La toxicologie génétique est une discipline qui vise à détecter des facteurs chimiques ou physiques interagissant avec l'ADN des cellules et qui, en l'absence de réparation fidèle, sont susceptibles de provoquer des mutations géniques et/ou chromosomiques. Le test des comètes est un test court de génotoxicité simple, reproductible et rapide pour étudier la survenue de lésions primaires de l'ADN. Il s'agit d'une technique micro-électrophorétique très sensible permettant la mise en évidence des lésions de l'ADN de cellules eucaryotes individuelles exposées à des agents génotoxiques. En présence de cassures de l'ADN, les fragments d'ADN ainsi formés migrent plus rapidement que l'ADN intact lors de l'électrophorèse, donnant aux noyaux cellulaires l'aspect de comètes. La cryoconservation des ovocytes matures par vitrification a de nombreuses applications: alternative à la congélation d'embryons en FIV, préservation de la fertilité avant traitement gonadotoxique, développement du don d'ovocyte. La vitrification consiste à transformer un liquide en un état vitreux et utilise des agents cryoprotecteurs (CP) à haute concentration. Plusieurs centaines de naissances d'enfants en bonne santé ont été décrites . Néanmoins peu d'études ce sont intéressées aux effets à long terme de cette technique en particulier au plan génétique. L'objectif de ce travail a été dans un premier temps de développer et de valider une technique de test des comètes sur ovocyte de souris, puis d'utiliser ce test pour évaluer la génotoxicité du PrOH sur les ovocytes de souris qu'il soit employé seul ou inclus dans les solutions de vitrifications commercialisées pour la cryoconservation d'ovocytes humains. / Genetic toxicology is a discipline that aims to detect chemical or physical factors interact with the DNA of somatic and / or germ cells and in the absence of accurate repair, are likely to cause gene and / or chromosomal mutations. The comet assay is a simple, reproductive and rapid test to study primary DNA damage. This microelectrophoretic technique, is used to visualize denatured DNA fragments migrating out of the cell nucleus during electrophoresis. The image obtained is a ''comet'' with a distinct head consisting of intact DNA and a tail containing relaxed DNA loops or broken pieces of DNA. Oocyte vitrification techniques is booming in the world, with the key to many applications: alternative to IVF embryo freezing, fertility preservation before gonadotoxic treatment, development of oocyte donation. Oocyte Vitrification traps all the aqueous solutions in a vitreous solid phase, preventing any ice crystal formation, because of very high cooling rates and high cryoprotectants concentrations. vitrification-cryopreservation has led to several hundred live births with reassuring obstetrical and perinatal outcomes. However, little is known about the possible long-term consequences on human live births after oocyte vitrification. The objective of this work was initially to develop and validate a technique comet assay on mouse oocyte, then to evaluate on mature oocytes the genotoxic effects of PrOH solution and finally the genotoxic effects of three oocyte vitrification protocols used in human ART the genotoxic of three oocyte vitrification protocols used in human.

La fumée de tabac contient plusieurs substances carcinogènes qui mènent à la formation constante de petites quantités de dommages à l'ADN dans les poumons des fumeurs ainsi que des non-fumeurs exposés à la fumée environnementale de tabac. La 4-(méthylnitrosamino)-1-(3-pyridyl)-1-butanone (NNK) est l'une de ces substances et elle semble plus particulièrement associée avec le développement des adénocarcinomes, la forme de cancer pulmonaire dont l'incidence progresse le plus rapidement ces dernières années. Dans les cellules pulmonaires, la NNK est bioactivée via des cytochromes P450 en intermédiaires réactifs capables de méthyler ou de pyridyloxobutyler l'ADN. Les dommages résultant de ces deux modes d'activation de la NNK peuvent être investigués séparément en utilisant des analogues qui génèrent sélectivement l'un ou l'autre type d'intermédiaires réactifs. Le test des comètes est une technique simple, très sensible et couramment utilisée pour étudier au niveau cellulaire les dommages à l'ADN qui sont peu fréquents. Les travaux présentés dans cette thèse montrent que certains des dommages résultant de l'activation de la NNK peuvent être investigués de manière spécifique à l'aide de cette technique, et ce à des fréquences de dommages qui se rapprochent de celles correspondant à une exposition réelle à la fumée de tabac. Parmi ces dommages, un type d'adduits encore inconnu associé à la pyridyloxobutylation de l'ADN a pu être mis indirectement en évidence. Il s'agit vraisemblablement de la forme formamidopyrimidine (fapy) d'une lésion primaire formée dans les cellules. La vitesse de réparation d'un type de dommage influe sur le risque qu'il a d'être impliqué dans la transformation maligne des cellules. La disparition des dommages dans le temps a pu être suivie avec le test des comètes afin d'investiguer la réparation dans des cellules capables ou pas de bioactiver la NNK. Le suivi post-traitement des dérivés fapy associés à la pyridyloxobutylation de l'ADN, a montré un phénotype ne dépendant pas du type cellulaire mais plutôt du statut de p53 dans les cellules. En effet, au lieu de diminuer après la fin du traitement, la fréquence des adduits fapy dans les fibroblastes augmente dans un premier temps et ce, seulement dans les cellules ayant une protéine p53 fonctionnelle. La nature de ce phénotype particulier n'est pas clairement identifiée, mais elle est vraisemblablement liée à la réparation des dommages à l'ADN. / Tobacco smoke contains several carcinogens that lead to the frequent formation of rare DNA damage in lungs of smokers. 4-(Methylnitrosamino)-1-(3-pyridyl)-1-butanone (NNK) is one of these substances that seems more particularly associated with the development of adenocarcinoma. During the last 30 years, the frequency of this lung cancer type has increased significantly. In lung cells, cytochromes P450 can bioactivate NNK into reactive species capable of either methylating or pyridyloxobutylating DNA. The use of analogs capable of generating only one type of NNK-associated reactive species allows to investigate methylation and pyridyloxobutylation separately. The comet assay is a simple and sensitive technique that is commonly used to investigate low frequency DNA damage at the cellular level. The work presented here show how some of the NNK-related DNA damage can be investigated specifically with this technique at damage frequencies that are relevant to a real exposure to cigarette smoke. One of the adduct type resulting of DNA pyridyloxobutylation that we studied here had never been demonstrated before. It corresponds likely to the formamidopyrimidine (fapy) form of a lesion primarily formed in cells. The repair rate of a damage type influences the probability that it has to be implicated in mutagenesis. The time course of different damage types was documented with the comet assay in order to investigate the repair of NNK-related damage in different cell types that can either bioactivate NNK or not. When the fapy adducts associated with pyridyloxobutylation were investigated post-treatment, their time course did not depend on the cell type but showed a p53-dependant phenotype. In fact, instead of decreasing because of repair, the frequency of these fapy adducts in fibroblasts first increased post-treatment and this increase seemed associated with p53 proficiency. The cause of this phenotype is not clearly elucidated but it should be related to DNA damage repair.

Les quantum dots (QDs) sont des cristaux semi-conducteurs de dimensions nanométriques. Ils peuvent être employés comme des marqueurs photosensibles du métabolisme cellulaire et peuvent être utiles dans différents domaines notamment en médecine mais il s’est rapidement avéré nécessaire de démontrer leur innocuité avant leur utilisation à grande échelle et leur diffusion dans l’environnement. Nous proposons un projet de thèse de doctorat sur le thème : La génotoxicité des quantum dots et le rôle du stress oxydant, implications sur l’environnement et la santé humaine. Il s’organise suivant trois axes: L’étude in vitro des propriétés génotoxiques et mutagènes des QDs Les QDs induisent des lésions primaires de l’ADN sur cellules CHO-K1 par le test des comètes qui sont associées à un stress oxydant. Ils sont plus actifs après irradiation par le spectre solaire. Ils induisent des mutations chromosomiques. L’étude in vivo des propriétés génotoxiques et mutagènes des QDs Les QDs induisent une augmentation significative des lésions de l'ADN chez le rat qui varie selon l’organe considéré (foie, rein, poumon, cerveau et testicule). Ils induisent une augmentation significative et une réponse dose-dépendante des micronoyaux indiquant nettement leur pouvoir clastogène/aneugène. Aucune variation significative des variables biochimiques mesurées n’est apparue. La mise en évidence de leurs effets sur l’environnement L'exposition aux QDs et au CdCl2 a entraîné une augmentation significative des lésions de l'ADN chez E. fetida et N. diversicolor. / Quantum dots (QDs) are semiconductor nanocrystals which can be employed as sensitive biomarkers of cellular metabolism and thus show their usefulness in various fields, including medicine and it soon became necessary to prove their safety before their widespread use and their distribution in the environment. The thesis project targeted on: Genotoxicity of quantum dots and the role of oxidative stress implications for the environment and human health. This study was organized in three main parts The in vitro study of the genotoxic and mutagenic properties of QDs QDs induced primary DNA lesions in CHO-K1 cells using the comet assay and were associated with oxidative stress. We demonstrated that the QDs were more active after irradiation by the solar spectrum. We showed the ability of QDs to induce chromosomal mutations. The main mechanism was probably that of the production of free radicals. The in vivo study of the genotoxic and mutagenic properties of QDs The comet assay shows that QDs induced an overall significant increase in DNA lesions of different organs (liver, kidneys, lungs, brain and testes). However, each organ had a specific susceptibility. QDs induced a significant increase in a dose-dependent manner of micronuclei. These results clearly indicated the in vivo clastogenic / aneugenic properties of QDs. No significant variation in the measured biochemical variables. The evidence of their effects on the environment Evaluation of genotoxicity was performed on coelomocytes of E. fetida and N. diversicolor resulting in a significant increase in DNA damage.

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.