Les écosystèmes et les personnes sont exposés chaque jour à de multiples facteurs de stress chimiques par l'intermédiaire de multiples voies et voies en raison de la croissance économique et démographique. Considérant que l'utilisation de pesticides est particulièrement susceptible de nuire à la santé sur le lieu de travail, nous avons décidé de concevoir une méthode dédiée. Ce projet de thèse vise à développer une méthode pour examiner les effets comparatifs de différents systèmes de production agricole sur la santé des opérateurs à cause des pesticides. L'objectif est de permettre l'évaluation d'un ensemble complet d'informations à des fins d'aide à la décision, en tenant compte des bonnes et mauvaises pratiques de travail réelles. En outre, un outil d'aide à la décision pour les différentes parties prenantes (les gestionnaires de plantations dans un premier temps) pour faire la différence entre plusieurs systèmes de production concernant leur impact potentiel sur la santé des travailleurs agricoles, est en cours de développement. Cette méthode doit être basée sur des données facilement disponibles dans un délai raisonnable, et correspondant à des données significatives pour les gestionnaires, afin de leur fournir des occasions d'action dans l'innovation des cultures. Nous avons suivi quatre étapes : demander l'aide d’experts ; construire des arbres de connaissances ; développer des arbres de décision ; calculer l'impact potentiel sur la santé des travailleurs agricoles dû aux pesticides pour les opérateurs à différentes échelles, et concernant un système agricole donné dans un test de faisabilité.Les premières phases ont été mises en œuvre grâce à la Delphi experts consensus method qui a permis d'obtenir des connaissances d'agronomes, d'économistes et de spécialistes de l'évaluation des expositions afin de cartographier les différents flux de production et les origines des bonnes et mauvaises pratiques. Après avoir obtenu et interprété les résultats du calcul de l'indicateur dans le test de faisabilité, nous devrions proposer des améliorations de la méthode.Nous avons décidé de réaliser un test de faisabilité à travers des entretiens semi-structurés. Nous flanquons ces entretiens avec l'observation directe des opérateurs et des travailleurs accomplissant les différentes étapes de la production. Le but de cette comparaison est de vérifier à la fois ce que les experts ont référé dans leur narration (informations présentes dans les arbres) et ce que les personnes interrogées ont déclaré. Les producteurs conventionnels (non biologiques) ont été sélectionnés pour des entrevues. Ce travail de recherche contribue à l'étude de la manière dont le capital humain (considéré comme une entrée dans l'approche MCM) pourrait être consommée pour atteindre des résultats déterminés en termes de marché d'exportation. Le présent travail vise à encourager le travail décent en identifiant des choix possibles moins nocifs pour la santé et en garantissant un environnement et une sécurité sains. Le résultat de l'ensemble de ce travail de thèse est formalisé dans une voie méso-échelle, appelée « Wesseling pathway ». / Ecosystems and people are exposed every day to multiple chemical stressors via multiple pathways and routes due to economic and population growth. Considering that the use of pesticides is especially prone to potentially damage health in the workplace, we decided to design a dedicated method.This thesis project aims to develop a method to examine the comparative effects of different agricultural production systems on operators’ health because of pesticide. The objective is to enable the assessment of a comprehensive set of information for decision support purposes, considering the actual (good and bad) work practices. Furthermore, a decision support tool for different stakeholders (plantation managers at first) to discriminate between several production systems regarding their potential impact on farmworkers health, is under development. This method has to be based on readily available data in a reasonable time, and corresponding to meaningful data for managers, to provide them opportunities of action in crop innovation. We followed four steps: seeking help of experts; constructing knowledge trees; developing decision trees; calculating the potential impact on farmworkers health due to pesticides for operators at different scales, and regarding one given farming system in a feasibility test.The first phases were implemented through a Delphi expert consensus method eliciting knowledge from agronomists, economists and exposure assessment specialists, in order to map the different “banana workflows” and the origins of good and bad practices.After getting and interpreting results of the indicator calculation in the feasibility test, we ought to propose improvements of the method.We decided to carry out a feasibility test through semi-structured interviews. We flank these interviews with direct observation of operators and workers accomplishing the different steps of the production. The aim of this comparison is to cross- check both what experts referred in their narration (information present in trees), and what the interviewed persons declared. Conventional (non-organic) producers were selected for interviews.This research work contributes to the study of the way in which human capital (considered like an input in the MCM approach) could be consummate to reach determined results in terms of export market.The present work aims encouraging decent work through identification of possible choices less harmful to health and ensuring healthy environment and safety. The result of this entire thesis work is formalized in a meso-scale pathway, named “Wesseling pathway”.

La maladie de Huntington (MH) est une maladie neurodégénérative héréditaire autosomique dominante. Elle est due à l’expansion anormale de polyglutamine dans la partie N-terminal de la protéine huntingtine (HTT). Une des étapes clés de la pathologie est le clivage de la HTT pleine longueur en fragments N-terminaux plus petits, contenant l’expansion de polyglutamine, et qui sont toxiques pour les neurones. En effet, les clivages de la HTT mutée génère des fragments N-terminaux (N-ter) de tailles comprises entre les acides aminés 1-105 et 1-586 observés dans des extraits de cerveaux de patients MH post-mortem et dont l’implication dans la mort neuronal est bien caractérisée. Mes travaux de thèse ont visé à modéliser le clivage de la HTT et à évaluer les conséquences sur la survie neuronale.Au cours de ma thèse, j’ai développé un outil permettant de contrôler le clivage de la HTT dans le temps et à des sites spécifiques. J’ai étudié le clivage de la HTT à deux sites stratégiques : les positions clivées par la caspase-6 et par la bléomycine hydrolase/cathepsine Z. A l’aide de cet outil, j’ai montré que le clivage de la HTT confère une toxicité cellulaire qui dépend du profil du clivage. Plus précisément, J’ai décrit une interaction intramoléculaire au sein des domaines de la HTT. Mes résultats indiquent que cette interaction protège les cellules de la toxicité induite par le clivage de la HTT mutée. En effet, les clivages successifs de la HTT annulent cette interaction, ce qui induit la libération des fragments N-ter mutants et provoque la mort cellulaire à l’issue de leur translocation nucléaire. Pour conclure, au cours de ma thèse, j’ai montré que la protéolyse successive de la HTT induit des processus cytotoxiques différents. / Huntington’s disease (HD) is an autosomal dominant inherited neurodegenerative disorder caused by an abnormal polyglutamine (polyQ) expansion in the N-terminus of the protein huntingtin (HTT). A crucial step in HD pathogenesis is the cleavage of full-length HTT into smaller N-terminal (N-ter) fragments that contain the polyQ stretch and that are toxic to neurons. HTT cleavage generates short N-ter fragments whose amino-acid positions range from 1-105 to 1-586. These fragments are observed in HD post mortem brain samples and their participation in neuronal death in HD is well characterized. During my PhD research, I investigated the consequences of full-length mutant HTT proteolysis by developing a time and site-specific controlled system for HTT proteolysis. I have assessed HTT cleavage on two sites caspase-6 and cathepsin Z. My results show that HTT cleavage induces neurotoxicity in vitro as well as in vivo, toxicity which depends on HTT proteolysis pattern. Briefly, we described an intramolecular interaction within the HTT domains which is impaired upon successive proteolysis of HTT. We found that HTT intramolecular interaction buffer mutant N-ter HTT-induced toxicity. Moreover, specific cleavages of the mutant HTT generated toxic N-ter fragments as they translocate into the nucleus. To conclude, my PhD work has shown that additional cleavage of mutant HTT induces cytotoxicity by different mechanisms.

Les méthodes classiques de traitement contre le cancer, telle que la chimiothérapie (CT), sont utilisées dans le but d'enrayer la tumeur. L'Adriamycine (ADR ou doxorubicine), un agent anticancéreux, agirait entre autres en s'intercalant entre les bases d'ADN, en inhibant la topoisomérase II et en causant la production de stress oxydatif. Plusieurs effets secondaires indésirables seraient reliés à l'utilisation de ADR comme par exemple la cardiotoxicité à des doses cumulatives de 500 mg/m². Une autre limite importante du traitement de CT est la résistance pléiotropique aux médicaments (MDR), qui peut être causée entre autres par la surexpression de protéines de résistance aux médicaments tel que la MRP, Les protéines MRP, comme la MRP l, expulseraient ADR hors des cellules tumorales ce qui diminuerait son efficacité et nécessiterait l'élévation de la dose optimale de traitement, causant ainsi une augmentation de la toxicité aux tissus sains. L'hyperthermie (HT) qui consiste à élever artificiellement la température tumorale (40 à 45°C), permettrait de contourner ce phénomène MDR et ciblerait les cellules tumorales sans affecter les cellules saines. HT sensibiliserait les cellules résistantes et non résistantes aux agents anticancéreux, en augmentant la perméabilité membranaire, l'accumulation intracellulaire des agents de CT, et en inhibant la réparation de l'ADN. CT et HT mèneraient à la mort des cellules cancéreuses par activation de l'apoptose. Cependant, les mécanismes apoptotiques spécifiquement impliqués dans la mort des cellules cancéreuses lors de traitement par ADR et/ou HT ne sont pas entièrement connus et ont tenté d'être éclaircis dans le cadre de ce projet tant chez les cellules d'adénocarcinomes cervicaux non résistants (HeLa) que résistants (HeLa MRP+). Dans cette étude, la voie du récepteur de mort Fas a été la voie apoptotique d'intérêt. C'est pourquoi l'implication des différentes protéines apoptotiques de cette voie ont été étudiées comme le récepteur Fas ainsi que son ligand (FasL), la protéine adaptatrice de domaine de mort associée à Fas (FADD), les caspases 8 et 3. De plus, la recherche des causes d'activation de la voie du récepteur Fas a mené à l'investigation des espèces réactives de l'oxygène (ROS). Lors de la présente étude, une augmentation de l'expression membranaire de FasL, de FADD ainsi que de l'activité de la caspase 8 ont été observées suite au traitement par ADR (après 1, 2 et 8 h respectivement). Les résultats obtenus montrent une activation précoce de la voie des récepteurs de mort après 1 à 2 h, contrairement à celle de la voie mitochondriale qui serait plus tardive après 18 h. La phase d'exécution de l'apoptose se produit après 18 h d'exposition. La quantification des ROS chez les HeLa exposées à ADR a montré que l'anion superoxyde (O2°-) serait le ROS principalement produit. Cette production pourrait activer la voie des récepteurs de mort puisqu'elle serait la cause de l'augmentation de l'expression de FasL. En effet, l'ajout d'un antioxydant (Mn TBAP) mène à l'inhibition de la production d'O2°-, de l'expression de FasL et diminue l'activité de la caspase 8. Les résultats démontrent également que l'utilisation de HT favoriserait l'apoptose des cellules HeLa et HeLa MRP+ exposées à ADR, via un mécanisme apoptotique induit par l'augmentation de la production d'O2°-. Les résultats obtenus ont permis de mieux comprendre les mécanismes apoptotiques impliqués par l'exposition à l'ADR et/ou HT. La compréhension de ces mécanismes est critique dans le développement de nouvelles stratégies, visant à augmenter l'efficacité des traitements contre le cancer. De plus, cette étude démontre également que HT peut augmenter l'efficacité du traitement par l' ADR en sensibilisant les cellules cancéreuses résistantes et non résistantes. Ce qui fait de HT, un traitement adjuvant prometteur qui permettrait de contrer le phénotype MDR et d'augmenter l'efficacité du traitement de CT, tout en diminuant les doses optimales, la toxicité aux tissus sains et les effets secondaires indésirables qui compromettre sérieusement la qualité de vie du patient. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Chimiothérapie, Adriamycine, Résistance pléiotropique aux médicaments, MRP1, Hyperthermie, Apoptose.

Les effets du dichromate et de l'aluminium sur le transport d'électrons photosynthétique et les mécanismes de dissipation d'énergie des Photosystèmes II et l ont été évalués quand différentes espèces d'algues ont été exposées aux métaux. Les propriétés structurelles du photosystème II ont été étudiées par immunobuvardage de type Western blot et par chromatographie liquide à haute performance. Les propriétés fonctionnelles des Photosystème II et l ont été déterminées par la mesure de la cinétique de fluorescence chlorophylienne et les changements d'absorbance à 830 nm, respectivement. Pour l'étude des effets du dichromate, l'algue verte Chlamydomonas reinhardtii et des mutants de C. reinhardtii déficients du cycle des xanthophylles ont été utilisés comme modèle biologique. Pour l'aluminium, l'étude des effets de la forme ionique libre A1³⁺ a été effectuée dans un milieu acide (pH 3,0) en utilisant deux espèces d'algues tolérantes à de bas pH, Euglena gracilis et Chlamydomonas acidophila. Nous avons conclu que les rendements photochimiques maximals des Photosystèmes II et l sont diminués par les effets du dichromate. L'inhibition de la photochimie par le dichromate cause une diminution de la dissipation d'énergie par la voie photochimique du Photosystème II et une augmentation de la dissipation d'énergie sous forme non-photochimique non-régulée. L'absence d'un cycle des xanthophylles fonctionnel rend l'appareil photosynthétique plus sensible à la photoinhibition induite par la toxicité du dichromate. Pour les effets de l'aluminium sur la photochimie du Photosystème II, la dissipation d'énergie par les voies photochimiques et non-photochimiques est affectée différemment chez des espèces d'algues présentant des résistances différentes aux effets des métaux. Cette inhibition va entrainer une diminution de la production d'ATP et de NADPH menant à une diminution de la production de biomasse chez les algues sensible à l'aluminium. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Algues, Aluminium, Chlamydomonas acidophila, Chlamydomonas reinhardtii, Dichromate, Euglena gracilis, Métaux, Photosynthèse, Photosystème l, Photosystème II, Toxicologie.

De nombreux sites militaires des Forces Armées Canadiennes sont contaminés par des métaux lourds (en particulier Pb et Cd) et des substances énergétiques (en particulier HMX). Ceux-ci entrent dans l'environnement lors de l'utilisation de munitions. Le ver Eisenia andrei est considéré comme une espèce sentinelle pertinente lors de l'étude de la pollution des sols. Des tests standardisés utilisant des paramètres tels que la létalité, la croissance et la reproduction de ce ver ont été développés afin d'évaluer les effets létaux et sublétaux de contaminants environnementaux. La métallothionéine (MT) est une protéine ubiquitaire impliquée dans la liaison, la bioaccumulation, le transport, le métabolisme et la détoxification des métaux. Son induction directe par certains métaux bivalents est bien reconnue et plusieurs groupes explorent son utilisation potentielle comme biomarqueur. D'autres facteurs exogènes et endogènes induiraient également l'expression de la métallothionéine de façon indirecte. Les objectifs de cette étude sont d'évaluer la possibilité d'utiliser les protéines de type métallothionéine (MTLPs) comme biomarqueur d'effet précoce par la recherche de relations statistiques entre la reproduction et la modulation de ces protéines suite à une exposition à deux métaux lourds (Pb et Cd) et au HMX. Les outils mis à disposition sont le suivi des paramètres standards après exposition (létalité, croissance et reproduction) et la mesure des MTLPs dans les organes impliqués dans la reproduction, soit les segments 9 à 15 (gonades) et 32 à 37 (clitellum), de même que dans les tissus non impliqués dans la reproduction du ver E. andrei. La technique expérimentale utilisée pour la mesure des MTLPs est la chromatographie liquide de haute performance en phase inverse (HPLC-RP) et en mode isocratique (phase mobile K₂HPO₄/ACN/MeOH, 80 :18 :2). Les résultats obtenus confirment que les deux métaux sont effectivement toxiques et létaux pour E. andrei et que les trois contaminants (Cd, Pb et HMX) présentent des effets délétères et dose-dépendants sur la reproduction du ver. De plus, nous constatons qu'une accumulation de MTLP induite par le Cd est corrélée avec une diminution de la reproduction du ver. Concernant le Pb, aucune induction significative de MTLPs n'a été observée, laissant ainsi ouverte la question de sa relation avec les MTLPs. Enfin, la segmentation des vers a permis d'entrevoir certains effets du HMX sur les MTLPs, effets indécelables au niveau du ver entier. Pour conclure, la présente étude démontre que l'induction des MTLPs chez le ver de terre constitue une réponse physiologique tout au moins à certains métaux ainsi qu'à une substance organique (HMX); la perspective d'utiliser cet outil comme biomarqueur est donc prometteuse. De plus, cette étude confirme la pertinence de classer les métaux lourds en deux groupes selon leurs mécanismes de rétention et de détoxification. Quant à la détoxification du HMX chez E. andrei, il pourrait s'agir d'un autre mécanisme de défense cellulaire qui agirait de manière indirecte sur les MTLPs. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Métallothionéine, Cadmium, HMX, Plomb, Reproduction, Eisenia andrei, Compartiments, Biomarqueur.

L'objectif de ce projet était de déterminer les effets létaux et sub-létaux d'un savon insecticide sur le puceron vert du pêcher (Myzus persicae (Sulzer)) et une guêpe parasitoïde du puceron, Aphidius colemani (Viereck). Dans cette étude, les hypothèses suivantes ont été vérifiées: 1) la mortalité des insectes augmente en fonction de la concentration du savon, 2) les doses sub-létales du savon insecticide ont des effets sur la valeur adaptative du puceron (mesurée par la longévité, le taux de développement et la fécondité) et sur la valeur adaptative (estimée par la longueur de tibias et le nombre d'oeufs) et le comportement du parasitoïde (contact antennaire, attaque et ponte). La concentration de savon causant 100% de mortalité 24h après le traitement chez tous les stades du puceron était de 37.5 g/L. La CL₅₀ était de 1.50, 3.25 et de 5.50 g/L pour les larves de stades 1 et 2, 3 et 4, et les adultes respectivement. La longévité des pucerons qui ont survécu à la CL₅₀ était significativement différente de celle des témoins. Par contre, les larves exposées au savon n'ont pas eu un taux de développement significativement différent des témoins. La fécondité des adultes n'était pas significativement différente des témoins. Ce savon insecticide pourrait être une bonne façon de contrôler les pucerons. La concentration de savon causant 100% de mortalité 24h après le traitement chez les adultes de la guêpe était de 17.5 g/L. La CLs₅₀ était de 2.75 g/L. La survie, la longueur des tibias, le nombre d'oeufs matures par femelle émergeant de pucerons parasités et traités au savon, ainsi que le comportement des guêpes mises en contact avec des pucerons traités n'ont pas été affectés. Par contre, les guêpes ont significativement moins pondu dans les pucerons traités ayant survécu au savon. Il semble évident que les programmes de lutte biologique peuvent être améliorés par des applications de savon insecticide si ces dernières sont faites une journée avant le relâcher de parasitoïdes en serre. Ceci éviterait le contact des parasitoïdes avec le savon et permettrait aux pucerons traités de muer. Les parasitoïdes pourront ainsi pondre dans les pucerons qui auront survécu au savon ce qui augmentera le contrôle du puceron.

La pollution des milieux aquatiques par les métaux lourds demande une évaluation du risque des effets toxiques chez des espèces aquatiques. En particulier, le cadmium est connu pour être un métal non essentiel pour le fonctionnement cellulaire et toxique à faible concentration. Environ 25 000 tonnes de cadmium par année sont rejetées dans l'environnement via les activités industrielles, d'extraction de métaux, par l'emploi de pesticides et autres. Dans ce contexte, tant la formation que l'activité de l'appareil photosynthétique représente une cible importante pour les contaminants métalliques parce que l'inhibition des processus biochimiques et biophysiques de la photosynthèse affectent en entier la physiologie des plantes. Dans cette étude, la biosynthèse de la chlorophylle et la fluorescence chlorophyllienne ont été utilisées afin d'évaluer les effets toxiques du cadmium sur la formation de l'appareil photosynthétique et son activité. Dans un premier temps, l'effet toxique du cadmium a été évalué sur l'activité photosynthétique de l'algue verte. Dans cette partie, la fluorescence chlorophyllienne des algues est utilisée comme une approche pour évaluer le risque de toxicité du cadmium. Une altération de la capacité photosynthétique induite par les métaux lourds se reflète dans le rendement et la cinétique de fluorescence. Deux souches de cette espèce, une souche «sauvage» (CC-125 WT mt+) avec paroi cellulaire et une souche «mutante» (CC-400 CW 15 mt+) sans paroi, ont été employées pour étudier les effets de la paroi cellulaire sur l'absorption du cadmium et son effet toxique après 24 et 48 heures de traitement. Les courbes dose-réponse obtenues pour ces deux souches ont permis d'identifier une grande sensibilité des effets toxiques du cadmium pour les algues sans paroi par rapport à celles avec paroi en présence d'une même concentration nominale de cadmium. Les paramètres photosynthétiques de fluorescence ont indiqués que le site d'inhibition au cadmium a été au complexe enzymatique du dégagement d'oxygène associé au photosystème II. Dans la seconde partie, afin d'évaluer la capacité à synthétiser la chlorophylle dans un environnement contaminé au cadmium, la phototransformation de la protochlorophyllide (PChlide) en chlorophyllide (Chlide) par l'enzyme protochlorophyllide oxydoréductase (POR) a été étudié chez l'algue unicellulaire Chlamydomonas reinhardtii. Une souche mutante ne synthétisant pas la chlorophylle à l'obscurité a du être utilisé afin d'obtenir des cellules étiolées, c'est-à-dire que les chloroplastes de ces cellules ne sont pas encore formés. La fluorescence à basse température (77 °K) est l'outil permettant de suivre dans le temps la phototransformation des pigments et la formation des photosystèmes. Les spectres de fluorescence ont permis d'évaluer un certain retard dans la phototransformation de la protochlorophyllide en chlorophyllide ce qui a une répercussion sur la formation des photosystèmes. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cadmium, Chlamydomonas reinhardtii, Chlorophillide, Chlorophylle, Cytométrie de flux, Fluorescence, Métaux lourds, NADPH-protochlorophyllide oxydoréductase, Photosynthèse, Protochlorophillide, Toxicité.

Le toluène (TOL), le n-hexane (HEX), le cyclohexane (CHX) et l'isooctane (ISO) sont des composés organiques volatils (COVs) omniprésents dans les milieux industriels et résidentiels. L'exposition aux mélanges soulève de nombreuses interrogations en regard des possibilités d'interaction. L'inhibition métabolique étant le mécanisme d'interaction le plus plausible, pourrait aboutir à une augmentation de leur concentration interne et donc de leur toxicité. L'objectif de cette étude était de caractériser les interactions métaboliques entre le TOL, l'HEX, le CHX et l'ISO, en utilisant les préparations microsomiales de foie de rat. Nous avons donc étudié le potentiel d'inhibition du métabolisme du TOL par HEX, CHX et ISO, aussi bien que l'inhibition du métabolisme du HEX par TOL, CHX et ISO. Initialement, la mesure du coefficient de partage milieu : air (pm : air) a aussi été faite pour permettre une estimation des concentrations des inhibiteurs et des substrats dans le milieu d'incubation (CHX : 0,23 ISO : 0,21 TOL : 2,35 et HEX : 0,04). Aussi en mesurant le taux de disparition des substrats par chromatographie en phase gazeuse après des incubations de 45 min. pour TOL et de 4 min. pour HEX, le taux de métabolisme a été déterminé pour ces 2 composés incubés individuellement ou en présences des autres COVs. Les résultats suggèrent que le métabolisme du TOL est inhibé de façon compétitive par HEX et de façon incompétitive par CHX et ISO (Ki égale respectivement 0,49, 1,84 et 1,798 μM). L'inhibition de HEX par TOI est de type mixte (Ki = 4,5339 μM), alors que le CHX et l'ISO agissent sur le métabolisme de l'HEX par inhibition compétitive (Ki respectif de 0,75 et 1,54 μM). Ces données in vitro sur les interactions métaboliques pourront être intégrées dans un modèle pharmacocinétique à base physiologique (PBPK) pour prédire la dose interne résultant d'une exposition à ces mélanges chimiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : toluène, hexane, cyclohexane, isooctane, métabolisme in vitro

Le cadmium (Cd) est un métal lourd auquel la population en générale est exposée par l'alimentation. L'épithélium intestinal accumule beaucoup de Cd ingéré et représente un organe cible. Étant donné le rôle de cet épithélium dans la biotransformation de xénobiotiques ingérés, l'objectif de notre étude était d'évaluer dans quelle mesure une exposition chronique au Cd peut perturber l'expression des enzymes de biotransformation lors de la différenciation des entérocytes. Comme modèle in vitro, nous avons utilisé la lignée cellulaire humaine Caco-2 qui développe spontanément un phénotype entérocytaire. Le Cd étant connu pour troubler certaines voies de signalisation cellulaires, nous avons testé les hypothèses suivantes : 1) ce métal pourrait modifier l'expression (niveaux et/ou profil) des enzymes de biotransformation; 2) il serait susceptible d'altérer le processus de différenciation. Le profil d'expression d'enzymes de biotransformation (CYP1A1, CYP3A4 et GSTP1) a été caractérisé par RT-PCR en fonction du temps de culture : les niveaux d'ARNm de la GSTP1, de la P-gp et du CYP1A1 augmentent durant la différenciation. Parallèlement, nous avons estimé par mesure d'activité MTT (viabilité cellulaire), la LC5, soit la concentration d'exposition menant à 5% de mortalité. Lorsque les cellules sont exposées durant la phase de prolifération, une période de récupération augmente considérablement la viabilité (LC5 = 87 ± 4 vs. 15.2 ± 0.7 µM). Une LC5 de 36 ± 2 µM est obtenue lorsque les cellules sont traitées pendant la phase de différenciation montrant que la période de sensibilité maximale est pendant la prolifération. Étant donné les profils d'expression obtenus selon le temps de culture des quatre enzymes d'intérêt dans les cellules Caco-2 témoins, nous avons choisi la LC5 de 36 ± 2 µM comme concentration d'exposition pendant la phase de différenciation pour tester l'effet du Cd. Une exposition chronique à cette concentration de Cd perturbe le profil d'expression d'enzymes. De plus hauts niveaux d'ARNm de GSTP1 et de la P-gp sont alors observés mais cette induction par le Cd est diminuée en présence de vitamine D3 ou de NAC, toutes deux antioxydantes. Ainsi, l'effet du Cd sur la GSTP1 et la P-gp serait médié par un déséquilibre rédox. Des mesures d'activités enzymatiques de CYP1A1 et de GSTP1 ont été effectuées afin de corréler l'effet du Cd sur les niveaux d'ARNm aux activités. Une activité extrêmement faible d'environ 0,290 pmol/min/mg de protéines microsomales a été mesurée dans les cellules contrôles et traitées au Cd de 21 jours, soit presque 100 fois moins que ce qui est rapporté dans la littérature, mais plusieurs études ont révélé l'effet inhibiteur du Cd sur l'activité EROD. Deux types de réponses sont observées quant à l'effet du Cd sur l'activité de la GST: (1) une légère stimulation, (2) une faible inhibition. Nous avons également mesuré une diminution de la résistance électrique transépithéliale confirmant ainsi que le Cd affecte l'intégrité de l'épithélium intestinal en augmentant la perméabilité paracellulaire. Par ailleurs, nos récents résultats suggèrent que le Cd diminue l'activité de la phosphatase alcaline, un marqueur de différenciation. Néanmoins, les enzymes de biotransformation n'étaient pas toutes affectées de la même façon, l'effet du Cd sur ces enzymes n'est pas le résultat (indirect) d'une action "non spécifique" sur le processus global de différenciation. Nos résultats montrent que l'exposition intestinale au Cd pourrait avoir des répercussions sur le métabolisme de premier passage des médicaments et autres xénobiotiques absorbés oralement. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : cellules Caco-2, épithélium intestinal, cadmium, entérocyte, CYP1A1, CYP3A4, GSTP1

Le mercure (Hg) est un polluant global qui pose plusieurs risques pour la santé humaine. Le poisson, qui peut bioaccumuler des quantités importantes de Hg, renferme aussi des nutriments et assure la sécurité alimentaire de plusieurs populations humaines. Le projet CARUSO, au sein duquel les présentes recherches ont été réalisées, utilise une approche écosystémique, interdisciplinaire et participative pour étudier les sources de Hg et ses effets dans la région du Bas-Tapajos, en Amazonie brésilienne. Au début des années 2000, lors d'un atelier avec les villageois sur les résultats des études précédentes, les femmes du village ont demandé aux chercheur-es s'il existait des aliments qui pourraient influencer les effets du Hg sur leur santé. Ceci a amené l’équipe du CARUSO à initier de nouvelles études sur les sources possibles et le rôle du sélénium (Se) dans cette région. Le Se est un oligoélément qui constitue le centre actif d'au moins 25 sélénoprotéines. Ces dernières sont indispensables pour le cerveau, notamment pour le protéger contre les dommages du stress oxydatif. Plusieurs études animales, souvent parcellaires et contradictoires, soutiennent que le Se protège contre les effets toxiques du Hg. Ces auteur-es suggèrent que le Se pourrait soit compenser les effets du stress oxydatif causé par le Hg, former des complexes inertes Hg-Se ou réduire la biodisponibilité du Hg dans les organes-cibles. Les quelques études chez les populations exposées au Hg n'ont toutefois pas montré de tels effets du Se chez les humains. Par ailleurs, quelques études suggèrent que le Se pourrait aussi réduire le stress oxydatif causé par l'exposition au plomb (Pb), une autre substance toxique récemment identifiée chez les riverains de cette région. Les aliments sont la principale source de Se et leurs teneurs en Se varient suivant plusieurs facteurs dont les niveaux de Se présents dans les sols. Un apport alimentaire insuffisant ou excessif en Se peut avoir des effets néfastes sur la santé. La déficience de Se est associée notamment à une augmentation des maladies cardiaques et de divers types de cancer. Les effets toxiques causés par un excès de Se sont moins fréquents et ont été rapportés chez des populations chinoises vivant dans des écosystèmes naturellement très riches en Se. Les signes et les symptômes de toxicité associés à un excès de Se sont l'apparition graduelle de signes dermiques et de problèmes gastro-intestinaux suivis de troubles moteurs et sensoriels. Récemment, un statut élevé de Se a aussi été associé à une prévalence élevée de diabète, d'hypercholestérolémie et d'hypertension chez différentes populations aux États-Unis, en France et en Angleterre, qui consomment une quantité importante de suppléments alimentaires de Se. La première étude sur le Se menée par l'équipe du CARUSO montre que, chez les riverains du Bas-Tapajos, le statut de Se varie de normal à très élevé et de façon importante entre les communautés. Selon la littérature, certains aliments présents dans la région d'étude pourraient contenir des niveaux considérablement élevés de Se. Cependant, aucune information pouvant expliquer les variations du statut de Se chez les riverains, par exemple les niveaux de Se dans les aliments ou les niveaux de Se dans les écosystèmes terrestres et aquatiques de la région du Tapajos, n'est disponible. Le Hg constitue un problème important pour ces communautés amazoniennes. L'exposition au Pb, récemment découverte, pourrait exacerber les effets néfastes du Hg sur la santé des riverains. La présente recherche utilise une approche écosystémique pour mettre en lumière dans quelle mesure le Se peut contribuer à réduire les effets de ces substances toxiques sur la santé des riverains. Les objectifs de cette thèse sont: (i) d'évaluer les variations saisonnières du statut de Se à l'aide de différents bioindicateurs; (ii) d'identifier les sources alimentaires de Se dans plusieurs villages du Bas-Tapajos; (iv) d'examiner les relations entre les bioindicateurs de Se et les effets connus de la toxicité du Se, et; (v) d'évaluer les relations entre les bioindicateurs de Se et les effets sur les fonctions motrices et les cataractes séniles, seuls et en lien avec le Hg et le Pb. Une première phase de cette recherche a eu lieu dans six communautés de la région du Bas-Tapajos en 2003 et 2004. Deux études transversales ont été réalisées: à la saison de la décrue des eaux (N = 259) et à la saison de la crue des eaux (N = 137), avec des mesures répétées pour un sous-groupe (N = 112). Les niveaux de Se ont été mesurés dans le sang (B-Se), les cheveux (H-Se) et l'urine (U-Se). Les résultats de cette étude montrent une importante variation interindividuelle des niveaux de B-Se (de 142 to 2447 ug/L), sans variations particulières d'une saison à l'autre (médiane 284 et 292 ug/L respectivement). Toutefois, l'analyse séquentielle de segments de cheveux montre une variation significative du statut de Se dans le temps: les niveaux de H-Se étaient significativement plus bas à la saison de la décrue des eaux comparé qu'à celle de la crue des eaux (médiane: 0.7 et 0.9 ug/g, plage d'étendue: 0.2-4.3 et 0.2-5.4 ug/g respectivement). Lors des deux saisons, les relations entre les niveaux de B-Se et de H-Se étaient linéaires et hautement significatives, alors que celle entre les niveaux de B-Se et de U-Se était mieux décrite par une courbe sigmoïde. Les variations temporelles de H-Se suggèrent qu'il y ait des variations saisonnières importantes des sources locales de Se. Chez les populations présentant un statut de Se hautement variable ou élevé, les analyses séquentielles de H-S peuvent constituer un bioindicateur utile pour évaluer les variations temporelles et le statut mensuel de Se. Pour la seconde phase de cette recherche, réalisée en 2006, nous avons recruté 448 personnes, âgées de 15 à 87 ans, dans 12 communautés de la région. Les niveaux de Se et de Hg ont été mesurés dans le sang, le plasma, les cheveux et l'urine et les niveaux de Pb ont été mesurés dans le sang. Des questionnaires ont permis de collecter des données sociodémographiques, sur les fréquences de consommation des aliments potentiellement riche en Se, sur la présence des symptômes de toxicité du Se et sur l'histoire médicale des participants. Une évaluation de signes de la toxicité du Se (cheveux, ongles et peau) a été réalisée par une infirmière. Tous les participants ont également subi un examen visuel complet et réalisé une batterie de tests neuromoteurs pour évaluer la coordination motrice, la dextérité manuelle et la force de préhension. Des échantillons d'aliments et d'eau consommée par les riverains ont aussi été collectés dans quatre de ces communautés. Les analyses du Se dans les aliments de la région ont montré que les noix du Brésil (Bertholletia excelsa) sont une excellente source de Se, mais avec des concentrations hautement variables, 0.4 à 158.4 ug/g. D'autres aliments comme le poulet, la viande de chasse, les œufs et le bœuf avaient des niveaux élevés de Se (0.3-1.4 ug/g), alors que le borécole, les patates douces, le riz et les pupunha avaient des niveaux moyens de Se (0.l-0.2 ug/g). Selon le type d'aliment, les niveaux de Se ne suivaient pas les mêmes profils de variation entre les communautés. Les niveaux de Se dans l'eau potable étaient négligeables (< 1.4 ug/L). Les niveaux de B-Se étaient positivement associés à la consommation de noix du Brésil, de poulet et de viande de chasse. Les noix du Brésil contenaient aussi des niveaux hautement variables et parfois très élevés de Ba (1.9-1437 ug/g) et de Sr (3.3-1 73 ug/g). Chez les participants, les niveaux de B-Se variaient entre 103.3-1500.2 ug/L (médiane 228.4 ug/L), de Se plasmatique (P-Se) entre 53.6-913.2 ug/L (médiane 134.8 ug/L), de H-Se entre 0.4-3.8 ug/g (médiane 0.7 ug/g) et de U-Se entre 2.3-1375.0 ug/g creat. (médiane 33.6 ug/g creat.). Les médianes de Hg sanguins (B-Hg) et Pb sanguins (B-Pb) étaient de 42.5 ug/L et de 113.0 ug/L respectivement. Même si les niveaux de B-Se et P-Se dépassaient les concentrations considérées toxiques, aucun signe ou symptôme de toxicité du Se n'était associé aux bioindicateurs de statut de Se. Par ailleurs, les bioindicateurs de Se (surtout le P-Se) étaient positivement reliés à de meilleures performances pour tous les tests moteurs, en tenant compte des variables sociodémographiques et des bioindicateurs de B-Hg et de B-Pb. Les coefficients de régression pour les bioindicateurs de Se étaient considérablement plus élevés lorsque les modèles étaient contrôlés pour le B-Hg. Aucune interaction entre les bioindicateurs de Se, Hg et Pb n'a été observée. Chez les adultes de 40 ans et plus, 32.7% présentaient des cataractes séniles. Les rapports de cote pour la prévalence des cataractes séniles, ajustés pour l'âge et la consommation de cigarette, montrent un effet bénéfique du P-Se à des concentrations >111 ug/L et des effets néfastes du B-Hg à des concentrations >25 ug/L (0.25 [0.10-0.69] et 4.52 [1.35-15.16], respectivement). Lorsque les concentrations de P-Se étaient >111 ug/L, aucune association entre le B-Hg et la prévalence de cataractes séniles n'a été observée. Cette thèse est la première recherche à montrer l'absence d'effets toxiques du Se chez des populations ayant un statut élevé de Se venant des aliments et des effets bénéfiques du Se sur les fonctions motrices et les cataractes séniles. Cette recherche met aussi en lumière que des interrelations entre le Se et le Hg chez l'humain sont possibles, mais plus complexes qu'un ratio molaire Se:Hg de 1:1. Chez des populations exposées à des niveaux élevés de Hg, un statut adéquat, et même élevé de Se, pourrait jouer un rôle crucial pour atténuer les effets toxiques du Hg ou maintenir l'activité optimale des sélénoprotéines. Plus d'études sont nécessaires pour comprendre dans quelles conditions le Se dans les aliments affecte la santé chez des populations avec une exposition faible ou modérée au Hg. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Sélénium, Mercure, Noix du Brésil, Fonctions motrices, Cataractes séniles, Amazonie brésilienne.