. margaritifera.In the experimental approach, two separated experiments were conducted to demonstrate the effect of i) various combinations of temperature and trophic level, and ii) 17β-estradiol administered by direct injection into the gonad; on sex, gametogenesis and expression of the nine biomarkers genes of the female sexual pathway previously identified. The results showed that the condition combining a temperature of 28 °C and a concentration of 40 000 cells of algae mL-1 was the most favorable not only for the maturation of the male and female gonads but also for the maintenance of the female sex. It would be in this environmental condition that it would be possible to induce a sex change from male to female. In the second experiment, it was clearly demonstrated that the reproduction of P. margaritifera could be regulated by estrogen hormones. The results show a negative effect of estradiol on male development and differentiation. Finally the results of the predictive model of the sexual pathway of P. margaritifera, suggest a genetic programming of the female sex, which however remain subject to environmental conditions, thus validating the hypothesis of a mixed sex determinism mode in P. margaritifera.

A plethora of naturally-produced steroid hormones, or artificial homologues of them, are being introduced into the aquatic and terrestrial environments each year. Two examples of these are the natural oestrogen 17-oestradiol (E2) and the oestrogen receptor antagonist, Bisphenol A (BPA), both of which target the ribonucleoprotein telomerase through upregulation of its telomerase reverse transcriptase component, TERT. The main objectives of this study were firstly to isolate and characterize the actual mRNA sequence for the telomerase catalytic subuninit, Tert, in rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) (Walbaum, 1792) and European purple sea urchin (Paracentrotus lividus) (Lamarck, 1816), with the aim of developing qPCR assays for the amplification and quantification of Tert. Further objectives were to use these assays in controlled exposure studies to establish whether and to what extent the aforementioned chemicals regulate Tert transcription and by doing so further understand the mechanism of Telomerase gene expression and the extent to which environmental oestrogen can interfere. The initial step of sequence characterization and assay devlopment was successful in the case of rainbow trout where two possible splice variants of Tert mRNA are identified, omTertShort and omTertLong. Two qPCR assays were developed for the relative quantification of both of these splice variants in rainbow trout samples, the latter of these successfully amplifying its target in test samples. In order to demonstrate in vitro and in vivo modulation of telomerase activity and mRNA expression, early life-stages of rainbow trout and purple sea urchin, as well as rainbow trout hepatocytes, were exposed to a range of concentrations of E2 and BPA. Purple sea urchin embryos were exposed to 200, 20 and 2 ng E2/ml for 28 hours until they had reached the stage of pluteus larvaes. Rainbow trout embryos were exposed to 500, 20 and 0.1 ng E2/ml and 600 and 150 ng BPA/ml for 167 days from immediately after fertilization. Rainbow trout hepatocytes were exposed to 20 and 2 ng E2/ml for 48 hours. The results from this study show that telomerase activity as well as TERT mRNA expression can be significantly modulated by exposure to oestrogens and other oestrogenic chemicals. E2 concentrations as low as 20 ng/ml lead to an increase in telomerase activity early-life stages of purple sea urchin and upregulation in the transcription of Tert mRNA in unhatched rainbow trout embryos. BPA induced similar response (600 ng/ml) in hatched rainbow trout alevins larvae. Very high exposures to E2 (500 ng/ml) do however lead to downregulation of Tert mRNA in hatched alevins larvae. Differential regulatory response can be observed between different tissue types of 167 day old fry, with an upregulatory response observed at 0.1 ng E2/ml in liver and muscle tissues, but not in brain. Similarly, brain tissues were observed expressing significantly less mRNA than liver and muscle samples when exposed to BPA (150 ng/ml). It is evident that the previously observed link between environmental oestrogens and telomerase is also present in the two test species examined; purple sea urchin and rainbow trout.

The issue of environmental risks from the pharmaceutical endocrine disrupter 17 alpha-ethinyl oestradiol (EE2), which is an active ingredient in the contraceptive pill, confronts government responsibilities for citizens' health with potential environmental risks from its presence in aquatic ecosystems. Further to a risk appraisal process conducted under the Water Framework Directive (WFD) between 2006 and 2012, the European Commission recommended the imposition of an environmental quality standard for EE2. In 2013, this recommendation was rejected by politicians. The outcome was both contested and commended. The UK Government was particularly vehement in its opposition and claimed that the risk assessment process for EE2 was not robust. The UK Government also insisted that it had swayed opinion of other EU Member States to convince them that action for EE2 was not proportionate given the extremely elevated costs of risk control options. At the present time, environmental policy for EE2 and other endocrine disrupters remains resolutely ineffective. Despite three distinct policy interventions recommending precautionary action for EE2 during the past twenty years, emissions of this potent, oestrogenic endocrine disrupter continue unabated. This thesis explains why European politicians rejected the European Commission’s risk governance recommendations for EE2 in 2013 under the Water Framework Directive. This comprises its principal empirical contribution. A novel analytical framework which draws on insights from the policy sciences, risk governance and wicked problems literature is developed. This framework is employed to determine whether the policy outcome for EE2, and the decision-making processes that preceded it, were legitimate. The research findings in this respect advance understanding of the implications of specific properties of wicked problems, of which it is argued, EE2 is an example, for the legitimacy of decision-making processes during the risk appraisal and political phases of policy development in Europe. This comprises the principle theoretical contribution of the thesis. Recommendations to promote more effective and legitimate policy development for wicked problems in similar multi-level governance contexts are also made.