Le dioxyde de titane (TiO2) compte parmi les nanoparticules (NP) les plus produites dans le monde. Ce constat soulève la question de sa toxicité, en particulier par inhalation, voie d'exposition la plus probable en milieu professionnel. Il a été montré précédemment in vitro que ces NP induisent des dommages à l'ADN et réduisent l'activité de réparation de l'ADN. L'objectif est ici d'étudier les mécanismes de toxicité sous-jacents à l'aide de cellules épithéliales alvéolaires humaines A549 exposées à 1-100 µg/mL de NP de TiO2 pendant 4-48 h. L'expression de 40 gènes et de 6 protéines de réparation de l'ADN a été étudiée par RT-qPCR et western-blot. L'impact des NP de TiO2 sur des régulateurs amont comme la méthylation des promoteurs de certains de ces gènes, l'activité du protéasome et la signalisation cellulaire par phosphorylation a également été investigué. De plus les profils de cyto-/géno-toxicité et d'expression des gènes de réparation de l'ADN ont été comparés avec ceux des cellules épithéliales bronchiques BEAS-2B. Les résultats montrent une répression globale des gènes et des protéines dans l'ensemble des voies de réparation de l'ADN. Cette répression pourrait être due en partie à la répression de régulateurs transcriptionnels et à l'augmentation de la méthylation de certains promoteurs et de l'activité caspase du protéasome. Les NP de TiO2 engendrent par ailleurs une perturbation du phosphoprotéome. Invisible à l'échelle du phosphoprotéome entier, celle-ci impacte de nombreuses protéines impliquées dans divers processus cellulaires, reflétant les effets toxiques connus de ces NP. On note en particulier un impact sur le cycle cellulaire, mais pas sur la prolifération, ainsi que la dérégulation du niveau de phosphorylation de quelques protéines liées à la réparation de l'ADN. Enfin on relève des profils de cyto-/géno-toxicité et d'expression des gènes de réparation de l'ADN similaires dans les cellules A549 et BEAS-2B, ce qui renforce la pertinence de ces modèles dans le cadre de l'étude de la génotoxicité des nanomatériaux. Dans l'ensemble, ces données apportent de nouvelles pistes d'explication des mécanismes de toxicité des NP de TiO2, qui pourraient notamment expliquer la chute précédemment observée des capacités cellulaires de réparation de l'ADN. / Titanium dioxide (TiO2) belongs to the top nanoparticles (NPs) most produced worldwide. This raises the question of their impact on human health, especially through inhalation, which is the main exposure route in occupational settings. It was previously shown in vitro that these NPs induce DNA damage and impair DNA repair activity. The aim here is to study the underlying toxicity mechanisms, in human A549 epithelial alveolar cells exposed to 1-100 µg/ml TiO2 NPs during 4-48 h. The expression of 40 genes and 6 proteins involved in DNA repair was investigated by RT-qPCR and western-blotting. The impact of TiO2 NPs on upstream regulators such as the methylation rate of some corresponding gene promoters, proteasome activity and cellular signaling through phosphorylation was assayed as well. Moreover cyto-/geno-toxicity and DNA repair gene expression patterns were compared with those of BEAS-2B bronchial epithelial cells. Results show a global down-regulation of genes and proteins in all DNA repair pathways. This could be partly explained by the down-regulation of transcriptional regulators and increased gene promoter methylation and caspase-like proteasome activity. TiO2 NPs also scramble the phosphoproteome. While invisible on a global scale, this dysregulation affects numerous proteins involved in diverse cellular processes, which reflect the toxicity pathways reported for these NPs. Although cell proliferation is unaffected, a significant impact is observed on cell cycle, as well as on a few proteins involved in DNA repair. Finally cyto-/geno-toxicity and DNA repair gene expression profiles are similar in both A549 and BEAS-2B cells, thereby strengthening the relevance of using any of these cell lines in nanomaterial genotoxicity studies. On the whole these data bring novel insights into TiO2-NP toxicity mechanisms, which could especially explain the previously observed impairment of DNA repair activity.

Les cancers du sein sont la première cause de mortalité chez les femmes occidentales. Ces tumeurs solides présentent une grande hétérogénéité associée à une résistance aux traitements et un taux de rechute important à long terme. Ainsi, les cliniciens doivent personnaliser la prise en charge des patientes, ce qui est rendu possible par une meilleure connaissance des causes moléculaires qui participent à l'apparition et à la progression des tumeurs mammaires. Pour ce projet, nous avons choisi d'étudier, dans ces cancers, les éventuelles valeurs pronostique et diagnostique de dicer, gène codant pour la ribonucléase clef du mécanisme d'interférence ARN. Il a été montré une implication de Dicer dans la mise en place de l'hétérochromatine de novo des régions péricentromériques. Encore peu étudiée chez l'homme, les données disponibles chez la levure nous ont permis d'envisager que Dicer pourrait être impliquée dans la régulation de la stabilité chromosomique. Nous avons donc testé les valeurs pronostique et diagnostique de dicer (en PCR quantitative et en Tissue Microarray) dans une centaine d'échantillons de tumeurs, dans des lignées cellulaires et dans des modèles de progression tumorale et métastatique. Parallèlement, nous avons étudié les conséquences d'une inhibition de l'expression de dicer sur le cycle cellulaire et sur la réponse à un stress réplicatif. Nos résultats ont montré que l'expression de dicer est un facteur pronostique indépendant de rechutes métastatiques et est associé avec l'expression des récepteurs hormonaux. Par ailleurs, des cellules n'exprimant pas dicer ont montré des dérégulations du cycle cellulaire et de la voie de réponse aux cassures de l'ADN. En conclusion, l'altération de l'expression de dicer pourrait jouer un rôle dans l'apparition de l'instabilité chromosomique des cancers du sein et son analyse pourrait permettre une meilleure prise en charge des patientes à risque pour une rechute métastatique.

Nous avons identifié une nouvelle forme de phospho-S27-S33-Ku70 constitutivement surexprimée dans des cellules issues de la leucémie lymphocytaire chronique résistante à la chimiothérapie basée sur des agents alkylants de l’ADN et/ou analogues nucléotidiques. La protéine Ku70 est une protéine essentielle du maintien de la stabilité génomique par son rôle dans la réparation non-homologue (système NHEJ) des cassures double brin de l’ADN (CDB) et par sa fonction télomérique. Le laboratoire d’accueil a déjà démontré, in vitro et in vivo, dans les cellules LLC résistantes une altération de la réparation par le système NHEJ et un dysfonctionnement télomérique. Le travail de thèse a porté sur la caractérisation fonctionnelle de cette nouvelle forme phospho-S27-S33-Ku70. Pour ceci, nous avons utilisé des vecteurs d’expression permettant simultanément d’inhiber l’expression du Ku70 endogène (shRNA) et d’exprimer de façon épisomale différentes formes de Ku70 exogène. Ainsi, nous avons démontré : i) une stricte colocalisation de pS27-pS33-Ku70 avec les foyers γ-H2AX; ii) des cassures double brin (DSB) induisent la phosphorylation de S27-S33-Ku70 sous forme hétérodimère avec Ku80. Cette phosphorylation a lieu quelques minutes après le stress génotoxique et implique l'activité et l'interaction physique avec pS2056-DNA-PKcs, reliant ainsi pS27-pS33-Ku70 au système NHEJ ; iii) les cellules exprimant la forme sauvage exogène S27-S33-Ku70 ou la forme phosphomimétique E27-E33-Ku70 présentent une cinétique de réparation de l’ADN plus rapide que celle des cellules exprimant la forme mutée A27-A33-Ku70. Cependant, iv) la forme sauvage de Ku70 contribue à un niveau plus élevé d'aberrations structurales chromosomiques après la première division cellulaire suite à un stress génotoxique indiquant une infidélité lors de la réparation des dommages de l’ADN. En outre, les cellules exprimant A27-A33-Ku70 possèdent un index cellulaire plus élevé qui est corrélé avec une activation de la voie β-caténine. En adéquation avec sa surexpression dans la forme résistante de la LLC, l’ensemble de ces résultats suggère un rôle oncogénique de la forme phosphorylée de Ku70. Nous avons ensuite testé l’effet des nanodiamants hydrogénés (ND-H) dans des lignées exprimant différentes formes de Ku70. Grâce à leurs propriétés physico-chimiques les ND-H sont capables de potentialiser sous irradiation la production intracellulaire des espèces réactives de l’oxygène (ROS) et ainsi augmenter le taux des cassures (simple et double brin de l’ADN) et solliciter d’avantage le système de réparation de l’ADN. Nous observons que indépendamment de la forme exprimée de Ku70, ce double traitement induisait la sénescence cellulaire ; une découverte d’un intérêt à la fois fondamental (compréhension des voies apoptotiques vs senescence) et d’utilité pharmacologique potentielle. / We have identified a new form of phospho-S27-S33-Ku70 constitutively overexpressed in a subset of chronic lymphocytic leukemia (CLL) B cells resistant to apoptosis induced by DNA double strand breaks (DSB). Ku70 is one of the essential proteins involved in the maintenance of genomic stability through its role in DNA double strand break repair (non-homologous end-joining, NHEJ) and in telomeric protection.Laboratory previously established that resistant CLL cells disclose an upregulated NHEJ DNA repair and an impaired structure of telomeres. The goal of this thesis was to characterize the biological function(s) of this new form of Ku70. For this purpose we have constructed specific EBV-based vectors (siRNA / cDNA) enabling a simultaneous inhibition of endogenous Ku70 and an expression of different forms (mutated, wild, phosphomimetic at ser27-33) of Ku70 resistant to siRNA. Thus, we showed: i) a strict colocalisation of phospho-Ku70 with γ-H2AX foci; ii) that DSB induces the phosphorylation of Ku70 within minutes after genotoxic stress in heterodimer complex Ku70/Ku80. This phosphorylation necessitates both the physical interaction and the activity of pS2056-DNA-PKcs and/or ATM, linking phospho-Ku70 to NHEJ-mediated DNA DSB repair; iii) cells expressing mutated A27-A33-Ku70 exhibit a delayed G2/M cell cycle arrest, slower kinetic of DNA repair, lower level of genotoxic stress-induced chromosomal aberrations, and a higher cellular impedance correlated with translocation of transcriptional factor β-catenin from cytoplasmic membrane to the nucleus. Together, these data unveil an involvement of phospho-Ku70 in fast and inaccurate DNA repair; new paradigm for NHEJ regulation and to the control of resistance and maintenance of malignant cells.In parallel, we have initiated experimental approaches to explore other potential roles of phospho-Ku70. Especially, we were interested to determine whether it could play a role in an initiation of cell senescence induced by combined cells’ treatment by hydrogenated nanodiamonds (H-NDs) particles and ionizing irradiation. H-NDs exhibit positive surface charge in aqueous solutions allowing, when irradiated by photons, electrons’ emission and the release of reactive oxygen species (ROS) causing DNA damage. Effectively, we have established an intracellular increase of ROS that drive cell cycle arrest in G1/S in addition to the G2 arrest activated by irradiation alone. Finally, cells underwent the senescence process characterized byγ-galactosidaze activity, persistent large γ-H2AX foci and senescence-associated heterochromatinisation. Noteworthy, the senescence induced in this way occurred independently of Ku70 (ser27-ser33) status and irrespectively of cell resistance to genotoxic agents administrated alone; a finding of potential use in clinical trials.