A l’hôpital, le bloc opératoire représente un environnement à risque pour le patient. La réalisation d’une chirurgie thyroïdienne demeure une tâche complexe dont le résultat dépend de la combinaison d’une multitude de facteurs qui demeurent mal connus. L’application des méthodes de contrôle qualité développées dans l’industrie peut être utile à leur découverte. Pendant quatre années, nous avons suivi la performance collective et individuelle d’une équipe chirurgicale à l’aide de cartes de contrôle. Des cartes de Shewhart et des cartes CUSUM ont été conçues pour analyser les variations des complications de la thyroïdectomie au cours du temps. Leur mise en place s’est accompagnée d’une réduction immédiate des hypocalcémies postopératoires, puis d’une stabilisation progressive des paralysies récurrentielles. La suractivité chirurgicale a été identifiée comme cause à l’origine d’une dégradation momentanée de la performance de l’équipe. Cette expérience de terrain a montré l’applicabilité des cartes de contrôle à la chirurgie thyroïdienne ainsi que leur intérêt pour aider les chirurgiens à interpréter la variabilité de leurs résultats et à maitriser les facteurs y concourant. Cependant, seules des actions concrètes destinées à améliorer la qualité de la prise en charge peuvent réduire la survenue de complications opératoires. Leur conception implique de mieux comprendre les facteurs influençant la performance du chirurgien et le travail en équipe au bloc opératoire pour garantir la sécurité du patient. / The operating room represents a high risk environment for the patient. Thyroid surgery remains a complex task whose outcome depends on the combination of poorly understood factors. Implementation of industrial quality control methods can be helpful in discovering them. For four years, we have monitored the individual and collective performance of a surgical team using control charts. Shewhart and CUSUM charts have been designed for analyzing the variations of thyroidectomy related complications over time. Their introduction immediately led to a reduction of postoperative hypocalcaemia, and then to a gradual stabilization of recurrent nerve palsy. The surgical overactivity was identified as a root cause of a temporary worsening of the team performance. This field study has shown the applicability of control charts in thyroid surgery and their value to assist surgeons in interpreting and controlling their results' variability. However, only concrete actions aiming at improving the quality of care may reduce the incidence of surgical complications. Designing these actions involves understanding the factors that influence the surgeon's performance and teamwork within operating room to ensure the patient safety.

Le cancer médullaire de la thyroïde (CMT), qui représente 5 à 8% des cancers de la thyroïde, estissu de la transformation maligne des cellules C du parenchyme thyroïdien. Ce cancer, sporadiquedans 70 à 80% des cas et familial pour les 20 à 30% restants, est essentiellement lié à desanomalies du proto-oncogène RET, codant un récepteur à activité tyrosine kinase. La fréquenceélevée des mutations activatrices de RET ont permis d'identifier ce récepteur comme une ciblethérapeutique majeure. Si la chirurgie est le traitement de référence pour les formes localisées, lesformes localement avancées ou métastatiques, de pronostic plus péjoratif étaient avant ledéveloppement des thérapies moléculaires ciblées, dans une impasse thérapeutique. La meilleurecompréhension de la biologie des tumeurs a permis le développement de ces thérapies plusrationnelles et plus spécifiques, en particulier des inhibiteurs d'activité tyrosine kinase (ITK).L'optimisation de leur utilisation en clinique nécessite de mieux comprendre leurs mécanismesd'action.Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse ont été à la fois cognitifs et cliniques, visant àaméliorer la compréhension de la réponse moléculaire à deux ITKs, le sunitinib et la vandetanib,dans le CMT, et à identifier de nouveaux biomarqueurs de suivi thérapeutique. Dans un premiertemps, nous avons montré les effets antiprolifératifs, antitumoraux et antiangiogéniques dusunitinib et du vandetanib dans un modèle de CMT muté RETC634W, mettant en évidence desprofils d'activité proches entre les deux inhibiteurs. Puis, les principales voies de signalisationmises en jeu lors de la réponse à ces ITKs ont été explorées par Reverse-Phase Protein Array(RPPA). Par une approche transcriptomique haut-débit menée sur des modèles précliniques, lesprincipales fonctions cellulaires impliquées dans la réponse au sunitinib et au vandetanib ont étéidentifiées. Le rôle de gènes participant à l'invasion tissulaire et au pouvoir métastatique a été misen évidence. De nouveaux biomarqueurs potentiels de réponse au vandetanib et au sunitinib, telsque l'IL-8 et le TGF-2 dont les taux sériques sont significativement plus élevés chez les patientsatteints de CMT, ont été identifiés. Enfin, l'intérêt de trois approches méthodologiques dans lesuivi de la réponse antitumorale chez les patients a été évalué. Ainsi, le développement d'uneméthode de dosage du vandetanib par spectrométrie de masse a permis de suggérer un lien entredes taux sériques élevés et l'apparition de toxicités sévères. L'évaluation de biomarqueurs dans lesérum de patients traités par le vandetanib a souligné l'intérêt de l'IL-8 comme marqueurpronostic potentiel dans cette pathologie. Enfin les résultats préliminaires, évaluant la réponse ausunitinib par échographie doppler sur un modèle préclinique de souris xénogreffées, ontconfirmé l'intérêt de l'imagerie fonctionnelle dans ce domaine.

La radiothérapie est utilisée seule ou en association avec la chimiothérapie dans le traitement de plus de 50% des cancers. En dépit des nombreux progrès dans le but d'améliorer le rapport bénéfice/risque, l'irradiation est à l'origine de nombreux effets secondaires. Une des origines connues des cancers de la thyroïde est l'exposition pendant l'enfance aux radiations ionisantes, soit accidentelles, soit suite à un traitement par radiothérapie externe pour une autre pathologie. Les mécanismes par lesquels les radiations ionisantes provoquent l'apparition d'un cancer de la thyroïde sont nombreux et encore incomplètement connus. Les radiations ionisantes sont des agents génotoxiques qui induisent des dommages au niveau de l'ADN telles que des cassures et des aberrations chromosomiques. Bien que les mécanismes qui sous-tendent ces effets ne soient pas complètement compris, il est généralement admis que les radiations ionisantes induisent des dommages à l'ADN soit de manière directe soit de manière indirecte en générant des espèces réactives de l'oxygène (ROS). Durant ma thèse, nous avons étudié le rôle des ROS produit lors de l'irradiation dans la génération des dommages à l'ADN dans les cellules thyroïdiennes. Nos résultats montrent que les ROS produites après irradiation participent à la formation des réarrangements chromosomiques RET/PTC1 retrouvés dans 70% des cancers papillaires radioinduits. Les ROS engendrées par la radiolyse de l'eau ont une durée de vie extrêmement courte ce qui limite leur diffusion. Néanmoins, par des mécanismes redox, ils provoquent des modifications au niveau cellulaire qui conduisent à leur tour à l'activation de systèmes générateurs de ROS, parmi lesquels on trouve les NADPH oxydases. Nos résultats montrent que l'irradiation induit l'expression de la NADPH oxydase DUOX1 via la sécrétion d'IL-13, plusieurs jours après l'exposition aux radiations ionisantes. L'inactivation de DUOX1 par ARNs interférents diminue de manière significative les dommages de l'ADN observés plusieurs jours après irradiation. Ces résultats suggèrent un rôle de DUOX1 dans le stress oxydatif chronique qui contribue à l'instabilité génétique.

L’hypothyroïdie congénitale est un des troubles endocriniens les plus fréquents chez l’enfant, touchant un nouveau-né sur 2500.[1] Toutefois, même si quatre facteurs de transcription principaux, NKX2.1, PAX8, FOXE1 et HHEX, sont connus pour être impliqués et nécessaires au développement de la glande thyroïde, seuls 2% des patients atteints de dysgénésies thyroïdiennes sont reliés à une mutation au niveau d’un de ces quatre facteurs de transcription. Ceci suggère que d’autres facteurs, encore inconnus, pourraient jouer un rôle important durant l’organogenèse de la glande thyroïde.[1]Les mécanismes moléculaires contrôlant les différentes étapes du développement thyroïdien étant encore très peu connus, l’objectif de ce projet vise à décrypter le réseau génique contrôlant le développement thyroïdien. Pour se faire, la mise au point d’un protocole d’invalidation de gènes candidats impliqués dans le développement thyroïdien au sein de cellules souches embryonnaires murines à l’aide de la technologie des Transcription Activator-Like Effector Nucleases (TALENs) a été mis au point. Ce nouveau protocole d’édition ciblée du génome de cellules souches embryonnaires permet la modélisation des différentes mutations identifiées au sein de patients atteints d’hypothyroïdisme congénital mais aussi la compréhension des différents mécanismes impliqués dans le développement de la glande thyroïde lorsque ce protocole est couplé avec notre modèle in vitro de différenciation de cellules souches embryonnaires murines en cellules folliculaires thyroïdiennes. Grâce à l’utilisation combinée de ces deux protocoles, nous avons pu mettre en évidence la nécessité du gène Foxe1 pour la différenciation in vitro correcte des progéniteurs NKX2.1+ en cellules folliculaires thyroïdiennes. Toutefois, il a été démontré qu’une faible proportion de cellules sont toujours capables de générer des follicules thyroïdiens en l’absence du gène Foxe1. Enfin, la génération inattendue de structures pulmonaires tridimensionnelles parmi les cellules Foxe1 KO différenciées avec du 8-br-cAMP a été observée. Cette génération de structures pulmonaires ne semble pas être une conséquence directe de la diminution d’expression du gène Pax8 observée au sein de ces lignées Foxe1 KO mais pourrait refléter un potentiel rôle épigénétique du gène Foxe1 permettant ou non le recrutement de certaines protéines au sein de la chromatine. Le gène Foxe1 semble à la fois jouer un rôle de facteur « pioneer » et de « Gatekeeper » en orientant le destin cellulaire des progéniteurs NKX2.1+ vers une différenciation thyroïdienne à défaut d’une différenciation pulmonaire. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

1. Sphingolipid-cholesterol domains (lipid rafts) in normal human and dog thyroid follicular cells are not involved in thyrotropin receptor signalling. <p>Thyroid hormone regulates growth and development throughout the animal kingdom. The thyroid which secretes it, is controlled by TSH and its receptor TSHR. TSH and its receptor TSHR act through TSHR-coupled G proteins to control thyroid functions, with a stronger coupling of the TSHR with Gs protein than with Gq protein in human thyrocytes. Gq is not activated by TSH/TSHR in dog, whereas dog TSHR activates it in CHO transfected cells. To better understand TSHR and its downstream effectors G proteins, we attempted to answer the questions by the role of “lipid rafts/caveolae” in TSH action.<p>Lipid rafts/caveolae are sphingolipids-cholesterol-enriched microdomains on plasma membrane that have been proposed to play a role in signal transduction. By concentrating the signal molecules, lipid rafts/caveolae increase the efficiency of the interactions between the molecules and sequestrate them from the bulk membranes. The compartmentation of signal proteins in lipid rafts/caveolae might provide a possible explanation for the relationship between TSHR and G proteins in human and dog thyroctyes.<p>To answer these questions, we first tested the existence of such lipid microdomains in human and dog thyrocytes. By northernblot and RT-PCR of caveolin-1 mRNA, we demonstrated its existence in thyrocytes. The immunohistochemistry of caveolin-1 showed that caveolin/caveolae are present on the apical membrane of thyrocytes, opposite to the TSHR localization on the basolateral membranes. The isolation of lipid rafts/caveolae by Triton X-100/OptiPrep density experiments showed that TSHR and Gq are not in the rafts, even though other proteins such as insulin receptor, flotillin-2 and partially Gs are present in these lipid domains, as expected. Testing the function of the TSH receptor on its main cascade (Gs-Adenylyl cyclase-cAMP) after treating the follicles with Methyl β-cyclodextrin (a cholesterol chelator), we observed no modification of the cAMP levels by this treatment. This is in agreement with our conclusion that the TSHR-Gs-cAMP pathway does not involve the lipid rafts/caveolae domain.<p>TSH-activated signalling does not take place in these membrane domains. Therefore, the differences between species, concerning the TSHR-G proteins coupling cannot be explained by the presence of these membrane domains.<p>2. Species specific thyroid signal transduction: conserved physiology, diverged mechanisms<p>As mentioned above, Gq proteins are activated in human but not in dog thyroid, in response to TSHR. However the dog TSH receptor is able to activate Gq, as demonstrated in transfected CHO cells. Thus, different thyroid signal transduction pathways exist in different species. <p>In this study, we investigated the effects of TSH on its two signal transduction cascades, the cAMP pathway and the phospholipase C – IP3 – DAG pathway, as measured by cAMP levels and inositol phosphate generation. We also measured the effects of TSH and of agents stimulating specifically one of these cascades, forskolin for the cAMP pathway and Ca++ ionophore (ionomycin) and phorbolmyristate ester (TPA) for the phospholipase C pathway, on markers of thyroid hormone synthesis (H2O2 generation and iodide binding to proteins) and on thyroid hormone secretion in vitro in the various thyroids. <p>We demonstrated that in all species investigated, the TSH receptor activates both hormone synthesis and secretion. While in some species, including humans, rats and mice, the TSH receptor activates both the cAMP and phospholipase C– IP3 – DAG cascades, in others (e.g. dog) it only stimulates the first. The cAMP pathway activates the limiting step in thyroid hormone synthesis, the generation of H2O2, in dog, rat and mice but not in human, pig, horse and beef. Thus physiology remains but the pathways to achieve it differ. On a practical point of view, these results allow to choose adequate animal models for investigating different aspects of human thyroid signalling.<p><p>3. Duoxes -TPO association and its regulation in human thyrocytes: the thyroxisome<p>Duox (Dual Oxidase) and TPO (thyroid peroxidase) are the crucial enzymes for the thyroid hormones biosynthesis (T3/T4). TPO uses the hydrogen peroxide (H2O2) produced by Duox1 and Duox2 isoenzymes to covalently link oxidized iodide to tyrosines of thyroglobulin and couple the iodinated tyrosines to form triiodothyronine (T3) and thyroxine (T4). An excess of H2O2 is considered to be toxic for cells although at appropriate concentrations H2O2 may carry out signalling functions. Even though thyrocytes show a better resistance to H2O2 than other cells, it would be beneficial for thyrocytes if Duox and TPO localize closely to increase the working efficiency and avoid an excessive H2O2 spillage. In this study, we explored the association of Duox with TPO, and the possible factors affecting their interaction in the human thyrocyte model. This association was established by co-immunoprecipitation approaches on purified plasma membranes from human thyrocytes and COS-7 transfected cells. <p>Our results show that 1) Duox and TPO localize closely at the plasma membranes of human thyrocytes, 2) this association is up-regulated through the Gq-PLC-Ca2+-PKC pathway and down-regulated through the Gs-cAMP-PKA pathway. 3) H2O2 directly increases the association of Duox and TPO. 4) Partial NH2- or COOH-terminal Duox1 and Duox2 proteins show different binding abilities with TPO in COS-7 transfected cells.<p>The association of the two proteins Duox and TPO thus supports our previous hypothesis of the thyroxisome, a pluriprotein plasma membrane complex in which elements of the iodination apparatus localize closely, thus optimizing working efficiency and minimizing H2O2 spillage. Defect in this association, independently of the catalytic efficiency of the enzyme, could therefore impair thyroid hormone synthesis and be harmful to thyroid cells, leading to thyroid insufficiency.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les cancers papillaires de la thyroïde (PTC) sont les tumeurs endocrines les plus courantes et représentent 2-3% de tous les cancers humains. Les altérations génétiques les plus pertinentes trouvées dans ces tumeurs sont des mutations dans les gènes BRAF et RAS, et des translocations du gène RET. Ces translocations oncogéniques, connues sous le nom de RET/PTC, résultent de la fusion de RET avec des gènes partenaires non-apparentés. L’exposition aux radiations ionisantes est le facteur de risque le plus important pour la formation de RET/PTC. Durant ces dernières années, notre groupe a mis en évidence un rôle crucial des espèces réactives de l'oxygène (ROS) dans la formation de RET/PTC dans des cellules thyroïdiennes in vitro et a notamment montré que l'irradiation (IR) induit l’établissement d’un stress oxydatif persistant du aux ROS produites par la NADPH Oxydase DUOX1, laquelle est induite à post-IR. Cela conduit à des dommages à l'ADN. Les enfants présentent un risque significativement plus élevé de développer des cancers radio-induits de la thyroïde exprimant RET/PTC, probablement en raison du taux de prolifération élevé des cellules. Ceci suggère que la dynamique de réplication pourrait être impliquée dans la formation de la translocation RET/PTC1. En effet, il a été montré que l'induction pharmacologique d’un stress réplicatif peut favoriser la formation de RET/PTC in vitro dans les cellules thyroïdiennes. Ainsi, pour déterminer si un stress réplicatif peut contribuer aux effets à long terme de l'irradiation: à savoir une persistance des lésions de l'ADN et la formation de RET/PTC1, nous avons analysé les effets à post-IR dans les cellules NTHY-ori3.1. Nos résultats confirment qu’une irradiation des cellules aux rayons X à la dose de 5 Gy induit deux vagues de stress oxydatif: une première vague forte mais transitoire qui se produit dans les minutes qui suivent l'irradiation et une deuxième vague dont l’ augmentation débute 2 jours après l'irradiation pour persister ensuite. Ces deux pics de stress oxydatif conduisent à deux pics de dommages à l'ADN. L'irradiation des cellules à cette dose n’a aucun effet sur la prolifération et sur la progression du cycle cellulaire. Cependant, plusieurs marqueurs de stress réplicatif sont exprimés trois jours après l'irradiation. Par ailleurs, l'analyse de la dynamique de réplication révèle une diminution de la vitesse de réplication à post-IR qui est contrecarrée par les antioxydants, suggérant qu’un stress oxydatif peut contribuer à un stress réplicatif. Enfin, par ChIP-QPCR, nous observons que les gènes impliqués dans RET/PTC1 présentent plus de cassures double brin que des gènes endogènes, et ce, trois jours après l'irradiation. Ainsi, nous proposons qu’un stress réplicatif induit par un stress oxydatif pourrait être potentiellement impliqué dans l'étiologie des tumeurs RET/PTC-positives. / Papillary thyroid cancers (PTC) are the most common endocrine tumors and account for 2-3% of all human cancers. The most relevant genetic alterations found in these tumors are mutations in the genes BRAF and RAS, and chromosomal translocations in RET, a proto-oncogene activated in 15-20% of PTCs. These oncogenic translocations, known as RET/PTCs, result from the fusion of RET with unrelated partner genes. Ionizing radiation is a major risk factor for RET/PTC formation, however, the molecular mechanisms involved in these radioinduced translocations just begun to be unveiled. In the past few years, our group has reported a critical role for reactive oxygen species (ROS) in the formation of RET/PTC in thyroid cells in vitro and has also shown that irradiation can elicit a persistent oxidative stress caused by the upregulation of the NADPH Oxidase DUOX1 that leads to DNA damage, mediating at least part of the effects of radiation. However, how could ROS lead to the formation of RET/PTC is not fully understood. Children are at significantly higher risk of developing radio-induced thyroid tumors, specially RET/PTC positive, probably due to the intense proliferation rate of their follicular thyroid cells. This epidemiological observation prompts the assumption that replication dynamics may be involved in RET/PTC formation. Indeed, it has been shown that the pharmacological induction of replicative stress can stimulate the in vitro formation of RET/PTC in thyroid cells. Thus, to investigate whether replicative stress might contribute for the long-term effects of irradiation on DNA damage and RET/PTC formation, we analyzed the effects of radiation in NTHY-ori3.1 thyroid cell lineage in terms of oxidative and replicative stress and replication dynamics. Our results confirm that irradiation triggers two waves of oxidative stress: first, a strong but transient oxidative burst takes place minutes after irradiation and next, a persistently increased oxidative stress that starts only 2 days after irradiation. These two peaks of oxidative stress lead to two peaks of DNA damage. Irradiation caused little or no effect on proliferation nor on cell cycle progression. However, several protein markers of replicative stress, such as pATR, pATM, pChk1 and pRPA are induced three days after irradiation. Moreover, replication dynamics analysis revealed a diminished replication speed that has been reversed by antioxidants, suggesting that oxidative stress may contribute to replication defects. Finally, using ChIP-qPCR, we observed that the genes involved in RET/PTC1 translocation present more double-stranded breaks than RET/PTC-unrelated genes 3 days after irradiation. Hence, we propose that replicative stress is potentially involved in the etiology of RET/PTC-positive tumors. / HECHT, Fabio. The role of reactive oxygen species in thyroid radio-carcinogenesis. Rio de Janeiro, 2018. Doctoral thesis - Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil and Université Paris-Saclay, Orsay, France, 2018.O câncer papilífero de tireoide é o tumor endócrino mais comum e corresponde a 2-3% de todos os cânceres humanos. As alterações genéticas mais relevantes relacionadas a esse tumor são mutações nos genes BRAF e RAS e translocações do gene RET, um proto-oncogene ativado em 15-20% dos tumores papilíferos. Essas translocações, conhecidas como RET/PTC, resultam da fusão de RET com diversos outros genes. A radiação ionizante é um importante fator de risco para a formação de RET/PTC, no entanto, o mecanismo molecular responsável por essa translocação radioinduzida ainda não foi elucidado. Nos últimos anos, nosso grupo demonstrou um papel crítico exercido pelas espécies reativas de oxigênio na formação de RET/PTC em células tireoidianas in vitro e também mostrou que a irradiação promove um estresse oxidativo persistente causado pelo aumento de expressão da NADPH Oxidase DUOX1, levando à dano ao DNA, mediando assim parte dos efeitos da radiação. No entanto, como o ROS leva à formação de RET/PTC ainda não é compreendido. Crianças possuem um risco significativamente mais alto de desenvolver tumores tireodianos após a irradiação, especialmente RET/PTC positivos, provavelmente em função da intensa proliferação das células tireodianas. Essa associação sugere que a replicação esteja envolvida na formação de RET/PTC. De fato, foi observado que a indução farmacológica de estresse replicativo pode estimular a formação in vitro de RET/PTC em células tireodianas. Portanto, para investigar se o estresse replicativo contribui com os efeitos da irradiação no longo prazo sobre o dano ao DNA e formação de RET/PTC, nós investigamos o papel da radiação sobre o estresse oxidativo e replicativo, além da dinâmica de replicação de linhagem de células tireodianas NTHY-ori 3.1. Nossos resultados confirmam que a irradiação desencadeia duas ondas de estresse oxidativo: primeiramente, um forte, mas transitório pico de espécies reativas de oxigênio é observado minutos após a irradiação, seguido por um novo e persistente pico que só é observado a partir de dois dias após a irradiação. Esses dois picos de estresse oxidativo resultam em dois picos de dano ao DNA. A irradiação causou pouco ou nenhum efeito na proliferação ou na progressão do ciclo celular. No entanto, vários marcadores de estresse replicativo foram observados três dias após a irradiação, como pATR, pATM, pChk1 e pRPA. Além disso, a análise da dinâmica de replicação mostrou uma diminuição na velocidade da replicação que foi revertida por antioxidantes, sugerindo que o estresse oxidativo contribui para distúrbios dos mecanismos replicativos. Por fim, utilizando ChIP-qPCR, nós observamos que os genes envolvidos na translocação RET/PTC possuem mais quebras duplas do que genes endógenos, dias após a irradiação. Portanto, propomos que o estresse replicativo está potencialmente envolvido na etiologia dos tumores RET/PTC positivos.

A l’issue d’un accident nucléaire, les produits de fission de l’uranium tel les iodes radioactifs sont dispersés dans l’environnement. L’homme est susceptible d’être exposé à ces éléments majoritairement via l’inhalation d’air et/ ou l’ingestion d’aliments contaminés. L’iode 131 est connu pour être responsable de l’augmentation de l’incidence du cancer de la thyroïde. Une des contremesures pour prévenir cette pathologie est l’ingestion de dose unique de comprimés d’iodure de potassium (KI) à fin de saturer la glande thyroïde par de l’iode stable et d’éviter ainsi l’accumulation de l’iode radioactif. Les scénarios de rejets réitérés d’iodes radioactifs lors des deux accidents majeurs Tchernobyl et Fukushima ont mis en évidence les limites de cette mesure, des prises répétées de KI pour protéger dans le temps les populations s’avèrent nécessaires. Dans la littérature on dispose de peu de données clinique et préclinique sur la prise répétée d’iode stable, quant à son usage ça n’a pas été décrit. La doctrine iode ainsi que l’autorisation de mise sur le marché (AMM) du KI envisage seulement la prise unique à renouveler exceptionnellement chez la population adulte. L’iode est connu pour être un élément clé de la fonction thyroïdienne, on jouant un double rôle à la fois de substrat de régulateur de la thyroïde. Si sa présence est indispensable à la formation des hormones thyroïdienne, son excès exerce un effet inhibiteur transitoire de cette synthèse connu sous le nom de l’effet Wolff-Chaikoff. Les hormones thyroïdiennes jouent un rôle majeur dans le développement et la fonction de presque tous les organes du corps (cerveau, cœur, os...), la moindre variation de leurs niveau peut impacter l’homéostasie du corps. Ainsi, il est difficile d’appliquer la prise répétée du KI en absence connaissances biologiques et toxicologiques. Pour combler ses lacunes et proposer une solution de prophylaxie répétée en cas d’exposition réitérée, le programme de recherche français PRIODAC : PRophylaxie répétée par l’IODe stable en situation ACcidentelle (ANR/RSNR), dont fait partie cette thèse vise à exploiter les modalités d’administration répétées du KI chez toutes les tranches d’âge (in utero, adulte et âgé), et d’évaluer la toxicologie de la prise répétée de KI sur les grandes fonctions physiologiques de l’organisme. Trois modèles de rats Wistar ont fait l’objet de ce travail de thèse : le modèle de référence rat adulte (âgé de 3 mois), le modèle à risque, organisme en développement (exposé durant la gestation) et un autre modèle à risque le rat âgé (âgé de 12 mois), ces trois modèles ont reçus 8 prise consécutive de KI 1mg/kg/24h. Les effets biologiques de ce traitement pendant 8 jours ont été évalués à long-terme (30 jours post-prophylaxie). Concernant, le modèle de référence ont n’a pas observé d’impact néfaste à long-terme de la prise répétée du KI (Lebsir, Cohen et al. 2018; Lebsir, Manens et al. 2018) par contre sur les modèles à risque plusieurs effets à long-terme ont été mis en évidence. Chez la progéniture exposée in utero, la coordination motrice ainsi que l’expression de quelques gènes clés du cerveau ont été négativement modifiées par le traitement. Chez le rat âgé la biochimie clinique, l’expression de quelques gènes clés de la fonction cardiovasculaire ainsi que le système rénine-angiotensine-aldostérone ont été significativement impacté par le traitement. En conclusion, les résultats obtenus montrent l’innocuité sur le plan toxicologique du KI administré à 1mg/kg toutes les 24h pendant 8 jours chez le modèle adulte et la nocuité de ce schéma prophylactique chez les modèles à risque in utero et âgé. Ces résultats ont été communiquées à la pharmacie centrale des armées (producteur et détentrice de l’AMM) afin de servir de données d’entrée pour des études de bonne pratique de laboratoire notamment pour le modèle adulte et également, afin de contribuées à l’évolution de la doctrine de l’iode en terme de radioprotection. / Following nuclear accidents, uranium fission products such as radioactive iodines are released into the environment. Humans are likely to be exposed to these elements mainly through inhalation of air and / or ingestion of contaminated food. Iodine 131 is known to be responsible for increasing the incidence of thyroid cancer. One of the available countermeasures is the ingestion of a single dose of potassium iodide (KI) tablets to saturate the thyroid gland with stable iodine and thus prevent the uptake of the radioactive isotope.Repeated releases of radioactive iodine during the two major accidents Chernobyl and Fukushima have highlighted the weaknesses of this measure, repeated intake of KI maybe necessary. In the literature there is little clinical and preclinical data on the repeated intake of stable iodine, regarding its use it has not been described. The iodine doctrine as well as the Marketing Authorization (MA) of the KI considers only the single taking, to renew exceptionally in the adult population. Iodine is known to be a key component of thyroid function, playing a dual role as both a substrate and a regulator of the thyroid. If its presence is essential for the synthesis of thyroid hormones, its excess exerts a transient inhibitory effect on this synthesis known as the Wolff-Chaikoff effect. Thyroid hormones affect the development and function of almost all organs of the body (brain, heart, bone ...), the slightest variation in their level can impact the homeostasis of the body. Hence, the toughness of applying repeated KI intake in the absence of biological and toxicological data. To fill this gap and find a solution in the event of repeated exposure, the French research program PRIODAC: repeated potassium iodide prophylaxis in accidental situation (ANR / RSNR), of which this thesis is part, aims to define the modalities of repeated administration of KI in all age groups (in utero, adult and elderly), and evaluate the biological consequences on the the body’s major physiological functions. Three models of Wistar rats were used in this work: the reference model adult rat (3 months), the first sensitive model offspring (exposed during gestation) and another sensitive model the older rat (12 months ), these three models received 8 consecutive intake of KI 1mg / kg / 24h. And the effects were assessed at long-term (30 days post-prophylaxis). On the reference model, there was no long-term adverse impact of repeated KI intake (Lebsir, Cohen et al. 2018; Lebsir, Manens et al. 2018). On the other hand, sensitive models reveal several long-term effects; the offspring exhibited impaired motor coordination and variation of the expression of some key brain genes. And in the elderly rat urinary biochemistry, expression of some key genes of the cardiovascular function, as well as the renin-angiotensin-aldosterone system were significantly impacted by the treatment. In conclusion, the results obtained show the toxicological safety of KI administered at 1 mg / kg every 24 hours for 8 days in the adult model, and the harm of this prophylactic scheme in sensitive models in utero and elderly. These results were sent to the French central pharmacy of armies and will serve as input data for good laboratory practice studies that eventually will contribute to the evolution of the iodine doctrine and KI MA.

L’iode est un composant essentiel aux hormones thyroïdiennes. Les cellules thyroïdiennes captent l’iode circulant et le concentrent vers le colloïde. Il est alors incorporé à la thyroglobuline, protéine précurseur des hormones, par un mécanisme d’organification. La capacité de captation de l’iode par la thyroïde est finement régulée notamment par la « Thyroid Stimulating Hormone » (TSH) mais aussi l’iode circulant. En effet, en cas d’une élévation de l’iode circulant, la thyroïde déclenche un mécanisme d’autorégulation appelée l’effet Wolff-Chaikoff. Ce phénomène se traduit par une limitation transitoire de production des hormones thyroïdiennes qui s’accompagne notamment d’une diminution de l’expression du NIS (Natrium Iodide Symporter), la protéine responsable du transport actif de l’iode dans la thyroïde. Dans cette étude, des approches omiques globales ont été mises à profit pour étudier cette régulation dans le contexte de l’administration d’un produit iodé et de souris invalidées pour un gène codant pour un transporteur de monocarboxylate exprimé dans la thyroïde. Dans la première partie, l’effet des agents de contraste iodés (ICA), couramment utilisés en imagerie médicale, a été étudié. L’administration de ces agents entraine une réduction de la captation de l’iode souvent expliquée par un effet Wolff-Chaikoff associé à un potentiel relargage d’iode. Par une approche de protéomique quantitative global, le protéome de thyroïde de souris, après administration d’ICA, a été comparé au protéome en conditions d’excès d’iode. Après un traitement des données et une analyse bioinformatique, nos résultats mettent en évidence l’existence de peu de mécanismes en commun induits par l’iode et les ICA mais cependant de plus importantes variations d’expression de protéines sont déclenchées uniquement par les ICA. Cette étude est en accord avec une durée plus importante de l’inhibition de la fonction après une administration d’ICA comparée à celle de l’iode stable. Dans la deuxième partie, le rôle de SLC5A8 dans la fonction thyroïdienne et les mécanismes sous-jacents à l’effet Wolff-Chaikoff ont été étudiés chez des souris invalidées pour le gène Slc5a8 (Solute carrier family 5 number 8) et des souris non mutées. SLC5A8 est une protéine membranaire identifiée au laboratoire et exprimée dans la membrane apicale du thyrocyte. Cette protéine catalyse un transport de monocarboxylate dans différents organes mais son rôle dans la thyroïde demeure non élucidé. L’invalidation n’entraine pas d’effet majeur sur la fonction thyroïdienne. En mettant à profit une approche multiomique comparative, combinant la transcriptomique, la protéomique et la métabolomique, les effets de cette invalidation et/ou de la régulation par l’iode de la thyroïde ont été explorés. Le traitement des data révèle de nombreuses voies activées dans les différentes conditions avec des mécanismes de compensation de l’effet de l’invalidation par l’administration d’iode. Les résultats indiquent que la perte de fonction de SLC5A8 affecte l’organification et/ou maturation de la thyroglobuline, le contrôle du stress oxydatif et de l’iode libre dans la thyroïde. / Iodine is an essential component of thyroid hormones. Thyroid cells capture the circulating iodine and concentrate it in the colloid. Then, it is incorporated into the thyroglobulin, the hormone precursor protein, by an organification mechanism. The iodine uptake capacity by the thyroid is finely regulated, not only by the Thyroid Stimulating Hormone (TSH) but also by circulating iodine. Indeed, in case of high circulating iodine, the thyroid actives a self-regulating mechanism called the Wolff-Chaikoff effect. This phenomenon results in a transient limitation of thyroid hormone production which is accompanied by a decrease in the expression of NIS (Natrium Iodide Symporter), the protein that is responsible for the active transport of iodine in the thyroid. In this study, global omics approaches were used to study this regulation in the context of the administration of an iodized product and mice invalidated for a gene coding a monocarboxylate transporter expressed in the thyroid. In the first part, the effect of iodinated contrast media (ICM), commonly used in medical imaging, has been studied. The administration of these agents leads to a reduction in the uptake of iodine often explained by a Wolff-Chaikoff effect associated with an iodine release potential. Through an overall quantitative proteomic approach, the mouse thyroid proteome, after administration of ICM, was compared to the proteome under conditions of excess iodine. In the second part, the role of SLC5A8 in thyroid function and the mechanisms underlying the Wolff-Chaikoff effect were studied in mice invalidated for the Slc5a8 gene (Solute carrier family 5 number 8) and wild type mice. SLC5A8 is a membrane protein identified in the laboratory and expressed in the thyrocyte apical membrane. This protein catalyzes the monocarboxylates transport in different organs but its role in the thyroid remains unsolved. Invalidation does not have a major effect on thyroid function. By using a comparative multiomic approach which combines transcriptomics, proteomics and metabolomics, the effects of this invalidation and / or regulation by iodine in the thyroid have been explored. Data processing reveals many pathways activated under different conditions with mechanisms to compensate for the effect of invalidation by the administration of iodine. The results indicate that the loss of SLC5A8 function affects the organization and / or maturation of thyroglobulin, the control of oxidative stress and of free iodine in the thyroid.

Les espèces réactives de l’oxygène ont initialement été identifiées comme des produits délétères dérivés du métabolisme aérobie. Il est maintenant accepté que ces espèces sont produites de manière régulée par des enzymes et interviennent dans des fonctions cellulaires telles que la défense immunitaire, la signalisation intracellulaire, la biosynthèse des hormones et la modification de matrice extracellulaire. Les NADPH (Nicotinamide Adénine Dinucléotide Phosphate) oxydases (NOX) forment une famille d’enzymes transmembranaires capables de former de l’anion superoxyde (O2.-) par transfert d’électrons du NADPH à l’oxygène moléculaire (O2). DUOX1 et DUOX2 sont deux des sept membres composant cette famille qui génèrent directement de l’H2O2 comme produit de réduction de l’O2.<p>Initialement clonés à partir de la thyroïde dans notre laboratoire, les ADNc codant pour les protéines DUOX ont été identifiées dans d’autres tissus, comme par exemple la prostate ou l’épithélium respiratoire où DUOX1 est majoritaire. DUOX2 se retrouve également dans les glandes salivaires, dans la muqueuse rectale et tout le long du tractus digestif. D’autre part, un orthologue de DUOX, appelé Udx1, a été identifié en 2004 au niveau de la membrane ovocytaire chez l’oursin. Dans chacun de ces tissus, l’H2O2 produit par les protéines joue un rôle clef. <p>Le mécanisme d’activation de DUOX dans tous ces tissus n’a été identifié que récemment. En effet, pour être exprimé sous forme active à la surface cellulaire, les protéines DUOX nécessitent un facteur de maturation spécifique. Ces facteurs, appelés DUOXA1 et 2 pour « DUOX activator », suivent l’expression tissulaire de leur DUOX respectif. Nous avons montré que la région COOH-terminale de DUOXA1 est responsable de l’activité génératrice d’H2O2 de DUOX1. DUOX2 peut produire de l’H2O2 ou de l’O2.-. L’extrémité NH2-terminale de DUOXA2 est critique dans cette activité et détermine le type de dérivé oxygéné produit. Dans notre système, DUOXA2 n’est pas détecté à la surface cellulaire, sauf en cas de modification de son extrémité amino-terminale par l’addition d’un épitope. DUOXA1 peut être exprimé à la membrane plasmique mais sa présence n’est pas nécessaire au sein du complexe formé avec DUOX pour que ce dernier soit actif. Les facteurs de maturation jouent donc un rôle de protéine chaperonne, induisant la maturation et la translocation d’une protéine DUOX active à la surface cellulaire. <p>Dans la thyroïde, l’H2O2 produit par les protéines DUOX constitue le cofacteur de la thyroperoxydase catalysant l’oxydation de l’iode et le couplage de sa forme oxydée sur des résidus tyrosines de la thyroglobuline menant in fine à la synthèse des hormones thyroïdiennes T3 et T4 et leur relarguage dans la circulation sanguine. Plusieurs mutations dans le gène DUOX2 ont déjà été décrites chez des patients atteints de dyshormonogenèse transitoire ou permanente. Nous avons mis en évidence qu’une inactivation totale de la protéine DUOX2 était compatible avec un état hypothyroïdien peu sévère et transitoire, indiquant l’intervention probable de DUOX1 dans la synthèse des hormones thyroïdiennes. Le défaut génétique identifié est composé d’une délétion génomique partielle d’un allèle associée à une mutation faux-sens (G1518S) sur l’autre allèle du patient hypothyroïdien. Cette mutation, située dans le site catalytique de l’enzyme, mène à une abolition de l’activité de l’enzyme qui est néanmoins exprimée partiellement à la surface cellulaire. <p>Les messagers des DUOX ont été identifiés récemment dans les tractus digestif et respiratoire. Le rôle joué par l’H2O2 dans ces tissus semble avant tout être un rôle de défense contre les micro-organismes en mettant en jeu la lactoperoxydase oxydant le thiocyanate en composé bactéricide actif. Nous avons montré que l’H2O2 produit par DUOX exerce un effet répulsif sur les bactéries. En effet, l’invasion de cellules CHO exprimant de manière stable DUOX2 et DUOXA2 par Salmonella Typhimurium est diminuée lorsque la production d’H2O2 de ces cellules est stimulée. Cet effet répulsif constituerait un rôle primordial pour DUOX au niveau des muqueuses respiratoire et digestive.<p>Lors de la fertilisation, une explosion respiratoire a lieu et de l’H2O2 est produit. Cet H2O2 fourni à l’ovoperoxydase permettrait la formation d’une enveloppe rigide autour de l’ovocyte, bloquant ainsi l’entrée de spermatozoïdes surnuméraires. Ce phénomène a été largement étudié dans l’ovocyte d’oursin, dans lequel la NADPH oxydase responsable de la production d’H2O2 a été caractérisée: il s’agit de Udx1, l’orthologue de DUOX. Chez les mammifères, le phénomène existe mais le mécanisme est en grande partie inconnu. Nous avons montré que les ARNm des DUOX sont exprimés dans l’ovocyte humain ;ceci nous permet d’émettre l’hypothèse que l’inhibition de la polyspermie chez l’homme pourrait être similaire à celle de l’oursin. <p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Dans la première partie du travail, nous avons étudié l’expression génique dans les cancers thyroïdiens survenus après l’explosion de la centrale nucléaire de Tchernobyl. L’incidence des cancers thyroïdiens papillaires a fortement augmenté après l’accident de Tchernobyl chez les enfants, offrant l’opportunité exceptionnelle d’étudier les caractéristiques moléculaires des cancers thyroïdiens radioinduits. Contrairement aux études précédentes qui comportaient toutes des facteurs confondants, nous avons pu investiguer l’expression des ARN messagers des tumeurs et de leurs tissus contra-latéraux normaux de patients exposés et de patients non exposés aux retombées radioactives, en utilisant une cohorte de patients appariés pour l’âge et l’ethnicité. L’irradiation d’une population conduit au développement de cancers dans une fraction de cette population. Les individus atteints peuvent l’avoir été de manière stochastique, ou à cause d’une prédisposition ou sensibilité particulière à l’irradiation. La comparaison des tumeurs exposées et non exposées permet d’étudier l’effet de l’irradiation, et celle des tissus normaux contralatéraux offre la possibilité d’étudier la susceptibilité aux radiations dont les implications sont nombreuses en médecine (radio-diagnostic, cancers secondaires) et en radioprotection. L’expression génomique complète a été analysée sur puces Affymetrix pour les tissus de 45 patients. Vingt-deux de ces patients ont été exposés aux retombées de Tchernobyl, vingt-trois autres, appariés selon l'âge et résidant dans les mêmes régions de l'Ukraine, n'ont pas été exposés à l’irradiation. Notre travail a mis en évidence l’existence d’une signature transcriptionnelle permettant de différencier les tissus normaux exposés des non exposés, les gènes qui composent cette signature ayant trait à la prolifération ;nos résultats suggèrent qu’un niveau plus élevé de prolifération dans les tissus normaux pourrait être associé aux cancers radioinduits, soit en tant que facteur prédisposant au cancer, soit en tant que conséquence de la radiation.<p><p>La deuxième partie du travail a été consacrée à la caractérisation in vitro de différentes lignées cellulaires humaines de cancers thyroïdiens. Ces lignées sont souvent employées comme modèles pour l’étude et le développement d’approches thérapeutiques pour ces cancers mais notre laboratoire a démontré que ces lignées s’étaient dédifférenciées au cours de leur propagation in vitro et que leurs profils transcriptionnels se rapprochaient essentiellement des tumeurs les plus dédifférenciées, les cancers anaplasiques. Nous avons tenté de ré-induire dans ces lignées l’expression des marqueurs de différenciation de la thyroïde au moyen d’agents épigénétiques, l’idée étant que ces gènes dont l’expression est caractéristique de la thyroïde ne s’expriment plus suite à l’action de mécanismes épigénétiques comme la méthylation au niveau de leurs promoteurs. Les cancers thyroïdiens dédifférenciés étant les plus agressifs et ayant perdu l’expression des facteurs de différenciation dont le transporteur sodium/iodure (NIS), ils sont inaccessibles au traitement par l’iode radioactif I131. La réexpression des marqueurs de différenciation thyroïdienne permettrait d’une part d’employer plus adéquatement les lignées comme modèle d’étude des cancers différenciés, et d’autre part d’envisager l’emploi de(s) substances(s) qui ont permis cette réexpression en tant que médicaments pour les cancers dédifférenciés. Nos travaux montrent que les traitements épigénétiques des lignées cancéreuses ne permettent pas une réinduction significative de la différenciation mais tendent à démontrer que l’inactivation épigénétique provoque dans ces lignées la perte de l’expression de gènes n’ayant aucun rôle utile pour la cellule au cours des milliers de réplications in vitro / In the first part of the work, we studied gene expression in thyroid cancers following the explosion of the Chernobyl nuclear power plant. The incidence of thyroid papillary cancers rose sharply after the Chernobyl accident in children, providing an exceptional opportunity to study the molecular characteristics of radiation-induced thyroid cancers. Unlike previous studies that included confounding factors, we were able to investigate the expression of messenger RNA from tumors and their normal contra-lateral tissue of patients exposed and not exposed to the fallout using a cohort of patients matched for age and ethnicity. The irradiation of a population leads to the development of cancer in a fraction of the population. Affected individuals may have been stochastically, or because of a particular predisposition or susceptibility to irradiation. Comparison of tumors exposed and unexposed allows to study the effect of irradiation, and the contra-lateral normal tissue offers the possibility to study the susceptibility to radiation whose implications are numerous: medical (radio - diagnosis, secondary cancers ) and radiation protection. The complete gene expression was analyzed on Affymetrix for tissues of 45 patients. Twenty- two of these patients were exposed to fallout from Chernobyl, twenty-three, matched for age and residing in the same regions of Ukraine have not been exposed to radiation. Our work has demonstrated the existence of a transcriptional signature allowing to differentiate exposed and unexposed normal tissues, and the genes that compose the signature are related to proliferation; our results suggest that a higher level of proliferation in normal tissues may be associated with radiation-induced cancers, either as a predisposing factor for cancer,or as a result of the radiation.<p><p>The second part was devoted to the in vitro characterization of different human cell lines of thyroid cancer. These lines are often used as models for the study and development of therapeutic approaches for these cancers, but our laboratory has demonstrated that these cell lines dedifferentiated during their in vitro propagation and their transcriptional profiles are essentially closer to the most dedifferentiated tumors, the anaplastic cancers. We tried to re- induce in these lines the expression of differentiation markers of thyroid using epigenetic agents, the idea being that these genes whose expression is characteristic of thyroid are no longer expressed due to epigenetic mechanisms such as methylation of their promoters. Dedifferentiated thyroid cancers are more aggressive and have lost the expression of differentiation factors including sodium/iodide transporter(NIS), they are inaccessible to treatment with radioactive iodine I131. Re-expression of thyroid differentiation markers could allow in one hand to use more adequately cell lines as models to study differentiated cancers, and secondly to consider the used substances that helped this re-expression as drugs for the dedifferentiated cancers. Our work shows that epigenetic treatments for cancer cell lines do not allow a significant re-induction of differentiation but tend to demonstrate that the epigenetic inactivation in these cell lines causes the loss of expression of genes that have no useful role in the cells over thousands of replication in vitro .<p><p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished