This thesis describes studies on the analysis of arsenic (As) in human biological samples, mainly urine but also hair and fingernails using inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) and graphite furnace atomic absorption spectrometry (GF-AAS). The relationship between ethnicity and arsenic metabolism was investigated for the first time for a population in the United Kingdom. This investigation has been carried out through comparative analysis of arsenic in human urine, hair and fingernails in volunteers from three different ethnic groups (Whites, Asians and Somali Black-Africans) who are only exposed to background levels of arsenic. Results obtained with 63 volunteers showed ethnic differences in urinary arsenic excretion as well as differences in arsenic levels in fingernail samples. The averages of total arsenic levels for the Somali Black-Africans (urine 7.2 µg/g creatinine; fingernails 723 µg/kg) are significantly (P< 0.05) different from both the Asians (urine 20.6 µg/g creatinine; fingernails 153.9 µg/kg) and Whites (urine 24.5 µg/g creatinine; fingernails 177.0 µg/kg). The Somali group also shows a higher percentage (50%) of dimethylarsinate (DMA) and a lower percentage (48%) of arsenobetaine (AB), compared to Asians (16% DMA and 83% AB) and Whites (22% DMA and 77% AB). The effect of fasting on urinary arsenic species distribution was also investigated by monitoring urine samples from 29 Ramadan fasting volunteers, with each volunteer providing a sample at the beginning (RF1) and at the end (RF2) of an approximately 12 hours fast. The results obtained showed the frequency of MA detection for RF2 was 12 and 2-fold higher than for the non-fasting and RF1 groups, respectively. This suggests fasting may alter the pattern of arsenic metabolism and excretion. However, there was no significant difference (P> 0.05) in the average of total level of arsenic for RF1 (18.3 µg/g creatinine) and RF2 (17.7 µg/g creatinine). A relationship between excretion of arsenic and selenium in individuals exposed to background levels of arsenic and selenium was investigated through analysis of urine samples from 93 volunteers from Leicester, UK. A positive correlation between arsenic and selenium was found and the As:Se ratio was 0.7 ± 0.4. The intra-individual variation of As:Se ratio does not alter significantly over time, as determined by monitoring urine samples from a volunteer over a period of one year. Furthermore, within a single day, with urine samples collected at the beginning and after a 12-hour fast, the As:Se ratio was found to be similar (0.7 ± 0.5). These findings suggest a close relationship between these two metalloids, the biological significance of which needs to be explored in the future.

Contexte: L’iode est un micronutriment provenant des aliments. Il est établi que, dans les régions d'endémie goitreuse caractérisées par un apport d'iode insuffisant, l’incidence des goitres et des cancers différenciés de la thyroïde (CDT) de type folliculaire est plus élevée qu'ailleurs. En revanche, l’influence de l’apport alimentaire en iode sur le risque de CDT de type papillaire, forme représentant actuellement plus de 80% des CDTs dans la plupart des pays, ne fait pas l’objet d’un consensus. Il semble cependant que cette incidence soit plus élevée dans les îles du pacifique qu’ailleurs. Par ailleurs, les propriétés de protection redox du sélénium pourraient protéger la glande thyroïdienne et aider à maintenir la production d'hormones thyroïdiennes, mais la relation entre l’apport en sélénium et le CDT n’avait été que très peu étudiée.Objectifs: L’objectif général de ce travail de thèse était d'explorer la relation entre l'apport alimentaire en iode et le risque de CDT. Plus spécifiquement, il s’agissait 1) d’étudier la relation entre l’apport alimentaire en iode et le risque de CDT dans les cinq études cas-témoins du consortium Epi-Thyr, conduites en Nouvelle Calédonie, en Polynésie Française, en France métropolitaine (deux études) et à Cuba; 2) d’étudier l’interaction entre cet apport et quatre polymorphismes nucléotidiques (SNP) identifiés dans la plupart des études d’association pangénomiques (GWAS) comme associés au risque de CDT, ainsi qu’avec les facteurs de risque environnementaux connus ; et 3) d’évaluer l’intérêt du sélénium présent dans les ongles comme un bio-marqueur potentiel du risque de CDT.Matériel et Méthodes: La régression logistique conditionnelle a été utilisée pour analyser la relation entre l'apport alimentaire en iode et le risque de CDT d’abord dans l’étude Cuba incluant 203 cas et 212 témoins, puis dans l’ensemble des cinq études incluant au total 2162 cas et 2571 témoins. Les questionnaires alimentaires de ces cinq études étaient dérivés de ceux de l’étude de cohorte E3N. Les mesures de l’iode et du sélénium dans les aliments traditionnels polynésiens et cubains avaient été réalisées spécialement pour cette étude. Quatre SNPs avaient été génotypés, dont deux sur le gène FOXE1, un sur le gène ATM et un autre près du gène NKX2-1. Les mesures de l’iode, du sélénium et des autres oligoéléments métalliques avaient été réalisées dans les ongles des sujets de l’étude Polynésie Française.Résultats: Il n’a pas été observée, une association significative entre l’apport alimentaire en iode et le risque de CDT dans l’étude réalisée à Cuba. Dans l'ensemble des cinq études, la majorité des cas et des témoins ont été considérée comme présentant une carence légère en iode selon la classification du Réseau Mondial d'Iode (IGN). Bien que le risque de CDT ne soit pas lié à l'apport alimentaire en iode, ce risque était significativement réduit avec l’augmentation de la consommation de poisson, ceci de manière plus importante dans l'étude réalisée à Cuba que dans les autres. En outre, une augmentation de l’apport alimentaire en iode a été significativement associée à une diminution du risque de CDT uniquement dans l’étude réalisée en Polynésie Française et chez les Polynésiens. Une augmentation significative du risque de CDT associée au nombre de l'allèle mineur (A) du SNP rs965513 près de FOXE1 parmi les sujets qui ont consommé moins d'iode que la médiane dans l'étude réalisée à Cuba. Pour les femmes qui ont eu un nombre de grossesses élevé et qui étaient déficitaires en iode, l'augmentation de l'apport alimentaire en iode réduisait leur risque de CDT. Par ailleurs, il n’a pas été possible de mettre en évidence un intérêt du sélénium dans les ongles comme bio-marqueur prédictif du risque de CDT. / Context: Iodine is a trace element derived from food. In endemic goiter areas characterized by dietary iodine deficiency, it is established that the incidence of goiter and differentiated thyroid cancers (DTC) of follicular type is higher than elsewhere. On the other hand, the influence of dietary iodine intake in the risk of papillary thyroid cancer which currently representing more than 80% of DTCs in most countries, has not achieved a consensus. It appears, however, that this incidence is higher in the Pacific islands than elsewhere. In addition, the redox protection properties of selenium could protect the thyroid gland and help to maintain the production of thyroid hormones, but few studies evaluated the relationship between selenium intake and DTC.Objectives: The general objective of this thesis was to explore the relationship between dietary iodine intake and DTC risk. More specifically, it was 1) to study the relationship between dietary iodine intake and the risk of DTC in five case-control studies of Epi-Thyr consortium, carried out in New Caledonia, French Polynesia, Metropolitan France (two studies) and Cuba; 2) to investigate the interaction between this intake and four single-nucleotide polymorphisms (SNP) identified in most genome-wide association studies (GWAS) as associated with DTC risk, as well as the interaction with the well-established environmental risk factors; and 3) to evaluate the benefit of selenium present in fingernails as a potential bio-marker of DTC risk.Materials and Methods: Conditional logistic regression was used to analyze the relationship between dietary iodine intake and DTC risk first in the Cuba study including 203 cases and 212 controls, and then in the pooled analysis of the five studies including a total of 2162 cases and 2571 controls. The dietary questionnaires of these five studies were derived from those in the E3N cohort study. Measurements of iodine and selenium in traditional Polynesian and Cuban foods were specifically carried out for this pooled analysis. Four SNPs were genotyped, including two of FOXE1 gene, one of ATM gene and another near NKX2-1 gene. Measurements of iodine, selenium and other metal trace elements were made in the fingernails of the participants of the French Polynesia study.Results: There was no significant association between dietary iodine intake and DTC risk in the Cuba study. In the pooled analysis of the five studies, the majority of the cases and the controls was considered as being in mild dietary iodine deficiency according to the IGN classification. Although DTC risk was not found to be linked to dietary iodine intake, this risk significantly decreased with high fish consumption, this reduction in DTC risk per quartile of fish consumption was more important in the Cuba study than in the other studies. Additionally, higher dietary iodine intake significantly associated with lower DTC risk only in the French Polynesia study and in Polynesians. A strong increase in DTC risk associated with the number of the minor allele (A) of the SNP rs965513 near FOXE1, among participants who consumed less iodine than the median value in the Cuba study. For the women who had a high number of full term pregnancies and who were iodine deficient, increasing dietary iodine intake may reduce their risk of suffering from DTC. Moreover, it was not possible to demonstrate an interest in fingernail selenium as a biomarker that predicts DTC risk.