Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / L'omniprésence des polluants organiques persistants (POPs) dans l'environnement est due à leurs capacités à résister à la biodégradation et à se déplacer sur de grandes distances. Les POPs, dont plusieurs sont reconnus comme des perturbateurs endocriniens, sont prédominants dans l'Arctique canadien et les communautés qui y vivent présentent une plus faible espérance de vie et plus d'issues défavorables à la grossesse. Bien que de nombreux facteurs contribuent à ces observations sur la natalité et l'espérance de vie, l'exposition à ces contaminants peut jouer un rôle. La première hypothèse de cette thèse est donc qu'une exposition prénatale du père à des POPs provoque chez sa descendance des conséquences fœtales et placentaires pouvant persister jusqu'à l'âge adulte, et ce, sur plusieurs générations d'une lignée paternelle. C'est à la recherche d'une solution nutritionnelle que l'acide folique s'est retrouvé au cœur de notre seconde hypothèse, qui soutient qu'en raison de son action de donneur de groupements méthyles, une supplémentation maternelle en acide folique, correspondant à ce que les femmes en période périconceptionnelle consomment, est en mesure de contrer les impacts délétères des POPs sur la santé de plusieurs générations. Ces hypothèses ont été explorées à l'aide de quatre générations de rats, où des femelles fondatrices (F0) ont été divisées en quatre groupes de traitement. Elles ont alors été exposées à de l'huile de maïs ou un mélange de POPs représentatif de l'environnement arctique et nourries avec une diète contenant un apport suffisant ou supplémenté en acide folique avant l'accouplement et jusqu'à la naissance des ratons F1. À chaque génération, les fœtus et les placentas ont été évalués juste avant terme. Le ratio du poids du fœtus sur le poids du placenta, correspondant à l'efficacité placentaire, a été diminué en F1 et F2 en raison des POPs, alors qu'il a augmenté en F3 et F4. De plus, les POPs ont entraîné une réduction de la longueur de certains os longs des fœtus en F1 et F2, mais l'a augmenté en F4. L'histomorphométrie placentaire révèle des changements dans le labyrinthe et la zone basale du placenta en F1 et F2 seulement, indiquant un potentiel mécanisme compensatoire. À l'âge adulte, les POPs ont augmenté le poids des reins et du cerveau en F1, et ce dernier était plus faible en F2. La supplémentation en acide folique n'a eu que peu ou pas d'effets bénéfiques pour contrecarrer les POPs. Cependant, son action seule a montré certaines anomalies fœtales, telles que des omphalocèles ou des hydrocéphalies, à des incidences supérieures à ce qui est attendu normalement. Ces résultats confirment que les POPs sont capables d'affecter la santé développementale de plusieurs générations d'une lignée de rats mâles et que l'acide folique n'est pas l'alternative nutritionnelle espérée pour contrer leurs actions. / The ubiquity of persistent organic pollutants (POPs) in the environment is due to their ability to resist biodegradation and move over long distances. POPs, many of which are known to be endocrine disruptors, are particularly prevalent in the Canadian Arctic, and communities living there present a lower life expectancies and more adverse pregnancy outcomes. Many factors can influence birth outcomes and longevity; however, exposure to POPs may be a contributing factor. The first hypothesis of this thesis is therefore that a prenatal exposure of the father to POPs causes fetal and placental consequences in his offspring, which can persist until adulthood, and this, over several generations of a paternal lineage. It was in search of a nutritional solution that folic acid found itself at the heart of our second hypothesis, which states that because of its action as a donor of methyl groups, maternal supplementation with folic acid is able to counter the deleterious impacts of POPs on the health of several generations. These hypotheses were explored using four generations of rats, where founder females (F0) were divided into four treatment groups. These females were then exposed to corn oil or a mixture of POPs representative of the Arctic environment and fed either with a diet containing a sufficient or supplemented folic acid intake, before mating and until the birth of the F1 litters. At each generation, the fetuses and placentas were evaluated just before term. The fetal weight to placental weight ratio, associated with placental efficiency, was reduced in F1 and F2 due to POPs, whereas it was increased in F3 and F4. In addition, POPs reduced the length of some fetal long bones in F1 and F2 but increased it in F4. Placental histomorphometry revealed changes in placental areas (labyrinth and basal zone) in F1 and F2 only, indicating a potential compensatory mechanism. In adulthood, POPs increased kidney and brain weight in F1, and the latter was lower in F2. Folic acid supplementation had little or no beneficial effects in counteracting POPs consequences. However, supplementation with folic acid alone was associated with certain fetal abnormalities, such as omphaloceles or hydrocephalus, at incidences that were higher than normally expected. These results confirm that POPs are capable of affecting the developmental health of several generations of a male lineage in rats and that folic acid is not the hoped-for nutritional alternative to counter their actions.

Thèse de doctorat : Structure et Dynamique des Systèmes réactifs : Lille 1 : 2003. / N° d'ordre (Lille) : 3339. Résumé en français et en anglais. Bibliogr. p. 134-147.

Cette thèse porte sur l'étude des caractéristiques réactives de la matière organique résiduelle (ROM) présente dans l'eau potable circulant dans un réseau de distribution. Le cas à l'étude est l'eau distribuée dans un réseau d'aqueduc de la Ville de Québec (Canada). La thèse est divisée en quatre volets. Le premier fait une revue de la littérature sur les origines de la matière organique naturelle (NOM), sur l'impact des conditions environnementales d'un écosystème lacustre, sur ses caractéristiques et son devenir tout au long de la filière de production d'eau potable. Elle fait également état des mécanismes et des processus pouvant affecter le devenir de la ROM lors de son séjour dans le réseau de distribution. Le second volet s'intéresse au portrait des caractéristiques réactives de la ROM en fonction de ses fractions constitutives. Il met en perspective l'impact des conditions opérationnelles sur les propriétés de la ROM. Les résultats démontrent que les différentes fractions constituant la ROM ont des caractéristiques réactives qui leur sont propres. Il s'avère que le regroupement de ces fractions engendre un effet de compétition entre elles, lorsque la ROM réagit avec le chlore. Les réactions qui se produisent en l'absence de compétition montrent que la matière organique hydrophile est un précurseur important de sous-produits de la désinfection. Le troisième volet traite de l'impact des saisons sur les caractéristiques réactives des fractions de la ROM dans l'eau de l'extrémité du réseau de distribution, selon les conditions de chloration, et sur les caractéristiques de la NOM ainsi que sur la capacité de la filière de traitement d'abattre celle-ci. Ainsi, on observe que la ROM présente à l'extrémité du réseau d'aqueduc présente un maximum de réactivité à l'automne et au printemps et un minimum de réactivité en été et en hiver. Le dernier volet présente l'évolution de la réactivité de la ROM dans le réseau. Plus spécifiquement, il vérifie l'impact du temps de séjour sur les caractéristiques réactives de la ROM. Les résultats présentés confirment que toutes les fractions de la ROM de la ROM. Les résultats présentés confirment que toutes les fractions de la ROM possèdent encore de bonnes habiletés à produire des sous-produits de la chloration et qu'elles sont peu ou pas affectées par le temps de séjour de l'eau à l'intérieur du réseau de distribution, et ce, comparativement à l'impact que peut avoir la post-chloration. / This thesis presents a study of the reactive characteristics of the remaining organic matter (ROM) found in water distribution systems. The case under study is the main distribution system of Quebec City. The thesis is divided into four chapters. The first one is a literature review on the origin of natural organic matter (NOM), the impact of the lacustrian environmental conditions on NOM characteristics and the fate of NOM within the water treatment process. This review also highlights the mechanisms and the processes that may impact ROM fate into the pipes. The second chapter focuses on the portrait of ROM reactivity on the basis of its constitutive fractions (e.g. hydrophobic, transphilic and hydrophilic). This portrait emphasizes how operational conditions, such as pH and applied chlorine dose, may impact characteristics of ROM and its fractions. The collected data show that ROM fractions have specific reactivity of their own. The gathering of ROM fractions leads to competitive reactions while ROM is reacting with chlorine.. In the absence of these competitive reactions, the results show that ROM hydrophilic fraction is a major disinfection by-product precursor. The third chapter investigates the seasonal portrait, through fractionation and variable chlorination conditions, of the NOM reactivity at the end of the distribution system. It highlights the impact of the seasons on NOM characteristics and on the efficiency of the treatment process. The results show that the ROM within the distribution system exhibits a higher reactivity during Fall and Spring, than during Summer and Winter. Furthermore, each ROM fraction has a specific seasonal reactivity pattern according to the chlorination conditions. The last chapter studies the evolution of ROM characteristics along the water distribution system. More specifically, the fourth chapter evaluates the impact of water residence time on the ROM reactivity. According to the collected data, ROM still has the ability to generate disinfection byproducts, regardless of the location in the distribution system. Furthermore, compared to the impact of post-chlorination on ROM reactivity, this ability does not appear to be affected in a significant way by the water residence time in the distribution system.

Mémoire (M.P.Aquat.)--Université du Québec à Chicoutimi, 1990. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

La photodégradation de l'herbicide 2,4-D (acide 2,4-dichlorophénoxyacétique) et de son principal photoproduit (2,4-DCP) en présence de trois complexes Fe(III)-carboxylate (citrate, pyruvate, tartrate) a été étudiée. Les rendements quantiques de disparition du 2,4-D augmentent dans cet ordre : Fe(III)-TAr < Fe(III)-Cit < Fe(OH)2+ < Fe(III)-Pyr. Le même mécanisme de dégradation du 2,4-D est observé pour les trois complexes de fer et correspond à celui déjà décrit avec des processus généraux de radicaux hydroxyle. Le 2,4-D est dégradé sélectivement en 2,4-DCP, qui après formation de différents photoproduits peut être minéralisé complètement en H2O, Cl- et CO2. La formation de radicaux hydroxyles, obtenue sous irradiation des solutions de complexes Fe(III)-carboxylate a été confirmée par spectroscopie RPE. Ce travail montre que la présence de complexes Fe(III)-carboxylate peut avoir un impact considérable sur le devenir de polluants organiques présents dans les compartiments aquatiques naturels.

Les polluants organiques persistants (POPs) sont des composés toxiques et très résistants à la dégradation qui sont transportés par l’air et les courants marins jusqu’en Arctique. Ainsi, les populations inuites de ces régions sont directement exposées aux POPs dont la présence est croissante dans la chaîne alimentaire de l’Arctique. On observe en parallèle une augmentation de la prévalence du diabète de type (DT2) chez ces populations durant les dernières décennies. De plus, une exposition prénatale aux POPs serait associée à l’apparition de désordres métaboliques chez la descendance. À titre de donneur de groupements méthyles, l’acide folique (AF) pourrait limiter les effets délétères des POPs. L’objectif général de cette thèse est de déterminer si la supplémentation en AF de la diète des mères avant et pendant la gestation peut contrecarrer les effets de l’exposition prénatale aux POPs sur l’homéostasie du glucose, la réponse lipidique et la réponse inflammatoire chez une lignée de rats mâles via la transmission paternelle. Afin de rencontrer cet objectif, nous avons reproduit une exposition prénatale des mâles en utilisant un modèle de rat à trois générations. Des femelles Sprague-Dawley (F0) ont été exposées à un mélange de POPs (ou huile de maïs), +/- une diète supplémentée en AF avant et durant la gestation soit un total de neuf semaines. Les mâles F1 et F2 ont été accouplés avec des femelles non traitées. Chez les mâles F1, l’exposition prénatale aux POPs provoque une hausse de la glycémie à jeun et du C-peptide plasmatique, biomarqueur de la sécrétion d’insuline, ainsi qu’une élévation des niveaux de triglycérides hépatiques et de cholestérol plasmatique et hépatique. Les mâles F2 issus de la lignée traitée aux POPs manifestent également une hausse du C-peptide plasmatique. Par ailleurs, la supplémentation prénatale en AF provoque une diminution du C-peptide et du cholestérol plasmatique chez les mâles F1. Chez les mâles F3, la supplémentation en AF contrecarre la hausse de C-peptide induite par les POPs indiquant une normalisation de la sécrétion d’insuline. Les traitements n’ont pas montré de différence sur la réponse inflammatoire des mâles F1, F2 et F3. En conclusion, nos travaux montrent qu’une exposition prénatale aux POPs peut entraîner l’apparition de désordres cardiométaboliques jusqu’à la troisième génération de rats mâles via la transmission paternelle. La supplémentation prénatale en AF contrecarre partiellement les effets délétères des POPs sur la sécrétion d’insuline. / Persistent organic pollutants (POPs) are toxic compounds, highly resistant to degradation which are transported by atmospheric and ocean currents up to the Arctic. As a result, Inuit people are directly exposed to POPs through the contamination of the Arctic food chain. On the other hand, the prevalence of type-2 diabetes (T2D) has dramatically increased in this population during the last decades. In addition, prenatal exposure to POPs is associated with the onset of metabolic disorders in offspring later life. As a methyl group donor, folic acid (FA) may limit the deleterious effects of POPs. The general objective of this thesis is to determine whether FA supplementation of dams’ diet before and during pregnancy can overcome the effects of prenatal exposure to POPs, on glucose homeostasis, lipid response and inflammatory response in three generations of male descendants via paternal transmission in a rat model. To achieve our objectives, we reproduced a prenatal paternal exposure, using a three-generation rat model. Sprague-Dawley females (F0) were exposed to a POPs mixture (or corn oil), +/- FA supplementation through the diet before and during gestation for a total of nine weeks. F1 and F2 males were mated with untreated females. In F1 males, prenatal POPs exposure increased fasting glucose and C-peptide levels, which is a biomarker of insulin secretion, as well as hepatic triglyceride and plasma and hepatic cholesterol levels. F2 males from the POPs-treated lineage also showed higher plasma Cpeptide levels. Prenatal FA supplementation lowered plasma C-peptide and plasma cholesterol levels in F1 males. In F3 males, FA supplementation counteracted the POPsinduced higher C-peptide levels indicating normalization of insulin secretion. No differences in the inflammatory response of F1, F2 and F3 males were observed following POPs exposure or FA supplementation. In conclusion, our work shows that prenatal POPs exposure can lead to the onset of cardiometabolic disorders up to the F3 generation of male rats via paternal transmission. Prenatal FA supplementation can partially counteract the deleterious POPs effects, particularly on insulin secretion.

Les polluants organiques persistants (POPs) sont très préoccupants dans les écosystèmes arctiques car ils sont résistants à la dégradation, semi-volatils et lipophiles. En raison des courants océaniques et atmosphériques naturels, l'Arctique est constamment contaminé par des POPs. Une fois dans l'Arctique, les POPs affectent non seulement la faune (par exemple les ours polaires), mais aussi la population autochtone, en particulier en raison de leur dépendance à leur régime alimentaire traditionnel. De multiples disparités de santé sont liées aux POPs, il n'est donc pas surprenant qu'il existe de grandes différences de santé entre les Canadiens autochtones et non autochtones. À l'échelle moléculaire, les POPs ont été associés à des changements épigénétiques suite à une exposition in utero et adulte. L'hérédité épigénétique paternelle a été décrite dans des cohortes humaines et des modèles animaux allant du ver à la souris. L'exposition aux contaminants environnementaux au cours des moments clés du développement a été corrélée avec des changements physiologiques chez la progéniture future qui s'étendent souvent sur plusieurs générations. Malgré ces observations, les mécanismes moléculaires sous-jacents de l'hérédité non génétique (épigénétique) restent inconnus. Ici, nous émettons l'hypothèse que l'exposition in utero à un mélange de POPs représentatif de l'environnement induit des épimutations dans la lignée germinale paternelle qui sont ensuite transmises à travers la lignée paternelle compromettant ainsi le développement embryonnaire précoce sur plusieurs générations (non) exposées. Nous émettons en outre l'hypothèse qu'une intervention nutritionnelle, utilisant une supplémentation en acide folique alimentaire (vitamine B9), atténue et / ou réduit les épimutations spermatiques induites parles POPs et les phénotypes embryonnaires précoces générationnels associés. Pour tester ces hypothèses, les rates Sprague-Dawley fondatrices (F0) ont été gavées avec un mélange de POPs représentatif de l'environnement (500 μg de BPCs plus les autres POPs / kg de poids corporel) ou de l'huile de maïs et ont reçu un régime d'acide folique 1X ou 3X représentant l'apport des aliments enrichis ± prise d'une multivitamine. Les traitements ont été administrés cinq semaines avant la reproduction et jusqu'à la mise bas. Seules les femelles fondatrices F0 ont été directement exposées au mélange de POPs et / ou au régime d'acide folique 3X. Les descendants F1-F4 suivants ont reçu un régime d'acide folique 1X. À 90 jours, les mâles F1 ont été reproduits avec des femelles non traitées pour obtenir les portées F2. Similairement, les descendants des générations F3 et F4 ont été générés. Pour chaque génération, les spermatozoïdes des mâles (âgés de 150 jours) ont été prélevés et des embryons au stade deux cellules ont été collectés des femelles. Cette thèse démontre que de multiples mécanismes épigénétiques spermatiques, à savoir les miARN, la méthylation de l'ADN et la marque d'histone H3K4me3, sont significativement affectés par l'exposition in utero aux POPs et sont partiellement sauvés par la supplémentation en acide folique de manière inter- (F1, F2) et parfois transgénérationnelle (F3, F4). Bien que la lignée paternelle F3 n'ait pas montré de paramètres spermatiques altérés, elle a produit les pires résultats de grossesse par rapport à toutes les autres générations. Ceci est particulièrement intéressant car l'expression des gènes des embryons à deux cellules F4 a révélé le plus grand nombre de gènes exprimés différentiellement en raison de tous les traitements. Ces altérations précoces du développement pourraient être le fondement de résultats phénotypiques défavorables ultérieurs. En plus de ce qui précède, dans un chapitre complémentaire, nous démontrons que l'exposition aux POPs environnementaux est associée à l'expression du gène du tissu adipeux de la mère ours polaire sauvage et de ses oursons. Ceci peut être lié à un dysfonctionnement métabolique, mettant ainsi en évidence les différences physiologiques de réponse entre les adultes et leurs petits. Les résultats de cette thèse servent de preuves pour des concepts essentiels qui ont des implications majeures pour les populations humaines et fauniques. / Paternal epigenetic inheritance has been described in human cohorts and animal models ranging from worm to mouse. Exposure to environmental contaminants during key developmental time points has been correlated with physiological changes in future offspring that oftentimes last over multiple generations. Despite these observations, the underlying molecular mechanisms of nongenetic (epigenetic) inheritance remain unknown. Persistent organic pollutants (POPs) are of great concern in Arctic ecosystems as they are resistant to degradation, semi-volatile and lipophilic. Due to naturally-occurring ocean and atmospheric currents, the Arctic is persistently contaminated with POPs. Once in the Arctic, POPs affect wildlife (e.g. polar bears) and also the Indigenous human population particularly through their reliance on the traditional diet. Multiple adverse health outcomes are related to POPs, and an increasing body of evidence showed big health discrepancies between Indigenous and non-Indigenous Canadians. On a molecular scale, POPs cause epigenetic changes following in utero and adult exposure. Here we hypothesize that in utero exposure to an environmentally-relevant Arctic POPs mixture induces epimutations in the paternal germline that are subsequently transmitted through the paternal lineage thereby compromising early-embryonic development in multiple (un)exposed generations. We further hypothesize that a nutritional intervention, using dietary folic acid (Vitamin B9) supplementation, mitigates and/or reduces the POPs induced sperm epimutations and associated generational early-embryonic phenotypes. Folic acid's potential protective role against environmental pollutants, such as BPA, DDT and air pollutants, has been demonstrated multiple times. Folic acid functions as a methyl donor in the methyl cycle, a cycle that is of high importance during prenatal development as rapid cell division and epigenetic reprogramming occur. To test these hypotheses, founder Sprague-Dawley rat dams (F0) were gavaged with an environmentally-relevant POPs mixture (500 μg PCBs plus remaining POPs/kg body weight) or corn oil and were fed a 1X or 3X folic acid diet representing intake from fortified foods ± additional supplementation. Treatments were administered five weeks before reproduction and until parturition. Only F0 founder females were directly exposed to the POPs mixture and/or 3X folic acid diet. Subsequent F1-F4 offspring received a 1X folic acid diet. At 90 days of age, F1 males were bred with untreated females to obtain F2 offspring. Likewise, F3 and F4 generation offspring were generated. For each generation, sperm were collected from males (150 days of age) and two cell embryos from females. This thesis demonstrates that multiple epigenetic mechanisms in sperm, specifically non-coding micro RNAs (miRNAs), DNA methylation and histone mark H3K4me3, are significantly affected by in utero POPs exposure and are partially restored by folic acid supplementation in an inter- (F1,F2), sometimes, transgenerational (F3, F4) manner. Although the F3 paternal lineage did not show altered sperm parameters, it did display the worst pregnancy outcomes compared to all other generations. This is particularly interesting as F4 two-cell embryo gene expression revealed the highest number of differentially expressed genes due to all treatments. These early developmental alterations could be the foundation for later adverse phenotypic outcomes. In a complementary chapter, we hypothesized that exposure to POPs differentially alters genome-wide gene transcription in the adipose tissue from mother polar bears and their cubs, highlighting molecular differences in response between adults and young. Results confirm that environmental POPs exposure is associated to wild polar bear mother and cub adipose tissue gene expression, which may be linked to metabolic dysfunction; thereby highlighting physiological differences in response between adults and their young. The outcomes of this thesis serve as essential proof-of concept that has major implications for human and wildlife populations.