Le Benzo(a)pyrène (B(a)P) est un hydrocarbure polycyclique aromatique (HAP). Il provient de la combustion incomplète de matériaux organiques, de la circulation automobile, du chauffage domestique, du tabagisme et de l'alimentation. Il est métabolisé principalement dans le foie. Il existe pour le B(a)P trois voies métaboliques : la monoxygenation, la voie des peroxydases et la voie des quinones. Une fois le B(a)P biotransformé, ses métabolites sont conjugués principalement au glutathion, au PAPS (3'-phosphoadenosine-5'-phosphosulfate) et l'UDPGA (acide uridine 5'-diphosphoglucuronique). On connaît le pouvoir cancérogène et génotoxique du B(a)P, cependant, certains médicaments pourraient interférer dans une ou plusieurs voies métaboliques utilisées par ce dernier, voire même dans le processus de réparation de l'ADN lors de la formation d'adduits ADN-BPDE (BPDE : benzo(a)pyrène diol époxyde) chez l'humain. Les connaissances actuelles concernant le potentiel d'interactions des médicaments sur le pouvoir cancérogène du B(a)P restent minimes. Très peu d'information existe sur les interactions métaboliques entre le B(a)P et médicaments pouvant affecter le taux de formation des adduits à l'ADN. Les objectifs de cette étude consistent à mettre au point une méthode analytique spécifique pour mesurer le taux de formation d'adduits ADN-B(a)P et à l'appliquer pour identifier des médicaments susceptibles d'interférer dans ce processus. Pour cela, on incube des lignées cancéreuses d'hépatocytes humains (HepG2) pendant 6 h en présence de 30 µM de 7-10 14C B(a)P (doublement marqué en C7 et en C10) seul ou en présence du médicament à tester (la concentration du médicament = 10 x la concentration maximale plasmatique thérapeutique). La gamme de médicaments sélectionnée a un large spectre de consommation dans le monde. Cette gamme est composée de : l'acétaminophène, l'ibuprofène, l'acide acétylsalicylique, l'acide méfénamique, le naproxène, l'acide valproïque, le carbamazépine, le gliclazide et la théophylline. La mesure du taux de formation d'adduits à l'ADN s'est faite par détection radiométrique sur de l'ADN isolée. On a aussi comparé les taux d'adduits formés dans les échantillons témoins (exposé seulement au B(a)P) à ceux formés en présence de médicaments. A l'aide de la méthodologie développée, nous avons observé que pour certains passages de culture cellulaires (HepG2), l'ibuprofène augmente substantiellement le taux de formation d'adduit à l'ADN du B(a)P (jusqu'à 2.3 fois), alors que le naproxène et l'acide méfénamique ont plutôt un effet protecteur (jusqu'à 0.5 fois pour le naproxène et 0.7 fois pour le l'acide méfénamique). Ces résultats suggèrent que la consommation chronique de certains anti-inflammatoires non stéroïdiens pourrait augmenter (ibuprofène) ou diminuer (naproxène et acide méfénamique) le risque carcinogène. Ceci est la première étude qui se consacre à déterminer les interactions du B(a)P avec neuf médicaments. Des études plus poussées sur la cinétique de réparation de l'ADN et sur la caractérisation des différentes interactions aboutiraient à une meilleure évaluation du risque toxicologique du B(a)P. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Bezopyrene, interactions, adduits, AINS.

Des plantules de fève (Vicia faba), âgées de 12 jours sont traitées en conditions hydroponiques par 50, 100 et 200 µM de chlorure de cadmium pendant 12, 24 et 48 h. Les signes d'intoxication se manifestent par des perturbations de la croissance foliaire et racinaire accompagnées d'un brunissement des racines traitées. Nos résultats ont aussi montré, une diminution de la teneur en chlorophylle totale, un désordre nutrititionnel et des perturbations de l'absorption de l'eau dans les plantules de fève traitées. Concernant la répartition de Cd entre les feuilles et les racines de fève, nous avons montré un faible passage des ions métalliques vers les feuilles et une localisation préférentielle de ces ions dans les racines. La présence des ions cadmiques dans la solution nutritive a entrainé l'installation d'un état de stress oxydant caractérisé par une production accentuée de O2- et de H2O2 dans les racines et les feuilles de plantules de fève traitées. Dans les racines, la production de radicaux d'oxygène actif s'accompagne d'une augmentation de la production de MDA (malondialdéhyde), une stimulation de l'activité lipoxygénasique (LOX) au début du traitement et un accroissement du taux de mort cellulaire. Dans les feuilles traitées par le cadmium, nous n'avons pas montré des modifications de la production de MDA par rapport aux témoins. Face au stress cadmique, les plantules de fève mobilisent des systèmes antioxydants pour éliminer les espèces réactives de l'oxygène (ROS). Nous avons noté des perturbations des activités des enzymes antioxydantes (SOD , CAT, GPX, et des enzymes du cycle ascorbate-glutathion), des modifications des rapports ASA/DHA et GSH/GSSG et une production accentuée des composés phénoliques. Dans les racines, organes qui accumulent le Cd, nous avons noté une augmentation de la teneur en phytochélatines et une modification de l'expression de certains gènes liès au stress métallique (hsp70.1, CuZnSODcy, GR). Dans les zones méristématiques de ces organes, nous avons montré aussi une baisse de l'indice mitotique, une induction des micronoyaux et l'apparition d'anomalies chromosomiques touchant la structure et le nombre des chromosomes.

L’un des plus importants défis de la toxicologie est de pouvoir extrapoler les résultats issus des différentes phases de l’analyse du risque sanitaire à partir de systèmes expérimentaux vers les populations humaines. Dans ce contexte, les techniques globales dites "omiques" sont de plus en plus utilisées pour caractériser les différents états des systèmes biologiques. Ainsi, la toxicogénomique permet non seulement d’étudier les mécanismes d’action des composés, d’identifier des marqueurs d’exposition, mais aussi de générer des signatures moléculaires à potentiel prédictif. En effet, des composés ayant des signatures moléculaires semblables ont également de forts risques de présenter les mêmes effets toxicologiques. L’objectif de cette thèse est d’appliquer ce concept de manière systématique, en explorant les données publiées et disponibles dans les banques dédiées à la toxicogénomique via des modèles statistiques multivariés. Ces analyses ont pour objectif de permettre le regroupement et donc la classification des composés sur la base des gènes dont ils affectent l’expression. L’appartenance de produits toxiques bien caractérisés aux classes ainsi constituées permet alors d’émettre des hypothèses quant à la toxicité des autres composés. Un jeu de données quantitatives intégrant 18 études réalisées avec la même technologie de puce à ADN et chez une seule espèce a été assemblé. De ce jeu de données, 3022 signatures toxicogénomiques correspondant à 452 composés différents ont été obtenues. Des approches de classification non supervisées afin de définir des classes de traitements induisant des altérations transcriptionnelles proches ont été mises en place. 95 et 104 classes ont été obtenues en fonction des méthodes utilisées. Finalement, une attention toute particulière a été portée sur les potentiels nouveaux perturbateurs endocriniens et xénobiotiques reprotoxiques sur-représentés dans trois classes spécifiquement. 22 composés sont en cours de test sur une lignée cellulaire humaine exprimant les enzymes de la stéroïdogenèse (NCI-H295R) pour évaluer leur potentiel effet perturbateur endocrinien. L’ensemble de ce travail a ainsi permis de démontrer la pertinence de nos approches de toxicogénomique pour la prédiction des effets toxiques de composés testés dans d’autres organes et/ou chez d’autres espèces. Il se poursuit à l’heure actuelle par la mise en place d’une base de données, TOXsIgN, permettant l’hébergement et l’accès à l’ensemble de signatures de toxicogénomique générées dans ce projet. De même, mon travail a également permis la mise en place de plusieurs outils dédiés à la toxicologie prédictive et à la visualisation de données, tels que le navigateur de génomes comme le ReproGenomics Viewer (RGV). / The core aim of my thesis project is to develop predictive toxicology approaches based on the integration of massive toxicogenomics datasets using bioinformatics and biostatistics methodologies. Specific objectives include: (1) classification of chemicals based on toxicogenomics signatures, i.e. the set of genes whose expression is known to be positively or negatively altered after exposure to these compounds; (2) the association of the resulting classes with human disorders or deleterious phenotypes based on the well-known toxicants present in those classes; (3) the prediction of novel reprotoxicants and/or endocrine disruptors based on toxicogenomics signature similarities with known chemicals affecting testis development and function. The assembled toxicogenomics dataset contains 23,657 samples covering 7092 experimental conditions (one chemical, one dose, one exposure time, one tissue) for 541 chemicals in seven distinct tissues in the rat from 18 different studies. From this dataset, 3,022 experimental conditions corresponding to 452 distinct compounds are associated to a toxicogenomics signature containing more than ten genes showing an altered expression pattern after exposure. Using unsupervised classification methods, 95 chemical clusters were defined showing close toxicogenomics signatures. The phenotype association analysis using data extracted from de Comparative Toxicogenomics Database (CTD) allowed us to identify three clusters significantly enriched in known endocrine-disrupting chemicals. Currently, 22 compounds are being tested on a human cell line expressing the enzymes of steroidogenesis (NCI-H295R) to evaluate their potential endocrine disrupting effects. These researches allowed us to demonstrate the relevance of integrating massive toxicogenomics datasets to predict adverse effects of compounds tested in different organs. It is currently being pursued through the development of a novel repository, TOXsIgN. This resource provides a flexible environment to facilitate online submission, storage and retrieval of toxicogenomics signatures by the scientific community. Similarly, the current PhD project also yielded to the implementation of several tools dedicated to predictive toxicology and data visualization including the ReproGenomics Viewer (RGV).

L'approche présentement utilisée en évaluation du risque toxicologique est basée sur les tests de toxicité classiques tels que l'observation de signes cliniques visibles ou de pathologies évidentes. Cette approche est efficace pour déterminer les principaux symptômes associés à une exposition au produit de même que pour évaluer les concentrations auxquelles les animaux peuvent être exposés sans présenter d'effets secondaires apparents. Toutefois, elle ne fournit aucune information précise sur le où, le quand et le comment la toxicité apparaît, ni sur les éventuels effets à long terme pour l'individu ou pour sa descendance. Pour pallier ces lacunes, une nouvelle branche de la toxicologie s’est développée, favorisée par l’avancement des technologies : la toxicogénomique. Cette discipline s’intéresse aux impacts globaux d’un produit sur le génome et permet d’obtenir des informations sur les processus moléculaires affectés. La toxicogénomique s’inscrit donc comme une méthode complémentaire aux méthodes de toxicologie classique. L’objectif de cette thèse est de déterminer si l’embryon préimplantatoire porcin est un bon modèle toxicogénomique pour évaluer les sous-produits de la chloration et l’éthanol aux concentrations auxquelles l’humain est exposé quotidiennement. Pour ce faire, nous avons exploré différentes facettes de la toxicogénomique en intégrant la sensibilité de l'embryon préimplantatoire porcin à la puissance des biopuces transcriptomiques et épigénétiques développées dans notre laboratoire. L'avantage du jeune embryon est qu'il a le potentiel d'exprimer l'ensemble des voies de signalisation permettant ainsi de l'utiliser comme modèle pour identifier les modes d'action de produits toxiques chez des individus adultes et dans l'ensemble de ses organes. Le modèle que nous avons développé est donc un système de dépistage toxicogénomique permettant d'identifier les modes d'action de molécules toxiques et de mieux comprendre la façon dont elles induisent leurs effets néfastes sur la santé. Pour confirmer l'efficacité du modèle, nous avons exposé des embryons à de faibles concentrations de sous-produits de la chloration (bromodichlorométhane et acide dichloroacétique) et à de l’éthanol. Les concentrations utilisées correspondent à une exposition réaliste pour l'humain. Les résultats obtenus suggèrent que l’embryon préimplantatoire est vulnérable aux contaminants de son environnement et que les mécanismes adaptatifs qu’il active afin d’assurer sa survie sont compatibles avec les effets secondaires de ces produits chez l’humain exposé in utero. Tous les produits testés ont réduit le taux de survie des embryons et ont modifié leur profil transcriptomique. Toutefois, chaque produit a induit des voies de signalisation différentes, suggérant des modes d’action spécifique pour chaque produit et montrant la plasticité de la réponse embryonnaire. En somme, les résultats présentés dans cette thèse montrent que les mécanismes activés par l'embryon afin de survivre aux assauts des produits toxiques de son environnement nous fournissent des pistes d'explication quant aux modes d'action des molécules. Ces résultats supportent l'idée que les outils de toxicogénomiques combinés à l'utilisation d'un modèle hautement sensible à son environnement devraient être utilisés en évaluation du risque. / The current approach in toxicological risk assessment relies on traditional toxicity testing such as evaluation of clinical signs or pathological changes. This approach effectively provides concentrations to which an animal can be exposed without expecting any adverse outcome. However, it does not provide precise information on where, how and when toxicity occurs, as well as whether any long-term and trans-generational effects that may occur. To address this shortcoming, a new branch of toxicology recently appeared, helped by the development of technology: toxicogenomic. This field of research focuses on the global genome impact of a toxicant and provides information regarding the molecular pathways affected. Thus, toxicogenomic is complementary to classical methods. The objective of this thesis was to demonstrate that the preimplantation porcine embryo is an effective toxicogenomic model to evaluate the chlorination by-products and ethanol at environmentally-relevant concentrations. To conduct our experiments, we integrated the sensitivity of the preimplantation porcine embryo to powerful transcriptomic and epigenomic microarrays developed in our laboratory. The advantage of the early embryo is its capacity to express a plethora of pathways whilst serving as a relevant model for human. The result is a toxicogenomic screening system that better identifies the mode of action of toxicants that induce adverse health outcomes. We exposed embryos to either 0.2% ethanol or chlorination by-products found in drinking water, bromodichloromethane (BDCM) and dichloroacetic acid (DCAA). The concentrations used were similar to human exposure. Our results suggest that the preimplantation embryo is vulnerable to the toxicants present in its environment and that the adaptive mechanisms it activates are compatible with the adverse outcomes observed in human exposed in utero. All tested products induced a decreased in embryonic survival and significant modification in the transcriptomic profile. However, each product induced specific pathways, suggesting a different mode of action and demonstrating the plasticity of the embryonic response. In summary, the results presented in this thesis provide information on the mechanisms activated by the embryo in order to survive following exposure to toxicants and give insight on the mode of action of these molecules. These results support the use of toxicogenomic tools combined to sensitive animal model in risk assessment.