The aim of the studies described in this thesis was to assess the association between certain perinatal factors and the risk of childhood lymphatic and myeloid leukemia and infant leukemia. The five studies presented were all conducted in Sweden as population-based case-control studies. All cases were born and diagnosed between 1973-89 with leukemia up to the age of 16 years. A control was individually matched to each case. As Down’s syndrome entails a major risk for childhood leukemia, children with Down’s syndrome were excluded. The studies comprised a total of 652 cases, 47 of whom were diagnosed before the age of one year. Exposure data were extracted blindly from antenatal, obstetric, pediatric and other standardized medical records. No association was found between prenatal exposure to ultrasound or diagnostic x-ray and childhood lymphatic or myeloid leukemia. Infant leukemia was associated with prenatal exposure to x-ray. A history of maternal lower genital tract infection significantly increased the risk of childhood leukemia, especially among children diagnosed at four years or older or in infancy. Factors such as young maternal age, and mothers working with children or in the health sector were associated with infant leukemia. Resuscitation with 100% oxygen with a face-mask and bag directly postpartum was associated with an increased risk of childhood lymphatic leukemia. The oxygen-related risk further increased if the manual ventilation lasted for three minutes or more. There was no association between lymphatic or infant leukemia and supplementary oxygen later in the neonatal period or other birth-related factors. Low Apgar scores at one and five minutes were associated with a non-significantly increased risk of lymphatic leukemia, and were significantly associated with infant leukemia. Previously reported relations between childhood leukemia and exposures such as maternal diagnostic x-ray and birth related factors could not be confirmed by these studies. However, the present studies indicate that events during pregnancy or during the neonatal period are associated with increased risks of childhood and infant leukemia. These events can either be non-specific, such as exposure to maternal lower genital tract infection, or specific, such as the use of supplementary oxygen directly postpartum.

Males and age group 1 to 5 years show a much higher risk for childhood acute lymphoblastic leukemia (ALL). We performed a case-only genome-wide association study (GWAS), using the Illumina Infinium HumanCoreExome Chip, to unmask gender- and age-specific risk variants in 240 non-Hispanic white children with ALL recruited at Texas Children’s Cancer Center, Houston, Texas. Besides statistically most significant results, we also considered results that yielded the highest effect sizes. Existing experimental data and bioinformatic predictions were used to complement results, and to examine the biological significance of statistical results. Our study identified novel risk variants for childhood ALL. The SNP, rs4813720 (RASSF2), showed the statistically most significant gender-specific associations (P < 2 x 10-6). Likewise, rs10505918 (SOX5) yielded the lowest P value (P < 1 x 10-5) for age-specific associations, and also showed the statistically most significant association with age-at-onset (P < 1 x 10-4). Two SNPs, rs12722042 and 12722039, from the HLA-DQA1 region yielded the highest effect sizes (odds ratio (OR) = 15.7; P = 0.002) for gender-specific results, and the SNP, rs17109582 (OR = 12.5; P = 0.006), showed the highest effect size for age-specific results. Sex chromosome variants did not appear to be involved in gender-specific associations. The HLA-DQA1 SNPs belong to DQA1*01:07and confirmed previously reported male-specific association with DQA1*01:07. Twenty one of the SNPs identified as risk markers for gender- or age-specific associations were located in the transcription factor binding sites and 56 SNPs were non-synonymous variants, likely to alter protein function. Although bioinformatic analysis did not implicate a particular mechanism for gender- and age-specific associations, RASSF2 has an estrogen receptor-alpha binding site in its promoter. The unknown mechanisms may be due to lack of interest in gender- and age-specificity in associations. These results provide a foundation for further studies to examine the gender- and age-differential in childhood ALL risk. Following replication and mechanistic studies, risk factors for one gender or age group may have a potential to be used as biomarkers for targeted intervention for prevention and maybe also for treatment.

La leucémie aiguë lymphoblastique (LAL) est le cancer pédiatrique le plus fréquent. Elle est la cause principale de mortalité liée au cancer chez les enfants due à un groupe de patient ne répondant pas au traitement. Les patients peuvent aussi souffrir de plusieurs toxicités associées à un traitement intensif de chimiothérapie. Les études en pharmacogénétique de notre groupe ont montré une corrélation tant individuelle que combinée entre les variants génétiques particuliers d’enzymes dépendantes du folate, particulièrement la dihydrofolate réductase (DHFR) ainsi que la thymidylate synthase (TS), principales cibles du méthotrexate (MTX) et le risque élevé de rechute chez les patients atteints de la LAL. En outre, des variations dans le gène ATF5 impliqué dans la régulation de l’asparagine synthetase (ASNS) sont associées à un risque plus élevé de rechute ou à une toxicité ASNase dépendante chez les patients ayant reçu de l’asparaginase d’E.coli (ASNase). Le but principal de mon projet de thèse est de comprendre davantage d’un point de vue fonctionnel, le rôle de variations génétiques dans la réponse thérapeutique chez les patients atteints de la LAL, en se concentrant sur deux composants majeurs du traitement de la LAL soit le MTX ainsi que l’ASNase. Mon objectif spécifique était d’analyser une association trouvée dans des paramètres cliniques par le biais d’essais de prolifération cellulaire de lignées cellulaires lymphoblastoïdes (LCLs, n=93) et d’un modèle murin de xénogreffe de la LAL. Une variation génétique dans le polymorphisme TS (homozygosité de l’allèle de la répétition triple 3R) ainsi que l’haplotype *1b de DHFR (défini par une combinaison particulière d’allèle dérivé de six sites polymorphiques dans le promoteur majeur et mineur de DHFR) et de leurs effets sur la sensibilité au MTX ont été évalués par le biais d’essais de prolifération cellulaire. Des essais in vitro similaires sur la réponse à l’ASNase de E. Coli ont permis d’évaluer l’effet de la variation T1562C de la région 5’UTR de ATF5 ainsi que des haplotypes particuliers du gène ASNS (définis par deux variations génétiques et arbitrairement appelés haplotype *1). Le modèle murin de xénogreffe ont été utilisé pour évaluer l’effet du génotype 3R3R du gène TS. L’analyse de polymorphismes additionnels dans le gène ASNS a révélé une diversification de l’haplotype *1 en 5 sous-types définis par deux polymorphismes (rs10486009 et rs6971012,) et corrélé avec la sensibilité in vitro à l’ASNase et l’un d’eux (rs10486009) semble particulièrement important dans la réduction de la sensibilité in vitro à l’ASNase, pouvant expliquer une sensibilité réduite de l’haplotype *1 dans des paramètres cliniques. Aucune association entre ATF5 T1562C et des essais de prolifération cellulaire en réponse à ASNase de E.Coli n’a été détectée. Nous n’avons pas détecté une association liée au génotype lors d’analyse in vitro de sensibilité au MTX. Par contre, des résultats in vivo issus de modèle murin de xénogreffe ont montré une relation entre le génotype TS 3R/3R et la résistance de manière dose-dépendante au traitement par MTX. Les résultats obtenus ont permis de fournir une explication concernant un haut risque significatif de rechute rencontré chez les patients au génotype TS 3R/3R et suggèrent que ces patients pourraient recevoir une augmentation de leur dose de MTX. À travers ces expériences, nous avons aussi démontré que les modèles murins de xénogreffe peuvent servir comme outil préclinique afin d’explorer l’option d’un traitement individualisé. En conclusion, la connaissance acquise à travers mon projet de thèse a permis de confirmer et/ou d’identifier quelques variants dans la voix d’action du MTX et de l’ASNase qui pourraient faciliter la mise en place de stratégies d’individualisation de la dose, permettant la sélection d’un traitement optimum ou moduler la thérapie basé sur la génétique individuelle. / Acute lymphoblastic leukemia (ALL) is the most frequent malignancy of childhood. It is the principal cause of cancer–related mortality in children due to a persistent group of patients who does not respond to standard anti-cancer treatment. Susceptible patients may also suffer from number of toxicities associated with intensive chemotherapy treatment. Pharmacogenetic studies of our group, showed that particular genetic variants of the folate dependent enzymes, particularly, dihydrofolate reductase (DHFR) and thymidylate synthase (TS), major targets of methotrexate (MTX), correlate both individually and combined with increased risk of relapse in patients with childhood ALL. Furthermore, variations of ATF5 gene involved in asparagine synthetase (ASNS) regulation and of ASNS gene were associated with higher risk of ALL relapse or with ASNase related toxicity in patients who received E.coli asparaginase (ASNase). The major goal of my doctoral research project was to further understand from the functional point of view the role of genetic variations underlying therapeutic responses of childhood ALL, by focusing on two major components of ALL treatment, MTX and ASNase. My specific goal was to analyze associations found in clinical setting using cellular proliferation assay in lymphoblastoid cell lines (LCLs, n=93) and xenograft mice model of ALL. Genetic variation in TS polymorphism (homozygosity for triple repeat allele, 3R) and of DFHR haplotype *1b (defined by particular allelic combination derived from six polymorphic sites in the major and minor promoter of DHFR), on MTX sensitivity was assessed using cellular proliferation assay. Similar in vitro assay in response to E.coli ASNase was used to access the T1562C variation in the ATF5 5’UTR and particular haplotypes of ASNS gene (defined by two genetic variation and arbitrarily named haplotype *1). Xenograft mouse model was used to access the effect of TS 3R3R genotype. Analysis of additional polymorphisms in ASNS gene revealed diversification of haplotype *1 of ASNS gene in 5 subtypes, two polymorphisms (rs10486009 and rs6971012,) defining particular subtypes correlated with in vitro sensitivity to ASNase and one of them (rs10486009) seems particularly important for reducing sensitivity to ASNase in vitro, possibly providing mechanistic explanation for lower sensitivity of haplotype *1 observed in clinical setting. No association between ATF5 T1562C variation and cellular proliferation assay in response to E.coli ASNase was found. We did not observe genotype-related association when in vitro sensitivity to MTX in LCLs was analyzed. In contrast, in vivo results using xenograft mouse model demonstrated the relationship between the TS 3R/3R genotype and the resistance to MTX treatment in dose-dependent manner. Obtained results provided function explanation for the significantly higher risk of relapse seen in 3R/3R ALL patients and suggest that these patients might benefit from increase dose of MTX. Through these experiments we also showed that xenogeneic mice model can serve as a preclinical tool to explore individualized treatment options. In conclusion, the knowledge acquired through my doctoral work confirmed and/or identified some functional variants in MTX and ASNase action pathway which may facilitate dose individualization strategies, allowing for optimal treatment selection or tailoring childhood ALL therapy based on individual genetics.

Leukemia is the most common malignant disease in children patients. In our laboratory (CLIP) a novel subtype of B-cell precursor Acute Lymphoblastic Leukemia (BCP-ALL) with lineage switch during early phase of treatment towards myeloid lineage (swALL) was recently documented. SwALL incidence is almost 4 % of all BCP-ALLs (Slámová et al., 2014). DNA methylation (presence of 5-methylcytosine) is together with post-translational histone modifications and non- coding RNAs an epigenetic mechanism which regulates gene expression without changes of genetic code. DNA methylation is easily detected by bisulphite conversion and subsequent sequencing. The aim of this work was to compare genome-wide DNA methylation patterns between patients with swALL and control BCP-ALLs. The first step in achieving that was revision and improvement of bioinformatic processing protocol for eRRBS data from massive parallel sequencing. To improve the sequence adapter trimming I tested four bioinformatic tools - FAR, cutadapt, Trimmomatic and fastx_clipper. I implemented the fastest and most effective - Trimmomatic into the processing protocol. As a next step I analysed the data with improved protocol and extended the analysis in R programming environment where the comparison of studied groups was performed. The comparison of...

Objectif : Ce travail s’inscrit dans le cadre d’une recherche étiologique sur les leucémies aigues (LA) de l’enfant, pathologies dont les facteurs de risque sont peu connus. Plusieurs hypothèses ont été testées : 1) le rôle protecteur d’une supplémentation maternelle en acide folique avant et pendant la grossesse et l’investigation par une approche gène-candidat du rôle de polymorphismes communs rs1801133 et 1801131 de MTHFR et rs1801394 et rs1532268 de MTRR supposés modifier le métabolisme des folates, 2) l’association entre la profession et des expositions professionnelles maternelles lors de la grossesse, 3) l’existence d’un lien positif avec l’exposition des enfants au trafic routier. Matériel et méthodes : Les données analysées proviennent d’une étude cas-témoins française, ESCALE, basée sur le Registre National des Hémopathies malignes de l’Enfant et réalisée en population générale sur la période 2003-2004. L’échantillon comportait 648 cas de leucémie aiguë lymphoblastique [LAL], 116 cas de leucémie aiguë non lymphoblastique [LANL], et 1681 témoins de moins de 15 ans. L’échantillonnage a été stratifié sur l’âge et le sexe. Les données ont été recueillies auprès des mères à l’aide d’un questionnaire téléphonique standardisé, identique pour les cas et les témoins. Les génotypes ont été obtenus par génotypage à haut débit, pangénomique pour les cas et à façon pour les témoins, et par imputation pour les polymorphismes non génotypés. Le géocodage des adresses et des indicateurs dérivés de données d’émission de trafic ont permis d’estimer l’exposition des enfants au trafic routier. Les odds ratios (OR) ont été estimés à l’aide de modèles de régression logistique non conditionnelle, incluant les facteurs de confusion potentiels. Résultats : Le risque de LA était significativement inversement associé à une supplémentation maternelle en acide folique avant ou pendant la grossesse (OR=0.4 [0.3-0.6]). Aucun des polymorphismes génétiques de MTHFR et de MTRR n’était associé au risque de LA. Cependant, le fait d’être à la fois porteur homozygote des allèles variants de l’un des polymorphismes de MTHFR, et porteur de deux allèles variants des polymorphismes de MTRR était positivement associé au risque de LA (OR=1.6 [0.9-3.1]). Nous n’observions pas d’interaction entre MTHFR, MTRR et une supplémentation maternelle en acide folique. Des associations positives et significatives on été mises en évidence entre le risque de LA et des expositions auto-déclarées professionnelles maternelles pendant la grossesse, aux teintures de cheveux (OR=3.0 [1.7-5.2]), à des peintures ou vernis et/ou colles (OR=1.5 [1.1-2.2]), et à des rayonnements ionisants (OR=2.4 [1.3-4.6]). Cependant, ces associations étaient limitées aux fréquences d’exposition de moins d’1 heure par semaine et peuvent refléter une sur-déclaration chez les cas. L’exposition maternelle professionnelle aux pesticides n’était pas associée aux LA dans notre étude.Les LA étaient significativement associées à des concentrations élevées de NO2 de fond liées au trafic estimées au lieu de résidence (OR=1.2 [1.0-1.5]) et avec la présence de routes à fort trafic dans un rayon de 500 m centré sur ce lieu (OR=2.0 [1.0-3.6]). Nous observions une association significative entre les LA et une densité élevée de routes à fort trafic dans un rayon de 500 m (OR=2.2 [1.1-4.2]), avec une tendance linéaire positive significative de l’association des LAL avec la longueur totale de routes à fort trafic dans un rayon de 500 m.Conclusion : Cette thèse apporte des arguments en faveur du rôle protecteur d’une supplémentation maternelle périconceptionnelle en acide folique. Elle suggère également un rôle des polymorphismes de MTHFR et MTRR dans le risque des LA, sans interaction toutefois avec la supplémentation. Enfin, elle renforce l’hypothèse que vivre près de routes à fort trafic pourrait augmenter le risque de LA. / Objectives: This work investigated three hypotheses related to the etiology of childhood acute leukemia (AL):1) maternal folic acid supplementation before or during pregnancy reduces AL risk, accounting for the SNPs rs1801133 (C677T) and rs1801131 (A1298C) in MTHFR and rs1801394 (A66G) and rs1532268 (C524T) in MTRR, assumed to modify folate metabolism, 2) maternal occupation and occupational exposure during pregnancy may be link to LA 3) traffic is a source of environmental exposures, including benzene, which may be related to childhood leukemia. Methods: The data were obtained from the national registry-based case-control study ESCALE, carried out in France in 2003-2004. The ESCALE study included 764 cases and 1681 controls less than 15 years old and the controls were frequency matched with the cases on age and gender. The data were collected by a standardized telephone interview of the mothers. Various indicators of exposure to traffic and pollution were determined using the geocoded addresses at the time of diagnosis for the cases and of interview for the controls. The genotypes were obtained using high-throughput platforms and imputation for untyped polymorphisms. CITP-68 classification was used to classify maternal occupation during pregnancy. Indicators of the distance from, and density of, main roads and background traffic NO2 concentrations data were used. Odds ratio (OR) were estimated using unconditional regression models adjusted for potential confounders. Results: AL was significantly inversely associated with maternal folic acid supplementation before and during pregnancy (OR=0.4 [0.3–0.6]). MTHFR and MTRR genetic polymorphisms were not associated with AL. However, AL was positively associated with homozygosity for any of the MTHFR polymorphisms and carriership of both MTRR variant alleles (OR=1.6 [0.9–3.1]). No interaction was observed between MTHFR, MTRR, and maternal folate supplementation. Significant positive associations were observed between childhood AL and self-reported maternal occupational exposures during pregnancy to hair dye (OR=3.0 [1.7-5.2]), to paints or polishs and/or glues (OR=1.5 [1.1-2.2]), and to ionising radiations (OR=2.4 [1.3-4.6]). However, these associations were limited to exposure frequencies of less than 1 hour by week. Maternal occupational exposure to pesticides during pregnancy was not related to AL. AL was significantly associated with high estimates of traffic NO2 concentration at the place of residence(OR=1.2 [1.0-1.5]) and with the presence of a heavy-traffic road within 500 meters compared to the absence of a heavy-traffic road in the same area (OR=2.0 [1.0-3.6]). There was a significant association between AL and a high density of heavy-traffic roads within 500 meters in comparison to the reference category with no heavy-traffic road within 500 meters (OR=2.2 [1.1-4.2]), with a significant positive linear trend of the association of AL with the total length of heavy-traffic road within 500m. Conclusion: The study findings support the hypothesis that maternal folic acid supplementation may reduce the risk of childhood AL. The findings also suggest that the homozygous genotype for any of the MTHFR variants and carrying both MTRR variants could be a risk factor for AL. Finally, the results support the hypothesis that living close to heavy-traffic roads may increase the risk of childhood leukemia.

Le but de cette thèse était d’analyser les associations entre plusieurs facteurs environnementaux (consommations maternelles de tabac, d’alcool et de boissons caféinées pendant la grossesse) et médicaux (antécédents d’asthme ou d’eczéma) et les leucémies aiguës de l’enfant, et d’étudier des polymorphismes génétiques susceptibles de modifier ces associations. Les analyses ont été réalisées à partir de l’étude cas-témoins nationale ESCALE réalisée en population générale en 2003 et 2004. Les données sur les antécédents médicaux et les consommations maternelles pendant la grossesse ont été recueillies au cours d’un entretien téléphonique standardisé des mères. Les polymorphismes génétiques d’intérêt ont été sélectionnés suivant une approche candidate sur leur fonctionnalité, dans des gènes impliqués dans le métabolisme du tabac (CYP1A1*2, CYP2E1*5, NQO1*2, EPHX1 et NAT2*5), de l’alcool (CYP2E1*5, ADH1C*2) et de la caféine (NAT2*5), et dans l’allergie (IL4, IL4R, IL10 et IL13). Les données génétiques ont été obtenues à partir de prélèvements de sang chez les cas et de salive chez les témoins, par génotypage de 370 000 SNPs chez les cas et sur puce à façon de 4 500 SNPs chez les témoins, complété par des imputations génotypiques lorsque les polymorphismes candidats n’étaient pas disponibles au génotypage. Au total, les données étaient disponibles pour 493 cas de leucémie aiguë et 442 témoins d’origine européenne.La consommation maternelle de café pendant la grossesse était positivement associée aux leucémies aiguës de l’enfant dans cette étude. Aucune association significative n’était observée avec le tabagisme maternel ou la consommation d’alcool pendant la grossesse. La présence de deux allèles NAT2*5 était associée aux leucémies aiguës lymphoblastiques (Odds Ratio OR=1.9 [1.3-2.7]), mais les analyses ne montraient pas d’association avec les autres polymorphismes des enzymes du métabolisme. Aucune interaction significative n’a été observée entre les polymorphismes candidats et le tabagisme maternel ou les consommations d’alcool ou de boissons caféinées pendant la grossesse. Cependant, les allèles candidats de CYP2E1, NQO1 et EPHX1, trois enzymes impliquées dans le métabolisme du benzène, semblaient interagir entre eux.Les allèles variants dans les gènes IL13, IL4, IL10 et IL4R n’étaient pas associés au risque de leucémie de l’enfant. Les antécédents d’asthme ou d’eczéma étaient plus fréquemment retrouvés chez les témoins que chez les cas (OR=0.7 [0.6-0.9]). Cette association inverse était essentiellement retrouvée chez les enfants porteurs d’un haplotype variant régulant l’expression de l’IL10 (p interaction=0.08) et porteurs de deux allèles de référence pour IL13-rs20541 (p interaction=0.06).En conclusion, ces résultats suggèrent un rôle de la consommation de café dans le risque de leucémie, déjà observé dans la précédente étude de l’équipe, qui devra être répliqué et approfondi. En revanche, aucune association n’a été observée avec la consommation maternelle de tabac ou d’alcool, même en tenant compte des polymorphismes génétiques candidats. L’interaction gène-gène des trois enzymes impliquées dans le métabolisme du benzène est intéressante et devra être explorée dans d’autres études. Enfin, l’association inverse entre le risque de leucémie aiguë et les antécédents d’asthme ou d’eczéma semble limitée aux enfants porteurs de certains polymorphismes des interleukines IL10 et IL13, ce qui pourrait refléter des mécanismes biologiques sous-jacents. Ces hypothèses pourront être testées d’autres études, et en particulier dans l’étude ESTELLE, récemment réalisée par l’équipe. / The aim of this thesis was to analyze the associations between several environmental (maternal consumption of tobacco, alcohol or caffeinated drinks during pregnancy) and medical (history of asthma or eczema) factors and childhood acute leukemia, and to study genetic polymorphisms suspected to modify those associations.The analyses were performed using data from the national population-based case-control ESCALE study conducted in 2003 and 2004. Information about medical history and maternal consumptions during pregnancy was obtained through a standardized telephone interview with the mothers. The genetic polymorphisms were selected using a candidate approach based on their functionality, in genes involved in the metabolism of tobacco (CYP1A1*2, CYP2E1*5, NQO1*2, EPHX1 and NAT2*5), alcohol (CYP2E1*5, ADH1C*2) or caffeine (NAT2*5), and in allergy (IL4, IL4R, IL10 and IL13). Biological samples consisting of blood for cases and saliva for controls allowed for the genotyping of 370,000 SNPs in the cases and 4,500 SNPs in the controls. Where the candidate polymorphisms were not available from the genotyping, genotypic imputation was used to infer those. In total, data was available for 493 acute leukemia cases and 442 controls of European origin. Maternal coffee drinking during pregnancy and, to a lesser extent, cola soda drinking, was positively associated with childhood leukemia in the ESCALE study. No significant association was observed with maternal smoking or alcohol consumption during pregnancy. Carrying two NAT2*5 alleles was associated with acute lymphoblastic leukemia (Odds Ratio OR=1.9 [1.3-2.7]), although the analyses showed no association with the other candidate alleles involved in metabolism. There was no significant interaction between the candidate genetic polymorphisms and maternal consumptions of tobacco, alcohol or caffeinated drinks during pregnancy. However, the candidate alleles of CYP2E1, NQO1 and EPHX1, three enzymes involved in benzene metabolism, seemed to interact together.The variant alleles in IL13, IL4, IL10 and IL4R genes were not associated with childhood leukemia. A history of asthma or eczema was more frequently reported in controls than in cases (OR=0.7 [0.6-0.9]). This inverse association was mostly observed in children carrying a variant haplotype regulating the expression of IL10 (p for interaction=0.08), and carrying two reference alleles for IL13-rs20541 (p for interaction=0.06).As a conclusion, these results suggest a role of maternal coffee drinking during pregnancy in childhood leukemia that had already been reported in a previous French study of the same research team, and needing in-depth study and replication. However, no association was observed with maternal smoking or alcohol drinking, even after taking into account the candidate genetic polymorphisms. The gene-gene interaction of the three enzymes involved in benzene metabolism is interesting and needs to be investigated in other studies. Finally, the inverse association between childhood acute leukemia risk and medical history of asthma or eczema seems to be limited to the children with specific polymorphisms of interleukins IL10 and IL13, which could reflect underlying biological mechanisms. Those hypotheses should be further tested in other studies, such as the ESTELLE study, that has been recently conducted by the team.

Les rayonnements ionisants sont un facteur de risque reconnu pour les leucémies chez l'homme pour des fortes doses d'exposition médicale ou accidentelle. En revanche, l'hypothèse de l'existence d'un risque associé aux rayonnements ionisants à des niveaux d’exposition inférieurs, habituellement rencontrés dans l'environnement et de manière continue reste à démontrer. Notre travail propose d’évaluer l’hypothèse de l’existence d’une association entre les expositions environnementales aux radiations ionisantes d’origine naturelle et le risque de leucémie de l’enfant (LA) en utilisant des observations réalisées en France métropolitaine.Les cas de leucémie inclus dans ce travail sont toutes les LA du Registre National des Hémopathies malignes de l’Enfant, qui enregistre l'ensemble des cas de moins de 15 ans diagnostiqués en France métropolitaine, sur la période étudiée.Un premier travail a consisté à étudier la répartition spatiale de l’incidence des leucémies de l’enfant au niveau des 1 916 bassins de vie (BV) définis par l’INSEE. Des méthodes de détection de cluster ont été appliquées sur les 7 675 cas de leucémies de l'enfant diagnostiqués entre 1990 et 2006 afin d’identifier les zones potentiellement associées à un plus fort risque de leucémies aiguës de l’enfant. Cette étude n'a pas mis en évidence d’hétérogénéité spatiale des taux d'incidence des LA de l'enfant au cours de la période 1990-2006 au niveau des BV. Cependant, quelques clusters spatiaux ont été identifiés dans des lieux et périodes spécifiques. Bien que les niveaux de significativité de ces clusters ne soutiennent pas fortement l'existence de facteurs de risque localisés, les clusters peuvent montrer un léger impact de facteurs de risque partagés à l'échelle des BV.Pour tester l’hypothèse de l’existence d’une association entre l’exposition aux radiations ionisantes d’origine naturelle et l’incidence des leucémies de l’enfant, une étude d’incidence basée sur les 9 056 cas de LA de la période 1990-2009 a été réalisée. Cette étude a été complétée par une étude cas-témoins en population fondée sur les 2 763 cas de LA enregistrés sur la période 2002-2007 et un ensemble témoin de 30 000 sujets constituant un échantillon contemporain représentatif de la population pédiatrique française. Dans cette approche, la géolocalisation des adresses des cas et des témoins ainsi que celle des sources d'exposition et leur caractérisation permet de définir les critères de l'intensité d'exposition aux facteurs d'intérêt et de les mettre en relation avec le statut cas vs témoins des sujets.Les données concernant l'exposition à la radioactivité d’origine naturelle ont été produites par l'IRSN (Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire). Une cartographie du potentiel d’exhalation du radon émis par le sol et un échantillon national de 10 843 points de mesures localisés dans des habitations ont permis d’estimer l’exposition résidentielle au radon au niveau de la commune et du domicile. L’exposition aux rayonnements gamma telluriques et cosmiques a été estimée par zone d’emploi à partir d’un ensemble de 28 000 mesures issues de la campagne nationale IRSN et de mesures réalisées dans approximativement 1 000 sites couvrant la France entière, dans un but de surveillance de la radioactivité ambiante.Notre étude n’a pas montré d’association entre les leucémies de l’enfant et l’exposition aux radiations ionisantes d’origine naturelle estimée au diagnostic et de façon cumulée pendant l’enfance. Elle avait une bonne puissance pour mettre en évidence les risques attendus d’après les modèles de risque actuels (UNSCEAR) issus des études sur les risques observés à forte dose. Cette question reste néanmoins suffisamment importante et peu explorée pour mériter des études complémentaires dans d’autres pays. / Ionizing radiation due to medical or accidental exposure to high doses is an established risk factor for leukemia in humans. However, the evidence of a risk associated with exposure to ionizing radiation at lower levels usually encountered in the environment remains to be demonstrated. Our work aims to evaluate the hypothesis of the existence of an association between natural background ionizing radiation and the risk of childhood leukemia (CL) using observations made in France.Leukemia cases included in this study are all the CL recorded in the National Registry of Childhood Hematological Malignancies, an exhaustive repository of all cases of patients younger than 15 years old in France over the studied period.First step was the study of the spatial distribution of the incidence of CL at the level of the 1,916 Living Zone (LZ) defined by INSEE. Cluster detection methods have been used on 7,675 cases of CL diagnosed during the period 1990-2006 to identify areas potentially associated with a higher risk of acute childhood leukemia. The study did not show any spatial heterogeneity of incidence of CL during the period at LZ level. However, some spatial clusters were highlighted in specific places and times. Although the levels of significance of these clusters do not strongly support the existence of risk factors, localized clusters can show a slight impact of risk factors shared across LZ, including contextual environmental exposures.To test the hypothesis of the existence of an association between environmental exposure to ionizing radiation of natural origin and incidence of childhood leukemia, an incidence study based on 9,056 cases of CL for the period 1990-2009 was conducted. This study was complemented by a record-based cases-controls study based on the 2,763 cases of CL recorded over the 2002-2007 period and a control set of 30,000 subjects constituting a representative sample of the contemporary French pediatric population. In this approach, localizations of cases and controls and exposure identifications were geocoded and compared to the status cases vs control population.Data of exposure to natural background radiation were produced by the IRSN (Institute for Radiological Protection and Nuclear Safety). Mapping of the “potential radon exhalation emitted by the ground” and a national sampling of 10,843 measurement points located in dwellings were used to estimate residential exposure to radon at a level of granularity of cities and houses. Exposure to terrestrial gamma and cosmic rays was estimated by zone d’emploi based on a set of more than 28,000 environmental measurements in approximately 1,000 sites covering whole France, and by the IRSN national campaign data. Our study did not show any association of childhood leukemia with exposures to natural background radiation estimated nor at diagnosis nor cumulatively during childhood. However it had a good power to highlight the risks expected from current models of risk (UNSCEAR) built from studies on the observed high doses risks. If this work does not support the hypothesis that there is an association between exposure to ionizing radiation from natural sources observed and the incidence of childhood leukemia which may be directly observable at the epidemiologic level, this question remains important enough and not investigated enough to merit further complementary studies in countries where it has not been investigated.

Ce travail de thèse a porté sur l’étiologie des leucémies aigües (LA) de l’enfant, et s’est concentré sur les questions (1) du risque de LA chez les enfants conçus par assistance médicale à la procréation (AMP) ; (2) du rôle protecteur d’une supplémentation maternelle en acide folique ; (3) du rôle protecteur de l’exposition précoce à des facteurs induisant une stimulation du système immunitaire ; (4) d’un effet protecteur des antécédents d’allergie sur le risque de LA de l’enfant. Les données analysées proviennent de l’étude cas-témoins française, ESTELLE, réalisée en 2010-2011. Les cas ont été identifiés par le Registre National des Hémopathies malignes de l’Enfant et les témoins ont été recrutés en population générale par téléphone, avec une stratification sur l’âge et le sexe. L’échantillon comportait 636 cas incidents de leucémie aiguë lymphoblastique (LAL), 100 cas incidents de leucémie aiguë myéloblastique (LAM), et 1421 témoins de moins de 15 ans. Les données ont été recueillies auprès des mères à l’aide d’un questionnaire téléphonique standardisé, identique pour les cas et les témoins. Les odds ratios (OR) ont été estimés par régression logistique non conditionnelle ajustée sur l’âge, le sexe, le niveau d’éducation maternel, la catégorie socio-professionnelle du foyer, et les facteurs de confusion potentiels. Nous n’avons pas observé d’augmentation du risque de LA chez les enfants dont la conception avait été difficile (OR=0,9[0,7-1,2]), ou avait nécessité la prise d'un traitement d’infertilité (OR=0,8[0,5-1,1]). La supplémentation préconceptionnelle en acide folique était inversement associée au risque de LA (OR=0,7[0,5-1,0]), sans spécificité de sous-type. Le risque de LAL était inversement associé aux infections banales avant l’âge de 1 an (OR=0,8[0,6-1,0]), à la fréquentation d’une crèche avant 1 an (OR=0,7[0,5-1,0]), à l'allaitement maternel (OR=0,8[0,7-1,0]) , et à des contacts réguliers avec les animaux domestiques à un âge précoce (OR=0,8[0,7-1,0]). En revanche, nous n’avons pas observé d’influence du mode d’accouchement sur le risque de LA. Enfin, les LA étaient inversement associées aux antécédents de rhinite allergique, d’eczéma, de dermatite atopique, d’allergie alimentaire; et d’asthme ou bronchite asthmatiforme traité par antihistaminique. Ces résultats ne sont pas en faveur d’un risque de LA associé aux techniques d’aide médicale à la procréation. Ils renforcent l’hypothèse d’un effet protecteur de la supplémentation préconceptionnelle en acide folique pour les LA. Enfin, ils apportent des arguments supplémentaires en faveur du rôle d’une stimulation précoce du système immunitaire dans la survenue des LAL. / The aim of this study was to investigate whether the following factors: 1) conception by assisted medical procreation (AMP), 2) maternal folic acid supplementation, 3) factors related to early stimulation of the immune system, and 4) the history of allergy were related to the risk of childhood acute leukemia (CL). The data were obtained from the national registry-based case-control study, Estelle, carried out in France in 2010-2011. Population controls were recruited by random digit dialing, with quotas on age and sex. The sample included 636 cases of acute lymphoblastic leukemia (ALL), 100 cases of acute myeloblastic leukemia (AML), and 1421 controls less the 15 years old and frequency matched on age and sex. The data were collected by telephone interview of the mothers, using the same standardized questionnaire for cases and controls. Odds ratios (OR) were estimated using unconditional regression models adjusted for age, sex, maternal education, parental socioeconomic status , and potential confounders. We did not observe any increase in CL risk in children who were conceived with difficulty (OR=0,9[0,7-1,2]) or with the use of any fertility treatments (OR=0,8[0,5-1,1]). Preconceptional folic acid supplementation was inversely associated with CL (OR=0,7[0,5-1,0]), without subtype-specificity. Early common infections before 1 year (OR=0,8[0,6-1,0]), attendance to day-care before 1 year (OR=0,7[0,5-1,0]), breastfeeding (OR=0,8[0,7-1,0]) and regular contact with pets in the first year (OR=0,8[0,7-1,0]) were inversely associated with ALL. However, the mode of delivery was not associated with ALL. Finally, reported history of eczema, atopic dermatitis, food allergy, allergic rhinitis, asthma or asthmatic bronchitis treated with anti-histaminic was inversely associated with CL. Our findings do not suggest that fertility treatments are risk factors for CL. They suggest that folic acid supplementation during pregnancy may reduce the risk of CL. They also support the hypothesis that some conditions promoting the maturation of the immune system may decrease the risk of ALL.

RESUME GENERAL<p><p>Contexte :une association entre exposition prolongée aux champs magnétiques (CM) d’extrêmement basses fréquences (ELF) et risque sanitaire a été établie pour la leucémie infantile (CM 50/60 Hz de l’électricité, RR = 2,0 pour ≥ 0,4 µT d‘intensité moyennée dans le temps) et est suggérée pour le décès par maladie d’Alzheimer (CM 50/60 Hz, CM 16,7 Hz des voies ferrées pour 21 µT d’intensité moyennée dans le temps) et pour certaines hémopathies chez l’adulte (CM 16,7 Hz). Ces associations restent inexpliquées à ce jour. Sur base d’observations animales (effets des CM ELF sur la sécrétion de mélatonine) d’une part, et de la sensibilité magnétique confirmée des cryptochromes (régulateurs des biorythmes) d’autre part, il a été suggéré que ces associations puissent être dues à une perturbation des biorythmes par les CM ELF. Selon les instances internationales, une intensité > 1 mT est requise pour l’existence d’effets biologiques. <p>Objectifs et méthode :sur base d’une revue exhaustive de la littérature et de modèles théoriques reconnus, le présent travail développe certains mécanismes possibles pour un effet perturbateur des biorythmes par les CM ELF. L’impact en santé publique de cette hypothèse est ensuite évalué. Enfin, des protocoles sont proposés pour sa mise à l’épreuve, tenant compte des mécanismes envisagés. <p>Résultats :la possibilité existe d’une interaction des oscillations ELF de l’intensité et/ou de l’orientation du CM (somme vectorielle du CM ELF et du CM terrestre ou CMT) avec les cryptochromes rétiniens. Chez l’animal magnétosensible (dont le rongeur), une perturbation des biorythmes pourrait être consécutive à un mécanisme non spécifique de perturbation sensorielle. Toute observation animale pourrait donc ne pas être extrapolable à l’Homme. Chez ce dernier, une perturbation des biorythmes pourrait être causée par les oscillations de l’intensité du CM (peut- être dès < 100 µT d’intensité de CM ELF). Une telle perturbation pourrait aussi être causée par les variations spatiales de l’intensité du CMT qui existent dans l’environnement résidentiel (proximité de structures métalliques). Par ailleurs, dans l’éventualité de l’existence, chez l’Homme également, d’une sensibilité directionnelle basée sur les cryptochromes rétiniens, les oscillations de l’orientation du CM pourraient alors aussi interférer avec ces cryptochromes (peut-être dès ≤ 10 µT). Dans l’hypothèse où une telle interférence affecte les biorythmes, seules pourraient alors être concernées les oscillations dont l’amplitude atteint plusieurs degrés d’angle. Un tel mécanisme ne pourrait donc s’appliquer à la relation entre CM ELF et leucémie infantile que dans l’éventualité où les intensités les plus élevées (+ 1 à 2 SD) de CM ELF y jouent un rôle. Au cas où l’hypothèse de la perturbation des biorythmes par les CM ELF se voyait confirmée, d’autres troubles de santé seraient alors concernés et d’autres sources de CM seraient en cause, tels les CM statiques d’intensité variable émis par les lignes de transport électrifié. Les paramètres d’exposition considérés devraient inclure l’orientation relative CM ELF/CMT, mais aussi l’intensité locale du CMT (facteur à la fois déterminant et confondant dans la présente hypothèse). L’expérimentation animale devrait investiguer l’expression des clock genes. L’expérimentation humaine devrait investiguer les biorythmes chez l’enfant. Et l’épidémiologie devrait investiguer l’incidence de troubles liés à une perturbation des biorythmes en relation avec l’exposition aux CM ELF ainsi qu’aux variations locales de l’intensité du CMT. <p>Conclusions :malgré les incertitudes persistantes quant aux fonctions précises des cryptochromes de la rétine humaine et quant à l’exactitude des modèles théoriques qui décrivent les interactions entre CM et cryptochromes, certains mécanismes paraissent possibles pour une interaction entre CM ELF et biorythmes. En l’absence persistante d’alternative valide pour l’explication de l’association entre CM ELF et leucémie infantile, l’hypothèse de la perturbation des biorythmes par ces CM paraît devoir être investiguée plus avant, mais en tenant compte des variations locales d’intensité du CMT. <p>Background: An association between prolonged exposure to extremely low frequency (ELF) magnetic fields (MF) and health risk has been established for childhood leukemia (50/60 Hz MF of electricity, RR = 2.0 for ≥ 0.4 µT of time-averaged intensity) and is suggested for death by Alzheimer's disease (50/60 Hz MF, 16.7 Hz MF of railways at 21 µT of time-averaged intensity) and for some hematologic malignancies in adults (16.7 Hz MF). These associations remain unexplained so far. Based on animal studies (effects of ELF MF on melatonin secretion) on the one hand, and on the confirmed magnetic sensitivity of cryptochromes (regulators of biorhythms) on the other hand, it has been suggested that these associations may be due to a disruption of biorhythms by ELF MF. From current data, however, biological effects seem only possible at > 1 mT of intensity.<p>Objectives and methods: on the basis of an exhaustive literature review and with use of recognized theoretical models, this paper develops some possible mechanisms for disruption of biorhythms by ELF MF. The public health impact of this hypothesis is then evaluated. Finally, protocols are proposed for the testing of it, with taking into account the proposed mechanisms.<p>Results: an interaction seems possible between ELF oscillations of the intensity and/or the orientation of the ambient MF (the vector sum of both the ELF MF and the geomagnetic field or GMF) with retinal cryptochromes. In magnetosensitive animals (including rodents), disruption of biorhythms may then be secondary to a non-specific mechanism of sensory disturbance. All animal observation could therefore not be extrapolated to humans. In the latter, on his turn, a disruption of biorhythms may be caused by the oscillations of the MF intensity (perhaps from <100 µT of ELF MF intensity). Such disruption could also be caused by spatial variations of the intensity of the GMF that exist in residential environment (near steel structures). Moreover, in case of the existence in humans (like in animals) of a directional sensitivity based on retinal cryptochromes, then the oscillations of the MF orientation also could interfere with these cryptochromes (perhaps from ≤ 10 µT). In the event that such interference affects biorhythms, only oscillations of several degrees of amplitude would then be concerned. As a consequence, such a mechanism could apply to the relation between ELF MF and childhood leukemia only in the event that the highest MF intensities (Mean + 1-2 SD) also play a role in that relation. In the event the hypothesis of disruption of biorhythms by ELF MF is confirmed, other health problems would be concerned and other kind of MF would be involved, such as the static MF of variable intensity that are emitted by the lines of electrified transport. The considered exposure parameters should include the relative orientation of ELF MF and GMF, but also the local intensity of GMF (both determining factor and confounder in this case). Animal experiments should investigate the expression of clock genes. Human experimentation should investigate biorhythms in children. And epidemiology should investigate the incidence of disorders related to disruption of biorhythms in relation to exposure to ELF MF as well as to local variations in the intensity of the GMF.<p>Conclusions: Despite the persisting uncertainties about the precise functions of retinal cryptochrome as well as about the accuracy of the theoretical models that describe the interactions between MF and cryptochromes, some mechanisms seem possible for an interaction between ELF MF and biorhythms. In the persisting absence of valid alternative explanation for the association between childhood leukemia and ELF MF, the hypothesis of biorhythm disturbance by ELF MF deserves further investigation, however with taking into account local intensity variations of the GMF.<p> / Doctorat en Sciences de la santé publique / info:eu-repo/semantics/nonPublished