La fumée de cigarette, reconnue comme étant carcinogène, est un aérosol complexe composé de plusieurs milliers de substances chimiques susceptibles de réagir avec les biomolécules. Aussi l’identification des modifications post-traductionnelles des protéines induites par la fumée de cigarette s’avère être un enjeu majeur à la compréhension de certaines pathologies telles que les cancers ou les maladies cardiovasculaires.L’objectif de ce travail a été de développer une méthode d’analyse basée sur la spectrométrie de masse à haute résolution afin d’identifier et de localiser les modifications des protéines exposées à la phase gazeuse de la fumée de cigarette. Deux techniques ont été utilisées : l’analyse MALDI-TOF-TOF et l’analyse nanoESI-FT-ICR couplée à la nano chromatographie liquide. Dans le but d’optimiser la réaction avec la fumée de cigarette, des modèles de réactions ont été développés sur des peptides et protéines standards. Ainsi des réactions d’oxydation et de nitration ont été effectués à partir des radicaux libres HO° et NO2° tandis que des réactions de formation d’adduits ont été réalisées à partir d’un équivalent d’aldéhyde (formaldéhyde, acétaldehyde, malonaldéhyde, acroléine, crotonaldéhyde et glyoxal). Les mêmes standards protéiques ont ensuite été exposés à la fumée de cigarette à l’aide d’une machine à fumer. Par comparaison avec les modèles de réaction, des adduits provenant de l’acétaldéhyde, de l’acroléine et du crotonaldéhyde ont pu être identifiés et localisés sur des résidus lysines spécifiques. Ces résultats ont permis de mettre en évidence que les protéines étaient majoritairement modifiées par les aldéhydes contenus dans la fumée de cigarette. / Cigarette smoke, well known to be carcinogen, is a high complex aerosol composed of further thousands of chemicals able to react with biomolecules. Also the identification of post-translational protein modifications induced by cigarette smoke is a major stake for the understanding of some pathology like cancer and cardiovascular disease. The aim of this work was to develop an analytical method based on high resolution mass spectrometry in order to identify and localize protein modifications induced by cigarette smoke. Two techniques were used: a MALDI-TOF-TOF analysis and a on line nano liquid chromatography nanoESI-FT-ICR analysis. In order to optimize reaction with cigarette smoke, model reactions were developed on standard peptides and protein. Thus oxidation and nitration were realized using HO° and NO2° free radicals while formation of adducts was performed using 1 eq of aldehydes (formaldehyde, acetaldehyde, malonaldehyde, acrolein, crotonaldehyde and glyoxal). Same proteins were then exposed to cigarette smoke using a smoking machine.By comparison with model reactions, adduct coming from acetaldehyde, acrolein and crotonaldehyde were identified and localized on specific lysine amino acids. These results allowed highlighting that proteins are principally modified by aldehydes contained in cigarette smoke.

La réactivité à la phase gazeuse, ou réactivité intrinsèque, a une grande importance puisque l’absence d’interactions avec un solvant peut donner lieu à une réactivité très diffèrent donc, nous permettant d’avoir une meilleure connaissance des propriétés moléculaires. Avec l’émergence en 1900 de nouvelles techniques expérimentales, plus précisément des techniques pour ioniser plus doucement, la chimie des ions en phase gazeuse s’est développée significativement et a supposé en changement dans l’idée de la réactivité chimique. Cet manuscrit est divisé en deux parties chacune d’elles concernant un aspect diffèrent de la réactivité en phase gazeuse.La premier partie, Part I, étude l’acidité intrinsèque d’une série de bases de Lewis du groupe 15 du tableau périodique, l’accent étant mis sur le changements d’acidité ayant lieue après la formation du complexe de Lewis. Divers acides de Lewis appartenant ou groupe 13 on été tenus en compte. Afin d’expliquer l’origine de l’augment d’acidité observé plusieurs méthodes théoriques on été employés. Pour le calcul de l’acidité intrinsèque ont a employé la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT, sigle pour Density Functional Theory) et des méthodes qui sont basées à la fonction d’onde. Pour décrire les variations dans la configuration électronique ayant lieu à la formation du complexe (et qui sont les responsables du changement d’acidité susmentionné) nous avons utilisé des méthodes complémentaires pour l’analyse de la population électronique (AIM, ELF et NBO). Il est important de souligner qu’une partie des résultats présentés dans cet manuscrit on été déjà corroborés par les résultats expérimentaux.La deuxième partie, Part II, est centrée sur l’étude de la réactivité unimoléculaire des ions formamide-M2+ (M = Ca, Sr). Dans ce cas particulier, les ions choisis avaient été déjà étudiés expérimentalement avec la technique de dissociation induite par collision (CID, sigle pour Collision Induced Dissociation). Tout au long de cette deuxième partie, nous avons étudié et caractérisé les différents mécanismes de fragmentation des deux ions, en utilisant diffèrent méthodes théoriques qui sont complémentaires entre eux. Premièrement, ont a évalué divers fonctionnelles afin de trouver le plus approprié pour maintenir le coût computationnelle bas au même temps que d’obtenir des résultats fiables. Ensuite, on a modélisé par moyen de simulations de dynamique la réactivité aux temps courts (< 2.5 femto seconds). En outre, en se servant des données obtenues antérieurement, on a étudié la cinétique de fragmentation avec la théorie statistique RRKM, pour les réactions «lents » (t > 2.5 fs). L’utilisation de cette procédure multi-échelle nous permet de rationaliser l’origine de tous les produits observés expérimentalement ainsi que de donner une explication aux différences entre les deux ions considérés. Pour finir, dans le quatrième chapitre sont énumérés et décrits brièvement les différents méthodes employés au cours de cet travail, tant théorétiques que expérimentaux. / The so-called intrinsic reactivity (gas-phase reactivity) is of great importance since the absence of interaction with a solvent can result in very different reactivity patterns, allowing for a better understanding of molecular properties. With the advent in the 1900s of new experimental techniques, notably soft ionization methods such as electrospray ionization, the gas-phase ion chemistry has significantly developed in the last decades of the 1900s with a concomitant change in our view of chemical reactivity. The present manuscript is divided in two different parts, each one dealing with different aspects of gas-phase reactivity.Part I is concerned with the study of the intrinsic acidity of a series of group 15 Lewis bases. The changes on the aforementioned intrinsic acidity as the Lewis bases form adducts with group 13 Lewis acids is the main subject of this part. Thus, the origin for the acidity enhancement observed upon adduct formation is rationalized by means of different theoretical methods. High-level DFT and ab initio calculation were performed in order to compute theoretical acidities of the molecules under survey. Complementary to this, population analysis techniques such as AIM, ELF, and NBO were used to analyze the changes on the electronic configurations of those molecules and therefore provide with an explanation to the observed acidities. It is worth to stress the fact that part of the results were as well confirmed by means of experimental measurements. Part II focuses in unimolecular reactivity of molecular ions, namely, formamide-M2+ (M = Ca, Sr). In this case, experiments studying the Collision Induced Reactivity (CID) of these ions were already performed and through the second part of this manuscript the fragmentation mechanism of both ions are studied and characterized using different, but complementary, theoretical techniques. It is worth to mention that in a very first-step, an assessment of different methods to perform reliable electronic structure calculations while maintaining the lower possible computational cost. In the one hand, a kinetic study of the fragmentation process using the statistical theory RRKM, to describe the long-time reactivity (> fs). On the other hand, direct dynamics simulations are performed in order to describe the short-time (< 2.5 fs) non-statistical reactivity. This multi-scale approach allowed us to account for all the products observed in the CID experimental spectra of formamide-M2+ ( M = Ca, Sr), as well as the differences between them. In the fourth chapter a summary of the experimental and theoretical procedures used to perform the work presented in this manuscript is provided.

L'ypérite est une arme chimique de guerre de la famille des vésicants. Sa facilité de synthèse et l'existence de stocks importants dans le monde en font une menace à la fois pour les populations civiles et les militaires. Cette menace est renforcée par le fait qu'à l'heure actuelle il n'existe pas d'antidote efficace contre ce toxique de guerre. L'alkylation de l'ADN par l'ypérite aboutit à la formation d'adduits. L'objectif de cette thèse a consisté à mettre au point une méthode de détection quantificative de ces adduits par chromatographie liquide haute performance couplée à la spectrométrie de masse en tandem (HPLC-MS/MS) et d'appliquer cette méthode à l'étude de leur formation et de leur persistance après une exposition cutanée chez la souris SKH-1. Les résultats ont montré dans la peau exposée que la fréquence des adduits était maximale dès 6h post-exposition. Toutefois, leur persistance était relativement longue puisqu'ils étaient toujours détectables 3 semaines après exposition. Une diffusion radiale de l'ypérite a été mise en évidence par la détection des adduits qu'elle forme dans des échantillons de peau non directement exposés. Les adduits ont été également détectés dans plusieurs organes internes. La fréquence maximale des adduits a été mesurée 6h ou J1 post-exposition. Ils ont été décelés jusque J21 post-exposition. Les résultats ont montré qu'il se formait plus d'adduits dans le cerveau et les poumons que dans les reins, la rate et le foie. La persistance des adduits dans le cerveau et les poumons était moindre après la détersion de la peau exposée, illustrant ainsi la constitution dans cette dernière d'un réservoir d'ypérite. La mesure des activités de réparation de l'ADN a montré que l'ypérite exerçait une double action génotoxique, à savoir formation de dommages à l'ADN et inhibition des activités de réparation. / Sulphur mustard is a chemical warfare which belongs to the vesicants family. Its easy synthesis and the existence of important stocks in the world make it a threat for both the general population and militaries. This threat is reinforced by the fact that currently there is not efficient antidote against this war toxic. DNA alkylation by sulphur mustard leads to adducts formation. The objective of this thesis consisted in developing a method of quantification of these adducts by high performance liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry (HPLC-MS/MS) and to apply this method to the study of the formation and persistence of the adducts after cutaneous exposure in SKH-1 mouse. Results have shown in exposed skin that adducts frequency was maximal as soon as 6h post-exposure. A radial diffusion of sulphur mustard was highlighted by the detection of adducts it forms in skin samples non-directly exposed. Adducts were also detected in several internal organs. Maximal frequency was measured at 6h or d1 post-exposure. They were detected until d21 post-exposure. Results have shown that adducts were produced in larger amount in brain and lungs than in kidneys, spleen and liver. The persistence of adducts was lower in brain and lungs after the detersion of exposed skin, thus illustrating the constitution of a reservoir of sulphur mustard in this tissue. Measurement of DNA repair activities showed that suilphur mustard behave as a two-edge sword genotoxic, namely formation of DNA damages and inhibition of repair activities.

L’allergie est une pathologie touchant un très grand nombre de personnes à travers le monde en particulier dans les pays industrialisés. Actuellement seule l’éviction totale de l’allergène évite toute nouvelle réaction allergique. Jusqu’à présent différents types de tests ont été développés afin de déterminer le pouvoir allergisant d’un grand nombre de composés. Parmi ces tests certains font appel à l’utilisation de la voie animale. Cependant, dans le cadre de la législation sur les cosmétiques ces tests sont amenés à disparaître. Dans ce contexte il est nécessaire de développer des stratégies intégrées combinant à la fois des tests in silico, in chemico et in vitro. Ce travail de thèse propose d’analyser des données de réactivité issues de tests « in chemico » réalisés au laboratoire, et de les comparer avec des données biologiques issues de tests « in vitro » sur l’activation de la voie Keap1/Nrf2/ARE chez les lignées de cellules dendritiques de type THP-1 et MoDCs (INSERM UMR-996). Ainsi, la réactivité de 10 composés connus pour leur implication dans des réactions allergiques a été étudiée au cours de ce travail permettant d’apporter des éléments de réponse sur l’existence d’une corrélation entre la capacité d’une molécule à réagir avec une protéine, et donc à être sensibilisante, et le stress oxydant induisant la maturation des cellules dendritiques. / Contact dermatitis is one of the most common health problems and is highly prevalent in industrialized countries. Currently, only the total eviction of the allergen can prevent further allergic reactions. Since several years, different tests have been developed to determine the sensitization potential of a large number of compounds. Some of them are based on animal models. However, the cosmetic legislation now bans this kind of tests. In this context, the development of integrated strategies based on in silico, in chemico and on in vitro assays seems to be necessary. The aim of this PhD work is to compare reactivity data from in chemico tests realized at the laboratory, with biological data obtained from in vitro tests concerning the activation of the Keap1/Nrf2/ARE pathway in THP-1 and MoDCs dendritic cells (INSERM UMR-996). The reactivity of 10 compounds known for their implication in allergic contact dermatitis has been studied to show if a correlation exists between the potential of sensitization of allergens and the oxidative stress inducing dendritic cells maturation.

Dans un premier temps, la bis- et tris-fonctionnalisation du C60 a été effectuée par une approche macrocyclique. Différents bis- et tris-adduits du C60 ont été obtenus avec de bonnes régioselectivités. Dans un deuxième temps, la tris-fonctionnalisation du C60 a été effectuée par une approche « tête directrice ». Par cette approche, un accès rapide, simple, régio- et stéréo-sélectif à des tris-adduits e,e,e approprié à la formation d’hexa-adduits d’ordre d’addition octaédrique a été obtenu. La synthèse et la séparation de tris-adduits e,e,e optiquement purs ont également été réalisées. Les dérivés polyols obtenus par déprotection des groupes silylés ouvrent de nouvelles perspectives pour la post-fonctionnalisation de multi-adduits de C60. A partir de nos méthodologies de synthèse de bis- et tris-adduits de C60, des synthons d’hexa-adduits mixtes de C60 ont été préparés. La post-fonctionnalisation de ces synthons a été effectuée par réaction de cycloaddition1,3-dipolaire de type Huisgen mais aussi par réaction d’estérification, afin d’obtenir des hexa-adduitsde C60 multifonctionnels. La méthodologie de synthèse d’hexa-adduits de C60 multifonctionnels aété mise à profit pour l’élaboration d’édifices hyperfonctionnels comportant plusieurs hexa-adduits de C60 autour d’un hexa-adduit de C60 central. La post-fonctionnalisation des synthons hexa-adduits mixtes par chimie « click » donne accès à la préparation contrôlée de nouveaux nanomatériaux globulaires multifonctionnels. / In a first instance, the bis- and tris-functionalization of C60 was performed by a macrocyclic approach. Different bis- and tris-adducts of C60 were obtained with good regioselectivity. In a second instance, the tris-functionalization of C60 was performed by a “tether-directed” approach. By this approach, a fast, simple, regio- and stereoselective access to C60 e,e,e tris-adduct suitable for the formation of C60 hexa-adducts with an octahedral addition pattern was obtained. The synthesis and the separation of optically pure e,e,e tris-adducts was also realized. The polyol derivatives obtained by deprotection of the silyl groups open new perspectives for the post-functionalization of C60 multiadducts. Using our synthesis methodologies of bis- and tris-adducts of C60, mixed hexa-adducts building blocks were prepared. The post-functionalization of these building blocks was carried out by copper catalyzed azide-alkyne 1,3-dipolar cycloadditions but also by esterification reactions to obtain multifunctional C60 hexa-adducts. The methodology for the synthesis of multifunctional C60 hexa-adducts was used for the elaboration of fullerodendrimers containing several C60 hexa-adducts around a central C60 hexa-adduct. The post-functionalization of the mixed hexa-adducts building blocks by “click” chemistry gave access to the controlled preparation of new globular and multifunctional nanomaterials.

Nous avons développé de nouvelles réactions de formation de liaison carbone-carbone catalysées par les complexes du rhodium utilisant les organotrifluoroborates de potassium. Ces dérivés du bore, facilement synthétisés, constituent une alternative, en terme de réactivité et de stabilité, aux acides boroniques. Les réactions d'additions-1,4, catalysées par le rhodium, d'organotrifluoroborates de potassium sur des substrats alpha,béta-insaturés ont été étendues aux énoates. Aussi, pour la première fois, les esters alpha-aminés ont pu être préparés par addition de Michael sur des alpha-aminoacrylates en présence de ligands chiraux et d'un agent de protonation efficace: le guaiacol. Une voie d'accès très simple aux alcènes trisubstitués à partir d'adduits de Baylis-Hillman a également été décrite et procède par un mécanisme d'addition conjuguée / béta-hydroxyélimination original. Enfin, nous avons abordé la synthèse de la Biphénomycine A: un tripeptide cyclique possédant une activité contre les bactéries à gram positif.

Les amines hétérocycliques aromatiques (AHA) sont des contaminants de l'environnement et de l'alimentation, majoritairement formés lors de la cuisson de viande et poisson ainsi que dans la fumée de cigarette et les gaz d'échappements. Les AHA sont mutagènes chez la bactérie, cancérogènes multi-sites chez le rongeur et sont classées comme cancérogènes possibles ou probables chez l'Homme par l'IARC. Il est aujourd'hui indispensable de caractériser des biomarqueurs d'exposition dérivés des AHA (adduits à l'ADN et métabolites) pour améliorer l'estimation du risque chez l'Homme. Des résultats de l'équipe ont démontré que le 2-amino-9H-pyrido[2,3-b]indole (AαC) forme des niveaux d'adduits à l'ADN élevés dans les hépatocytes humains. Ces niveaux sont plus élevés que ceux formés par les autres AHA. L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre le potentiel génotoxique d'AαC chez l'Homme. Nos travaux ont démontré que les adduits à l'ADN dérivés d'AαC sont persistants dans les hépatocytes humains et formés à des doses aussi faibles que 1nM. De plus, le CYP1A2 a été confirmé comme enzyme majoritaire dans la bioactivation d'AαC dans le foie humain. Nous avons également caractérisé les métabolites majeurs dérivés d'AαC dans les hépatocytes humains. Cette étude a permis d'établir pour la première fois une corrélation entre l'activité catalytique du CYP1A2, la formation d'AαC-HN2-O-Gl et la formation des adduits à l'ADN dérivés d'AαC. Le métabolite AαC-HN2-O-Gl étant réactif vis-à-vis de l'ADN in vitro, nos travaux confortent l'hypothèse que la voie des UDP-Glucuronosyltransférases (UGTs) est une nouvelle voie de bioactivation d'AαC dans le foie humain. De plus, nous avons montré que les adduits à l'ADN dérivés des AHA sont formés dans les lymphocytes T humains activés et en particulier les adduits en position C8 de la guanine dérivés d'AαC. Au total, ces travaux ont permis l'identification de métabolites stables et des adduits à l'ADN, potentiels biomarqueurs d'exposition à AαC, qui sont indispensables pour une meilleure estimation du risque génotoxique d'AαC chez l'Homme. / Heterocyclic aromatic amines (HAA) are environmental and food contaminants, mainly formed during meat and fish cooking, but also in cigarette smoke and exhaust gaz. HAA are mutagenic in bacteria, carcinogenic in rodents and are classified as possible or probable human carcinogens by IARC. Today it is essential to characterize exposure biomarkers i.e. DNA adducts and metabolites, to assess the human risk associated with HAA. The research team has previously demonstrated that 2-amino-9H-pyrido[2,3-b]indole (AαC) form high levels of DNA adducts in human hepatocytes. These levels are greater that those derived from other HAAs. Thus, the aim of this thesis was to better understand the genotoxic potential of AαC in human. We demonstrated that in human hepatocytes, DNA adducts derived from AαC are persistent and formed at doses as low as 1nM. Moreover, we confirmed that CYP1A2 is the major enzyme implicated in the bioactivation of AαC in human liver. We have also characterized the major metabolites derived from AαC formed in human hepatocytes. This study allows, for the first time, the establishment of a correlation between the catalytic activity of CYP1A2, AαC-HN2-O-Gl formation and AαC derived DNA adducts formation. AαC-HN2-O-Gl being reactive toward DNA in vitro, our work reinforces the hypothesis that the UDP-glucuronosyltransferase (UGTs) pathway is a new bioactivation pathway for AαC in human liver. Moreover, we demonstrated the formation of HAA derived DNA adducts, especially those derived from AαC at position C8 of guanine, in activated human T lymphocytes. Taken together, our data lead to the identification of stable metabolites as well as DNA adducts which are potentials AαC exposure biomarkers in human. These biomarkers are essential for a better assessment of the genotoxic risk of AαC in human.

En Europe, le nombre de cancers est en constante augmentation et explique l’augmentation des traitements. Les bases de ces traitements sont la chimiothérapie et la radiothérapie, seules ou en association. Les chimiothérapies sont effectuées à l’aide de médicaments anticancéreux qui ont des propriétés toxiques pour les cellules. Après administration des traitements aux patients, les médicaments sont excrétés et se concentrent dans les effluents hospitaliers et les réseaux d’égouts. Bien que beaucoup de ces composés soient éliminés dans les stations d’épuration, certains sont difficilement biodégradables et sont directement rejetées dans le milieu naturel où ils représentent un risque toxique pour la flore, la faune et l’Homme. Bien que les concentrations soient faibles (ng/L - μg/L), très peu de données sont disponibles sur leurs impacts écotoxicologiques. Leur présence dans l’environnement est d’autant plus préoccupante que les produits de métabolisation sont souvent plus toxiques que la substance d’origine. L’objectif de la thèse a été d’évaluer le risque (éco)toxicologique induit par de faibles doses de médicaments rejetés seuls ou en mélanges dans les effluents hospitaliers, urbains et dans l’environnement. De par leur utilisation courante dans les traitements anticancéreux, trois molécules ont été sélectionnées pour notre étude : la ciprofloxacine (antibiotique), le tamoxifène (perturbateur endocrinien), et le cyclophosphamide (anticancéreux). Des gammes de concentrations représentatives des effluents hospitaliers, station d’épuration et de l’environnement ont été testées à l’aide de bioessais appliqués à des organismes aquatiques (V. fischeri, P. subcapitata, L. minor) et de biomarqueurs appliqués à une levure (S. cerevisiae) et des cellules humaines hépatiques et mammaires. La viabilité cellulaire (test MTS) et la génotoxicité (cassures à l’ADN et adduit à l’ADN) ont été comparés aux tests standardisés Microtox ®, Algaltoxkit F™, ainsi que d’inhibition de croissance de Lemna minor. Le potentiel perturbateur endocrinien a été évalué en parallèle à l’aide du test YES/YAS. Cette batterie de tests a ensuite été appliquée a des effluents bruts (hospitaliers, station d’épuration) pour en évaluer le potentiel (géno)toxique. Des échantillons à proximité de l’hôpital de Gérone (Espagne) ont été prélevés en sortie de l’hôpital, en entrée et en sortie de station d’épuration, pendant trois mois consécutifs. Plusieurs effets de toxicité ont été observés sur les modèles d’étude, comme notamment l’apparition de phénomènes d’hormèses sur la viabilité des cellules hépatiques exposée au tamoxifène et à la ciprofloxacine, seuls ou en mélange. Le même schéma est observé pour les mélanges avec le test Microtox®. D’autre part, l’exposition respective des cellules hépatiques et mammaires aux médicaments n’entraîne pas de cassures de l’ADN et entraine l’apparition d’adduits seulement avec le tamoxifène, alors qu’on note une augmentation dose-dépendant des cassures et des adduits à l’ADN après exposition aux mélanges. De même, une réponse positive est observée avec le test Algaltox F™. Concernant les effluents, les effets dépendent à la fois du type d’organisme et du temps d’exposition. Les tests Microtox®, Algaltox F™ et le post-marquage des adduits à l’ADN sont apparus être les pertinents pour l’analyse. Les interactions observées entre les composés mettent en avant la nécessité d’évaluer les effets des contaminants à petites doses en mélanges, à plusieurs temps d’exposition et avec différents tests. L’application d’une telle batterie de tests à des échantillons environnementaux permet de qualifier les effluents et de suivre l’efficacité de moyens d’épuration. A terme, son application pourrait permettre de mieux appréhender les risques (éco)toxiques associés aux rejets de médicaments dans l’environnement et pouvant être à l’origine de cancer secondaire chez l’Homme. / In Europe, cancers rate is constantly raising, which explain the increase in treatments. They are usually chemotherapy and radiotherapy, alone or combine. Chemotherapy is done with anticancer drugs with toxic characteristics on cells. After administer the treatments to the patients, some of the drugs are excreted in significant proportion and released in hospital and communal effluents. Even though a lot of the compounds are either removed by adsorption or bio-degradation in waste water treatment plant (WWTP), some of their are not are directly released in the environment and represent a toxic risk for aquatic organisms and the Human health. Despite low concentrations (ng/L-μg/L), few data are available about the ecotoxicological impact. The importance of chemical compounds pollutants, especially anticancer drugs, are a real concern because the metabolites of the chemicals are even more toxic than the original substance. The aim of the thesis is to develop a battery based approach to evaluate the risks induct by low doses of drugs released independently or in mixture, in hospital waste water. Because of their common use in anticancer treatment procedures, three molecules have been chosen for our study: ciprofloxacin (antibiotic), tamoxifen (endocrine disruptor), cyclophosphamide (anticancer). Concentrations were range from hospital sewers and WWTP to the environment have been tested with a battery base approach using standardized bioassays applied on aquatic organisms (V fischeri, S. subcapitata, L. minor) and biomarker applied on yeast (S. cerevisia), hepatic and mammary human cell lines. Cell viability (test MTS) and genotoxicity (DNA breaks, DNA adducts) were compared with the standardized bioassays Microtox®, Algaltoxkit F™, and Lemna minor growth inhibition. In parallel, the endocrine disruptor activity was estimated the YES/YAS assay. The battery assay was then applied to evaluate the (geno)toxicity of raw effluents (hospital, wastewater-treatment plant). Samples from the hospital of Girona (Spain) were taken got out of it from the hospital, in entrance and got out of it from water-treatment plant, during three consecutive months. Several toxic effects have been observed during this work on aquatic organisms and both human cell lines. Results show especially hormetic effect on viability of hepatic cell line exposed to ciprofloxacin and tamoxifen alone or in mixture. Same results were observed the Microtox assays after mixtures exposures. On the other hand, the individually hepatic and mammary cell exposure to the drugs doesn’t induce DNA break, and induce DNA adduct only with the tamoxifen. Furthermore, we observe a dose-dependent increasing of the DNA break and adduct if the cells are exposed in mixture. Same results were observed with Algaltox F™. Concerning the effluents, effects depending on the kind of organisms and time exposure. The Microtox ®, Algaltox F ™ and the DNA adducts post-labelling appeared to be the most relevant for the analysis. The interactions observed between drugs pinpoint the necessity to assess the effect of contaminants in low doses mixtures, at many exposure times, and using different tools. The application of this battery with environmental raw samples is in use to rank outflows toxicity and follow the WWTP efficiency, which could lead to a better understanding of the human health risks.

Les facteurs endogènes et exogènes induisent diverses modifications chimiques et structurales dans l’ADN cellulaire et sont à l’origine de nombreuses erreurs lors de la réplication et de la division cellulaire. Elles sont souvent à l’origine de cancers et de maladies chroniques liées à l’âge. Les agents alkylants induisent des lésions complexes de l’ADN. Ils sont utilisés comme des outils efficaces dans les traitements par chimiothérapies. Les deux caractéristiques majeures des lésions complexes de l’ADN sont d’une part l’encombrement et d’autre part la présence de plus d’une modification dans un tour d’hélice. Les données biochimiques et génétiques montrent que l’élimination des dommages complexes de l’ADN nécessitent plusieurs voies de réparation distinctes. Les caractéristiques cliniques des maladies héréditaires caractérisées par des désordres de réparation de l’ADN, comme l’anémie de Fanconi et le syndrome de Cockayne, visent la nature complexe des lésions oxydatives endogène incluant les adduits encombrants et les pontages interbrins (PIBs). D’autre part, les effets biologiques sévères des agents ionisants, des traitements de chimiothérapie et des cancérigènes environnementaux sont impliqués dans la formation de cassures double brins, des PIBs et des adduits encombrants. Bien que ces derniers représentent une faible proportion des dommages de l’ADN induit par stress oxydatif et les agents chimiques dans les cellules, ils sont extrêmement cytotoxiques s’ils ne sont pas réparés. Par exemple, les cellules cancéreuses sont très sensibles aux PIBs et aux cassures double brins. Alors que la consommation de produits contenant de l’acide aristolochique (AA), qui génère des adduits encombrants dans l’ADN cellulaire, peut être à l’origine de neuropathies et a été associé à une cancérogénèse plus élevée que la fumée de cigarette. L’objectif majeur de ce projet est l’étude de la réparation des lésions complexes de l’ADN et leur implication dans le développement des cancers et leur thérapie. Dans cette présente étude, nous nous sommes intéressés aux mécanismes moléculaires de la réparation des PIBs et des adduits encombrants de l’ADN et leurs possibles rôles dans la chimio- et radiorésistance acquise. De plus, nous avons étudié le mécanisme moléculaire impliqué dans la mutagénèse induite par la réparation aberrante des adduits encombrants initiée par des ADN glycosylases de la voie BER dans des cellules bactériennes et de mammifères. Durant les trois années de thèse, (i) j’ai construit et caractérisé différents substrats d’ADN contenant diverses bases oxydées, des PIBs induits par le psoralène, des adduits encombrants aristolactame et des photoproduits issus des UV, (ii) j’ai purifié divers ADN glycosylases recombinantes (TDG, MBD4, NEIL1 et NEIL3), (iii) j’ai reconstruit in vitro la réparation des lésions de l’ADN et (iv) j’ai également étudié les interactions protéine-protéine et les modifications post-traductionnelles des protéines impliquées dans la réparation des PIBs générés par le cisplatine initiée par les ADN glycosylases NEIL1 et NEIL3. En combinant les différentes approches développées dans notre laboratoire, nous avons identifié et caractérisé des voies de réparation alternatives impliquées dans l’élimination des dommages complexes de l’ADN. Les résultats obtenus dans ce travail permettraient de comprendre la mécanistique du développement de certains cancers et à identifier les facteurs associés à la chimio- radiorésistance des cellules cancéreuses et par conséquent contribuer au développement de nouvelles préventions de stratégies thérapeutiques. / Endogenous and exogenous mutagenic factors induce variety of chemical and structural modifications in cellular DNA that are at the origin of errors that occur during DNA replication and cell division and often give rise to cancer and other age-related chronic diseases. Importantly, alkylating agents which induce complex DNA lesions are used as a powerful tool for anti-cancer chemotherapy. Two most important features of complex DNA lesions are their bulky character and presence of more than one modification within one turn of DNA helix. Genetic and biochemical data indicate that the elimination of complex DNA lesions requires several distinct DNA repair pathways. The clinical features of inherited human DNA repair deficient disorders such as Fanconi anemia and Cockayne syndrome point to complex nature of endogenous oxidative DNA damage which include bulky adducts and inter-strand DNA crosslinks (ICLs). On the other hand, severe biological effects of ionizing radiation, anticancer drugs and environmental carcinogens are correlated with formation of dirty DNA strand breaks, ICLs and bulky adducts. Although complex lesions typically constitute relatively small fraction of the total DNA damage induced by oxidative stress and drugs in cells, they are extremely cytotoxic if not repaired. For example, cancer cells are primarily very sensitive to ICLs and dirty DNA strand breaks. While, consumption of products containing aristolochic acid (AA), which generates bulky adenine DNA adducts in cellular DNA, can cause neuropathy and has been associated with higher risk of cancer than cigarette smoking. The major objective of the present project is to study the repair of complex DNA lesions and their implications in cancer development and therapy. Here, we investigated molecular mechanisms of the repair of ICLs and bulky DNA lesions and their possible role in the acquired chemo-resistance of cancer cells. In addition, we studied the molecular mechanism of mutagenesis induced by the aberrant DNA glycosylase-mediated BER towards bulky adducts in bacterial and mammalian cells. During three years of the project, I have (i) constructed and characterized DNA substrates containing various oxidized bases, psoralen-derived ICLs, bulky aristolactam-adenine adducts and UV photoproducts; (ii) purified several recombinant human DNA glycosylases (TDG, MBD4. NEIL1 and NEIL3); (iii) reconstituted in vitro the repair of complex DNA lesions; and finally (iv) studied the protein-protein interactions and post-translational protein modifications involved in the DNA glycosylases NEIL1 and NEIL3 initiated repair of cis-platinum induced ICLs. By combining the approaches developed in our laboratories we have identified and characterized alternative DNA repair pathways involved in the cellular processing of complex DNA damage. The results obtained in present work can provide mechanistic understanding of the development of certain cancer and lead to identification of the factors associated with the acquired chemo- and radio-resistance of tumour cells and therefore would contribute to development of new prevention and therapeutic strategies.

La présente thèse décrit la synthèse de briques de base de fullerènes pour la préparation de dispositifs moléculaires photoactifs combinant C60 et porphyrines. La cycloaddition alcyne-azoture catalysée au cuivre (I) a été utilisée comme outil de synthèse pour la préparation des dérivés C60 complexes.L’utilité synthétique de synthons C60 a été montrée avec la préparation d’édifices moléculaires complexes présentant des propriétés spécifiques pour diverses applications. Ainsi, un système photoactif flexible combinant C60 et porphyrine a été synthétisé. Cependant la flexibilité de l’espaceur liant les sous-unités de ce composé conduit à des variations de structurales importantes et complique ainsi l’analyse des études photophysiques.Dans ce contexte, nous nous sommes proposé dans une première partie de la présente thèse de parfaitement contrôler l’orientation et la distance des différentes sous-unités au sein de systèmes C60-donneurs. Afin de répondre à ce besoin, nous avons construit une brique de base de C60 rigide ayant un groupe azoture aromatique. Ainsi, la réaction « click » avec un phénylacétylène conjugué au groupement donneur conduit à un espaceur rigide entre les deux sous-unités.La deuxième partie de ce travail a été consacrée à la synthèse d’hexa-adduits du C60 portant différents groupements fonctionnels. Une méthode de synthèse permettant de préparer des hexa-adduits du C60 fonctionnalisés a été mise au point au laboratoire.Cette stratégie a été modifiée et des composés de C60 comportant dix fonctions azotures et une fonction alcyne protégée ont été synthétisés; dans ce cas il est possible d’introduire dans un premier temps par une réaction click dix groupes fonctionnels. Et dans un second temps; après déprotection de la fonction alcyne, une seconde réaction de click permet alors de greffer un fonctionnel différent. / The present PhD thesis manuscript is focused on the use of fullerene building blocks for the preparation of photoactive molecular devices combining C60 and porphyrins. Cu(I) Catalyzed alkyne-azide cycloaddition was used as a synthetic tool for the preparation of complex C60 derivatives. Specifically, in the first part (Chapter II-B), a flexible fullerene-porphyrin triad has been developed and the photophysical studies were performed. The flexible linker between the fullerene core and the azide groups prevented any conformational control on the relative orientation and distance between the two photoactive subunits connected together. This prompted the development of an analogous building block in which the azide unit is directly connected to the bridging phenyl ring (Chapter II-C). In this way, the click reaction with porphyrin-alkyne derivatives give access to hybrid systems with a controlled relative orientation of the two moieties. This is of fundamental importance for a better understanding of the structural parameters affecting the electron and/or energy transfer kinetic in such dyads.In the second part (Chapter III), a fullerene hexaadduct scaffold is used to build up sophisticated multiporphyrin systems for various applications. The preparation of these multi-chromophoric ensembles relies on the click-click approach developed in our group.