King penguins have successfully colonized cold ecosystems of the southern hemisphere by developing physiological mechanisms that are not well understood. The aim of this study was to investigate, at different integrative levels from the gene to the whole animal, the functional responses developed by penguins to overcome polar constrains. We focused on acclimatization mechanisms enabling the first departure to sea of king penguin immatures and the rapid growth of Adélie penguin chicks.To explore differentially expressed genes in pectoralis muscle during penguin’s first sea acclimatization, we used Affymetrix microarrays design for chicken. We first set up and validated a new method to analyze heterologous hybridization transcriptomic profiles. We highlighted a selective shift in metabolic pathways favoring the use of lipids as fuel to sustain highly energetic needs imposed by marine life-style. Our results revealed a development of a global antioxidant response, potential consequences of penguin marine life-style that imposes repeated dives under apnea.Secondly, our integrative study on Adélie penguin’s chick revealed the development of molecular and cellular mechanisms which sustain an original strategy by first allocating most of the energy to growth and then promoting thermogenic processes.Our results showed that both king and Adélie penguins develop complex and coordinated physiological responses to energetic constraints highlighting their high phenotypic plasticity. / King penguins have successfully colonized cold ecosystems of the southern hemisphere by developing physiological mechanisms that are not well understood. The aim of this study was to investigate, at different integrative levels from the gene to the whole animal, the functional responses developed by penguins to overcome polar constrains. We focused on acclimatization mechanisms enabling the first departure to sea of king penguin immatures and the rapid growth of Adélie penguin chicks.To explore differentially expressed genes in pectoralis muscle during penguin’s first sea acclimatization, we used Affymetrix microarrays design for chicken. We first set up and validated a new method to analyze heterologous hybridization transcriptomic profiles. We highlighted a selective shift in metabolic pathways favoring the use of lipids as fuel to sustain highly energetic needs imposed by marine life-style. Our results revealed a development of a global antioxidant response, potential consequences of penguin marine life-style that imposes repeated dives under apnea.Secondly, our integrative study on Adélie penguin’s chick revealed the development of molecular and cellular mechanisms which sustain an original strategy by first allocating most of the energy to growth and then promoting thermogenic processes.Our results showed that both king and Adélie penguins develop complex and coordinated physiological responses to energetic constraints highlighting their high phenotypic plasticity.

Au cours de l’évolution, les plantes ont développé des mécanismes pour percevoir et s'adapter aux conditions de stress. Les formes actives de l'oxygène (FAO) sont des facteurs importants de l'état redox cellulaire et sont impliquées dans ces réponses. Le peroxyde d'hydrogène (H2O2), une FAO majeure des voies de signalisation oxydative, peut être produit rapidement dans la photorespiration. Chez Arabidopsis, le H2O2 produit dans la photorespiration est métabolisé notamment par la CATALASE2 (CAT2). Dans le contexte du mutant cat2 déficient pour cette catalase, les réponses au stress oxydatif induit par la production conditionnelle du H2O2 sont fortement dépendante de la photopériode. En particulier, la formation de lésions, accompagnée de réponses similaires à celles d' attaques pathogènes, sont spécifiques des conditions de culture en jours longs (JL). Ces effets ne sont pas observés en jours courts (JC) malgré un stress oxydant qui semble être aussi prononcé qu’en JL. Une approche transcriptomique globale a été utilisée pour explorer les patterns d’expression génique associées à ces effets. Elle a permis de mettre en évidence des interactions entre photopériode et H2O2 ou entre photopériode et CO2. En particulier, la majorité des gènes répondant à l' H2O2 dans le mutant cat2 sont induits lorsque les plantes sont cultivées en JC alors que un plus petit nombre sont induits par l’ H2O2 spécifiquement en JL. De façon générale, ces analyses ont mis en évidence des relations étroites entre les ressources carbonées, la lumière et l'état redox cellulaire dans les réponses aux changements environnementaux. Un gène induit par le H2O2 spécifiquement en JL, l’AZELAIC ACID INDUCED 1 (AZI1), a été sélectionné pour des analyses fonctionnelles à l’aide d’approches génétique, biochimique et transcriptomique. L’analyse de mutants cat2 azi1 a révélé que AZI1 ne semble pas jouer un rôle majeur dans les réponses des plantes à un stress oxydatif durable. Cependant, ce gène semble jouer un rôle important lorsque le stress oxydatif est déclenchée de façon abrupte par le transfert des plantes de conditions de culture en fort CO2 vers l'air ambiant. De plus, cette étude montre que la communication de feuille à feuille est impliquée dans la régulation de l'expansion de la mort cellulaire en réponse a l'H2O2 issue de la photorespiration. Dans la régulation de l'expansion des lésions, nous proposons que AZI1 agirait d'une part localement pour induire la mort cellulaire et d'autre en inhibant la mort cellulaire d'une façon systémique. Dans des fonds génétiques sauvage Col-0 ou mutant cat2, l’analyse comparative de mutants d'insertion ADN-T pour les principaux photochromes (phyA , phyB) et cryptochromes (cry1, cry2) a permis d'étudier les interactions entre les stress et les fonctions des photorécepteurs. Il est apparu que, la mutation des gènes PHY comme CRY conduit a une stimulation de l’accumulation de glutathion H2O2 dépendante. En revanche, dans le fond génétique cat2 contrairement à la perte des fonctions PHY, la mutation des gènes cry conduit a une modulation du profil transcritomique induit par l’ H2O2. De plus, un criblage de conditions de stress sur les simples mutants cry a révélé une plus forte sensibilité de ces génotypes au stress osmotique, a l’ H2O2 et au paraquat. Globalement, ces données indiquent que l’ensemble des photorécepteurs et plus particulièrement les cryptochromes peuvent jouer un rôle dans la réponse à l’ H2O2 intracellulaire suggérant ainsi l’existence d’un réseau complexe permettant l’intégration de conditions environnementales et la détermination de réponses appropriées au stress. / During evolution, plants have developed mechanisms to perceive and respond to stress conditions. Reactive oxygen species (ROS) are important components of cell redox state that have been implicated in these responses. H2O2, an important ROS molecule in oxidative signalling, can be produced rapidly in photorespiration. In Arabidopsis, photorespiratory H2O2 is notably metabolized by CATALASE2 (CAT2). Responses to oxidative stress induced conditionally by photorespiratory H2O2 in the catalase-deficient mutant, cat2, are highly determined by growth daylength. In particular, lesion formation, accompanied by induction of a range of pathogenesis responses, is specific to the long day (LD) photoperiod: these responses are not observed in short days (SD), even though oxidative stress seems to be as marked as in LD. A whole-genome transcriptomics approach was used to explore gene expression patterns underlying these effects, and identified interactions between daylength and H2O2 and between daylength and CO2. In particular, the majority of H2O2-responsive genes in cat2 were up-regulated more strongly in SD air, though a subset of H2O2-induced genes showed a LD-specific response. Overall, this analysis indicates close networking between carbon status, light, and redox state in environmental responses. The most strongly H2O2-induced gene in LD was azelaic acid induced 1 (AZI1) and this gene was chosen for functional analysis using a genetic, biochemical and transcript profiling approach. Analysis of cat2 azi1 mutants revealed that AZI1 does not seem to play an important role in the plant response to sustained, continuous oxidative stress, but is influential when oxidative stress is abruptly induced, in this case, by transferring plants from high CO2 to air. Moreover, this study provided evidence that leaf-to-leaf communication is involved in regulating cell death spread in response to photorespiratory H2O2. In the regulation of this lesion spread, it is proposed that AZI1 acts both locally to promote cell death as well as systemically to inhibit it. Using a comparative analysis of T-DNA insertion mutants for the major phytochromes (phyA, phyB) and cryptochromes (cry1, cry2) introduced into the Col-0 or cat2 background, interactions between stress and photoreceptor function were analyzed. A stimulatory effect of both phy and cry mutations on H2O2-triggered glutathione accumulation was apparent. In contrast to loss of PHY function, both cry mutations modulated daylength-dependent H2O2-triggered transcriptome profiles in cat2. In addition, stress screening of single cry mutants revealed effects on osmotic, H2O2 and paraquat sensitivity. Overall, these data show that both kinds of photoreceptor, but particularly cryptochromes, can play a role in the response to intracellular H2O2, suggesting that there is an intricate network allowing integration of environmental information to determine appropriate responses to stress.

L’enzyme méthionine synthase (MTR) catalyse la reméthylation de l’homocystéine en méthionine, le précurseur du donneur universel de groupe méthyle S-Adenosylmethionine (SAM), impliqué dans des mécanismes de régulations épigénétiques. Des polymorphismes de MTR sont associés à des défauts métaboliques et des défauts de développement embryonnaire. Afin d’étudier les conséquences d’une déficience en MTR, nous avons généré des modèles murins d’invalidation conditionnelle du gène MTR de manière constitutive ou inductible dans le foie et dans le cerveau. L’invalidation constitutive ou inductible ciblée dans le foie pendant l’embryogenèse n’est pas viable, suggérant un rôle limitant de la méthionine synthase sur le développement précoce et l’organogenèse en lien probable avec les conséquences sur la prolifération cellulaire. Dans les périodes post-natales, nous avons utilisé le modèle inductible complété par une hépatectomie pour étudier les altérations de la régénération hépatique liée aux effets sur le stress cellulaire ainsi que l’expression et l’activation des cyclines. Le KO dans le cerveau induit principalement une perte des fonctions de mémorisation de l’apprentissage hippocampo-dépendant. Au total, nos résultats illustrent les effets différents de l’invalidation de MTR en fonction de l’organe considéré. Le foie est un organe très plastique avec une capacité de régénération très importante. Les effets sur les étapes de l’organogénèse et sur l’inhibition de la régénération confirment l’hypothèse du rôle majeur et limitant de la méthionine synthase dans la régulation du cycle cellulaire. Le modèle d’invalidation au niveau du cerveau confirme le rôle très important de la voie de reméthylation de l’homocystéine catalysée par la méthionine synthase, rôle qui a déjà été illustré par d’autres travaux sur les rats carencés en donneur de méthyle et sur la souris transgénique KO cd320 / The enzyme methionine synthase (MTR) catalyzes the remethylation of homocysteine to methionine, the precursor of the methyl donor S-universal Adenosylmethionine (SAM), involved in epigenetic regulation mechanisms. We generated mouse models with conditional invalidation of the mtr gene in a constitutive or inducible manner to delete the gene expression specifically in the liver and brain. Constitutive invalidation during embryonic life is not sustainable when targeted to the liver, suggesting a limiting role of methionine synthase in early organogenesis and probably on cell proliferation. We performed hepatectomy to study regeneration-related effects on the cellular stress and found dramatic effects on cell proliferation through altered expression and activation of cyclins. The constitutive model in brain highlighted the behavioral anomalies related to a loss of learning and memory. This suggested major effects in the hippocampus. Overall, our findings highlighted the specific effects of the invalidation of methionine synthase in both organs. The liver is a plastic member with a very high regenerative capacity. The effects on organogenesis and inhibition of regeneration confirm the hypothesis for a major role of methionine synthase in cell cycle regulation. The invalidation model in the brain confirms the important role of the remethylation pathway catalysed by methionine synthase, a role which has been shown by other studies in rats deprived in methyl donors and in cd320 KO transgenic mice

Le stress oxydatif joue un rôle prépondérant en tant que messager secondaire dans la régulation de nombreux processus cellulaires tels que l’apoptose, la survie et la prolifération et serait impliqué dans l’ensemble des étapes de la carcinogenèse pulmonaire. L’activité physique et la nutrition sont deux facteurs pouvant moduler le stress oxydatif et les mécanismes associés. La bétaïne et la C-Phycocyanine sont deux micronutriments reconnus pour avoir des effets antioxydants, anti-inflammatoires et antiprolifératifs. Récemment notre équipe a montré in vitro qu’un traitement en bétaïne et/ou la C-phycocyanine diminuait la viabilité des cellules A549 (carcinome pulmonaire). L’objectif général de ce travail de thèse était d’évaluer l’effet de facteurs nutritionnels (bétaïne, C-PC ou activité physique) sur la croissance tumorale de cellules A549 implantées chez le rat Nude et de déterminer les mécanismes sous-jacents. Dans un premier temps, nous avons étudié l’effet d’une supplémentation nutritionnelle (bétaïne ou C-phycocyanine) associée ou non à la pratique d’une activité physique volontaire (roue d’activité) sur l’équilibre redox et l’inflammation, chez des rats sains. Nous avons montré que la bétaïne et la C-phycocyanine augmentaient les défenses antioxydantes tandis que l’activité physique volontaire n’avait pas d’effet si elle n’était pas couplée à une supplémentation. Nous avons également mis en évidence que C-phycocyanine inhibait l’augmentation de Cox-2 musculaire induite par l’activité physique. Dans un second temps, nous avons étudié l’effet de la bétaïne et/ou la C-Phycocyanine sur la croissance des cellules A549 implantées chez des rats Nude. Nous avons montré que ces deux micronutriments associés ou non ralentissaient la croissance des tumeurs pulmonaires, au travers de mécanismes communs (activation de NF-kappaB, augmentation de la peroxydation lipidique et de l’expression de cytokine pro-inflammatoire (IL-1-beta, Cox-2 et TNF-alpha) au sein de la tumeur) et de mécanismes propres à chaque micronutriment. La C-phycocyanine a induit une diminution du ratio AKT phosphorylé / AKT total et une augmentation du ratio p38 phosphorylé / p38 total, mécanisme en faveur de l’apoptose et de l’autophagie. La bétaïne associée à la C-phycocyanine a augmenté le ratio caspase-3 / pro-caspase-3. Dans un dernier temps, nous avons évalué l’effet de l’activité physique volontaire sur la croissance tumorale des cellules A549 implantées chez des rats Nude. Nous avons mis en évidence que l’activité physique volontaire ralentissait la croissance des tumeurs pulmonaires induites, sans différence significative avec la bétaïne et/ou la C-phycocyanine. Il apparait que l’augmentation de la peroxydation lipidique, l’activation de la MAPK p38 et de NF-kappaB, et l’inhibition d’AKT, favorisant la mort cellulaire soient impliquées dans cette diminution tumorale. Un régime enrichi en bétaïne et/ou C-phycocyanine ralentit la croissance cellulaire d’adénocarcinome pulmonaire implanté chez le rat, suggérant leur intérêt dans l’action anti-carcinogène pulmonaire. L’activité physique semble jouer sur les mêmes mécanismes. Nos résultats méritent d’être confirmés par des protocoles à plus large échelle et suggèrent de possibles applications chez des patients porteurs de tumeurs pulmonaires. / Oxidative stress seems to play a crucial role as a secondary messenger in the regulation of several cellular processes such as apoptosis, survival and proliferation, and could be involved in all steps of the lung carcinogenesis (i.e. initiation, promotion and progression). Physical activity and nutrition are two factors able to modulate oxidative stress and associated mechanisms. Betaine and C-phycocyanin are two known micronutrients having antioxidant, anti-inflammatory and anti-proliferative effects. Previously, our team showed that betaine and/or C-phycocyanin treatment decreased the viability of A549 cells in vitro (pulmonary adenocarcinoma cell line). The main objective of this work was to evaluate the effect of nutritional factors (betaine, C-phycocyanin) or physical activity on growth of implanted A549 cells in Nude rats and to determine underlying mechanisms.Firstly, we studied the effect of nutritional supplementation (betaine or C-phycocyanin) combined or not with voluntary physical activity (wheel running) on redox balance and inflammation in healthy rats. We showed that betaine and C-phycocyanin increased antioxidant defenses, whereas voluntary physical activity did not have an effect when it was not associated with micronutrient supplementation. We also observed that C-phycocyanin inhibited physical activity-induced muscle Cox-2 activity increase.Secondly, we studied the effect of betaine and/or C-phycocyanin on growth of implanted A549 cells in Nude rats. We showed that these two micronutrients, whether associated or supplied separately, slowed down the lung tumour growth through similar mechanisms (NF-kappaB activation and increase of lipid peroxidation and expression of pro-inflammatory cytokines (IL-1beta, Cox-2 et TNF-alpha) in tumour). Also, some mechanisms were specific for each micronutrient or their combination. C-phycocyanin induced a decrease of phosphorylated AKT / total AKT ratio, and an increase of phosphorylated p38 / total p38 ratio, both mechanisms promoting apoptosis and autophagy. On the other hand, betaine associated with C-phycocyanin increased caspase-3 / pro-caspase-3 ratio.Finally, we studied the effect of voluntary physical activity on growth of implanted A549 cells in Nude rats. We showed that voluntary physical activity slowed down the lung tumour growth, without significant difference if animals were supplied with betaine or/and C-phycocyanin. It seems that the increase of lipid peroxidation, NF-kappaB and p38 activation, and AKT inhibition, all having a role in promotion of a cell death, are responsible for the tumour growth slowdown following the physical activity. In conclusion, diet enriched with betaine or/and C-phycocyanin slows down the growth of pulmonary adenocarcinoma cells implanted in rats, suggesting their interest in anti-cancer activity. Physical activity seems to act on similar mechanisms as these micronutrients. Our results have to be confirmed with further studies, but are already suggesting a potential application in lung cancer patients.

La Broncho-Pneumopathie Chronique Obstructive (BPCO) est caractérisée par une destruction du parenchyme pulmonaire, une obstruction des voies aériennes et une réponse inflammatoire anormale en réponse à un stress oxydant chronique lié au tabagisme. L’incidence accrue de la maladie chez les personnes âgées fait postuler que la sénescence cellulaire pourrait contribuer à la pathogenèse de la maladie. Une augmentation des marqueurs de stress oxydant et de sénescence est détectée dans le poumon des patients atteints de BCPO, associée à une diminution des lymphocytes T régulateurs (Treg : CD4+CD25highCD127-/low) et une augmentation d’une sous-population pro-inflammatoire Th17 (Th17 : CD45RO+CCR6+) parmi les lymphocytes T conventionnels (Tconv : CD4+CD127+) pulmonaires, alors que la fréquence des Treg est augmentée en périphérie. Différents marqueurs d’immunosénescence sont présents dans le sang périphérique des patients atteints de BPCO : raccourcissement des télomères des leucocytes, augmentation de la fréquence des lymphocytes T sénescents CD8+CD28- et CD4+CD28- ainsi que des CD4+CD57+. Cependant, le rôle causal d’une altération de la réponse au stress oxydant dans les anomalies et la sénescence des cellules immunes associées à la BPCO n’est pas établi / The Chronic obstructive pulmonary disease ( BPCO) is characterized by a destruction of the lung parenchyme, an obstruction of air traffics and an abnormal inflammatory answer in answer to an oxidizing stress chronicles smoking-related. The greater incidence of the disease at the elderly makes postulate(apply) that the cellular senescence could contribute to the pathogenesis of the disease

Le benzo-a-pyrène (BaP) est un hydrocarbure aromatique polycyclique (HAP) cancérogène pour l’homme, qui contamine toutes les sphères de notre environnement. Son métabolite, le BaP-7,8-diol-9,10-époxyde (BPDE) est considéré comme son cancérogène ultime. Le BPDE se lie à l’ADN, formant des adduits qui doivent être réparés et qui seraient responsables des dommages à l’ADN et de la cancérogenèse induite par le BaP. Les adduits BPDE-ADN et les dommages à l’ADN (bris simple-brin [BSB] à l’ADN, aberrations chromosomiques [AC], échanges entre chromatides-sœurs [ÉCS] et micronoyaux [MN]) ont été mesurés dans les lymphocytes humains exposés à de faibles concentrations de BaP, provenant de jeunes volontaires non-fumeurs et en santé. Suite à l’exposition au BaP, le niveau d’adduits BPDE-ADN et la fréquence des AC et des MN augmentent significativement, puis diminuent aux concentrations les plus élevées de BaP testées, suggérant une induction du métabolisme de phase II du BaP. Lors de la mesure des ÉCS, nous obtenons une courbe dose-réponse linéaire, indiquant la production d’un autre type de lésions devant être réparées par le système de réparation par recombinaison homologue. Ces lésions pourraient être des bris à l’ADN ou des bases oxydées (8-OH-dG), ce qui est suggéré par l’analyse des corrélations existant entre nos biomarqueurs. Par ailleurs, la comparaison de la courbe dose-réponse des hommes et des femmes montre que des différences existent entre les sexes. Ainsi, les ÉCS, les AC et les MN sont significativement augmentés chez les hommes à la plus faible concentration de BaP, alors que chez les femmes cette augmentation, quoique présente, est non significative. Des différences interindividuelles sont également observées et sont plus importantes pour les adduits BPDE-ADN, les MN et les AC, alors que pour les ÉCS elles sont minimes. Les analyses statistiques effectuées ont permis d’établir que quatre facteurs (niveau d’exposition au BaP, adduits BPDE-ADN, fréquence des AC et nombre de MN par cellule micronucléée) expliquent jusqu’à 59 % de la variabilité observée dans le test des ÉCS, alors qu’aucun facteur significatif n’a pu être identifié dans le test des AC et des MN. L’analyse du mécanisme de formation de nos biomarqueurs précoces permet de suggérer que les bris à l’ADN et les bases oxydées devraient être classées comme biomarqueurs de dose biologique efficace, au sein des biomarqueurs d’exposition, dans le continuum exposition-maladie du BaP, étant donné qu’ils causent la formation des biomarqueurs de génotoxicité (ÉCS, AC et MN). Par ailleurs, le test des AC et des MN ont permis de confirmer l’action clastogénique du BaP en plus de mettre en évidence des effets aneugènes affectant surtout la ségrégation des chromosomes lors de la division cellulaire. Ces effets aneugènes, reliés à l’étape de progression dans la cancérogenèse, pourraient être particulièrement importants puisque l’exposition au BaP et aux HAP est chronique et dure plusieurs années, voire des décennies. La compréhension des mécanismes régissant la formation des biomarqueurs étudiés dans cette étude, ainsi que des relations existant entre eux, peut être appliquée à de nombreux contaminants connus et émergents de notre environnement et contribuer à en évaluer le mode d’action. / Benzo-a-pyrene (BaP) is a polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) classified as carcinogenic to human, and is present throughout our environment. Metabolic activation of BaP leads to production of BaP-7,8-diol-9,10-epoxide (BPDE), considered as its ultimate carcinogenic metabolite. BPDE can bind to DNA, forming BPDE-DNA adducts at the origin of BaP-induced DNA damage and carcinogenesis. BPDE-DNA adducts and DNA damages (DNA single-strand breaks [SSBs], chromosomal aberrations [CAs], sister chromatid exchanges [SCEs] and micronuclei [MNs]) are measured in human lymphocytes exposed to low BaP concentrations, taken from non-smoking healthy young subjects. Following BaP exposure, BPDE-DNA adduct levels, as well as CA and MN frequencies raise significantly, and then decrease to the higher BaP concentrations tested, suggesting metabolic enzyme saturation or induction of BaP phase II metabolism. As for SCEs test, a linear dose response curve is obtained, suggesting that production of additional DNA lesions requiring homologous recombination repair may occur. These lesions could be DNA breaks or oxidized DNA bases (8-OH-dG), as indicated by correlation analysis performed between our biomarkers. Additionally, when comparing the dose-response curves for men and women separately, some differences show up. Indeed, SCEs, CAs, and MNs are significantly increased in men at the lowest BaP concentration tested, while in women, this increase is present but not significant. Interindividual differences are also present and are more considerable for BPDE-DNA adducts, MNs and CAs, whereas they are very low for SCEs. Statistical analysis showed that four factors (BaP exposure level, BPDE-DNA adducts, CA frequency and number of MN per micronucleated cell) significantly explained up to 59 % of observed variability in SCE test, while no such factors could explain the observed variability in CA and MN test. Following analysis of mechanisms underlying the formation of early biomarkers, we suggest a modification of the Exposure-Disease Continuum of BaP. We propose that DNA breaks and oxidized DNA bases should be classified as biomarkers of biologically effective dose (part of the exposure biomarkers), as their presence are at origin of early biomarkers of genotoxicity (SCEs, CAs and MNs). On the other hand, CA and MN tests confirmed clastogenic properties of BaP, and highlighted aneugenic effects influencing mostly chromosome segregation during cell division. These aneugenic effects, linked to the progression step of carcinogenesis, could be of particular importance given that exposure to BaP and other PAHs (smoking, occupational exposure) are chronic and may last for decades. Understanding the mechanisms playing a role in early biomarkers formation, as well as the relations existing between them, can be largely applied in our environment to many known and emerging contaminants, thus contributing to characterize their mode of action.

Le benzo-a-pyrène (BaP) est un hydrocarbure aromatique polycyclique (HAP) cancérogène pour l’homme, qui contamine toutes les sphères de notre environnement. Son métabolite, le BaP-7,8-diol-9,10-époxyde (BPDE) est considéré comme son cancérogène ultime. Le BPDE se lie à l’ADN, formant des adduits qui doivent être réparés et qui seraient responsables des dommages à l’ADN et de la cancérogenèse induite par le BaP. Les adduits BPDE-ADN et les dommages à l’ADN (bris simple-brin [BSB] à l’ADN, aberrations chromosomiques [AC], échanges entre chromatides-sœurs [ÉCS] et micronoyaux [MN]) ont été mesurés dans les lymphocytes humains exposés à de faibles concentrations de BaP, provenant de jeunes volontaires non-fumeurs et en santé. Suite à l’exposition au BaP, le niveau d’adduits BPDE-ADN et la fréquence des AC et des MN augmentent significativement, puis diminuent aux concentrations les plus élevées de BaP testées, suggérant une induction du métabolisme de phase II du BaP. Lors de la mesure des ÉCS, nous obtenons une courbe dose-réponse linéaire, indiquant la production d’un autre type de lésions devant être réparées par le système de réparation par recombinaison homologue. Ces lésions pourraient être des bris à l’ADN ou des bases oxydées (8-OH-dG), ce qui est suggéré par l’analyse des corrélations existant entre nos biomarqueurs. Par ailleurs, la comparaison de la courbe dose-réponse des hommes et des femmes montre que des différences existent entre les sexes. Ainsi, les ÉCS, les AC et les MN sont significativement augmentés chez les hommes à la plus faible concentration de BaP, alors que chez les femmes cette augmentation, quoique présente, est non significative. Des différences interindividuelles sont également observées et sont plus importantes pour les adduits BPDE-ADN, les MN et les AC, alors que pour les ÉCS elles sont minimes. Les analyses statistiques effectuées ont permis d’établir que quatre facteurs (niveau d’exposition au BaP, adduits BPDE-ADN, fréquence des AC et nombre de MN par cellule micronucléée) expliquent jusqu’à 59 % de la variabilité observée dans le test des ÉCS, alors qu’aucun facteur significatif n’a pu être identifié dans le test des AC et des MN. L’analyse du mécanisme de formation de nos biomarqueurs précoces permet de suggérer que les bris à l’ADN et les bases oxydées devraient être classées comme biomarqueurs de dose biologique efficace, au sein des biomarqueurs d’exposition, dans le continuum exposition-maladie du BaP, étant donné qu’ils causent la formation des biomarqueurs de génotoxicité (ÉCS, AC et MN). Par ailleurs, le test des AC et des MN ont permis de confirmer l’action clastogénique du BaP en plus de mettre en évidence des effets aneugènes affectant surtout la ségrégation des chromosomes lors de la division cellulaire. Ces effets aneugènes, reliés à l’étape de progression dans la cancérogenèse, pourraient être particulièrement importants puisque l’exposition au BaP et aux HAP est chronique et dure plusieurs années, voire des décennies. La compréhension des mécanismes régissant la formation des biomarqueurs étudiés dans cette étude, ainsi que des relations existant entre eux, peut être appliquée à de nombreux contaminants connus et émergents de notre environnement et contribuer à en évaluer le mode d’action. / Benzo-a-pyrene (BaP) is a polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) classified as carcinogenic to human, and is present throughout our environment. Metabolic activation of BaP leads to production of BaP-7,8-diol-9,10-epoxide (BPDE), considered as its ultimate carcinogenic metabolite. BPDE can bind to DNA, forming BPDE-DNA adducts at the origin of BaP-induced DNA damage and carcinogenesis. BPDE-DNA adducts and DNA damages (DNA single-strand breaks [SSBs], chromosomal aberrations [CAs], sister chromatid exchanges [SCEs] and micronuclei [MNs]) are measured in human lymphocytes exposed to low BaP concentrations, taken from non-smoking healthy young subjects. Following BaP exposure, BPDE-DNA adduct levels, as well as CA and MN frequencies raise significantly, and then decrease to the higher BaP concentrations tested, suggesting metabolic enzyme saturation or induction of BaP phase II metabolism. As for SCEs test, a linear dose response curve is obtained, suggesting that production of additional DNA lesions requiring homologous recombination repair may occur. These lesions could be DNA breaks or oxidized DNA bases (8-OH-dG), as indicated by correlation analysis performed between our biomarkers. Additionally, when comparing the dose-response curves for men and women separately, some differences show up. Indeed, SCEs, CAs, and MNs are significantly increased in men at the lowest BaP concentration tested, while in women, this increase is present but not significant. Interindividual differences are also present and are more considerable for BPDE-DNA adducts, MNs and CAs, whereas they are very low for SCEs. Statistical analysis showed that four factors (BaP exposure level, BPDE-DNA adducts, CA frequency and number of MN per micronucleated cell) significantly explained up to 59 % of observed variability in SCE test, while no such factors could explain the observed variability in CA and MN test. Following analysis of mechanisms underlying the formation of early biomarkers, we suggest a modification of the Exposure-Disease Continuum of BaP. We propose that DNA breaks and oxidized DNA bases should be classified as biomarkers of biologically effective dose (part of the exposure biomarkers), as their presence are at origin of early biomarkers of genotoxicity (SCEs, CAs and MNs). On the other hand, CA and MN tests confirmed clastogenic properties of BaP, and highlighted aneugenic effects influencing mostly chromosome segregation during cell division. These aneugenic effects, linked to the progression step of carcinogenesis, could be of particular importance given that exposure to BaP and other PAHs (smoking, occupational exposure) are chronic and may last for decades. Understanding the mechanisms playing a role in early biomarkers formation, as well as the relations existing between them, can be largely applied in our environment to many known and emerging contaminants, thus contributing to characterize their mode of action.

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