Titre de l'écran-titre (visionné le 23 mai 2023) / La lumière bleue (ou visible à haute énergie) est de plus en plus présente dans notre environnement. Que l'on pense aux écrans, aux diiodes électroluminescentes et autres nouvelles technologies, nous passons énormément de temps exposés à la lumière bleue. La pandémie de COVID-19 n'a fait qu'exacerber ce constat. Nous proposons d'étudier l'interaction de la lumière bleue avec un déchet métabolique retrouvé dans la lipofuscine de la rétine humaine. Cette molécule est le N-rétinylidène-N-rétinyléthanolamine. Il s'agit d'un produit du cycle visuel qui s'accumule dans le temps dans les cellules de l'épithélium pigmenté rétinien. Actuellement, il existe peu de connaissances sur l'impact de l'exposition chronique à la lumière bleue à dose physiologique. Dans un premier temps, nous nous attarderons sur le développement d'un modèle pertinent pour l'étude de la lumière dans des cellules de l'épithélium pigmenté rétinien. Ainsi, dans le premier chapitre, nous présenterons le travail effectué pour développer un modèle cellulaire différencié, stable et mélanisé. Nous avons observé qu'en conservant les cellules à confluence durant plusieurs semaines elles se différenciaient et présentaient des caractéristiques intéressantes pour notre étude. Dans un second temps, nous nous attarderons sur l'état des connaissances sur la lipofuscine et la lumière bleue. Dans le second chapitre, nous présenterons l'utilisation de ce modèle afin d'étudier l'impact du N-rétinylidène-N-rétinyléthanolamine, un composé de la lipofuscine, et de la lumière visible à haute énergie sur des facteurs cellulaires tels que l'inflammation et l'oxydation. Pour finir, nous discuterons des résultats obtenus et conclurons sur le travail effectué dans cette thèse. / Blue (or high-energy visible) light is increasingly present in our environment. Whether we think of screens, light-emitting diodes and other new technologies, we spend a lot of time exposed to blue light. The COVID-19 pandemic has only exacerbated this finding. We propose to study the interaction of blue light with a metabolic waste found in the lipofuscin of the human retina. This molecule is N-retinylidene-N-retinylethanolamin. It is a product of the visual cycle that accumulates over time in the cells of the retinal pigmented epithelium. Currently, there is little knowledge about the impact of chronic exposure to blue light at physiological doses. First, we will focus on the development of a relevant model for the study of light in cells of the retinal pigmented epithelium. Thus, in the first chapter, we will present the work carried out to develop a differentiated, stable and melanized cell model. We observed that by keeping the cells at confluence for several weeks, they differentiated and presented interesting characteristics for our study. Secondly, we will focus on the state of knowledge on lipofuscin and blue light. In the second chapter, we will present the use of this model to study the impact of N-retinylidene-N-retinylethanolamin, a compound of lipofuscin, and high-energy visible light on cellular factors such as inflammation and oxidation. Finally, we will discuss the results obtained and conclude on the work done in this thesis.

La forme globale d'une plante ornementale est un des ses critères esthétiques majeurs. Celle-ci est conditionnée par son architecture, en particulier par le débourrement des bourgeons et l'élongation des axes. Les facteurs environnementaux et notamment la lumière, ont un impact fort sur ces deux processus. Manipuler les conditions d'éclairement des jeunes plantes en culture pourrait permettre de produire des plantes de formes innovantes, avec des pratiques respectueuses de l'environnement. Il existe toutefois un déficit important de connaissances sur les mécanismes de régulation du développement des plantes par la lumière. Dans cette thèse, nous avons étudié l'impact de la lumière bleue sur le développement architectural de deux variétés de rosier-buisson en couplant des approches morphologiques, histologiques et moléculaires. Nos résultats montrent que la lumière bleue monochromatique a un effet dépressif sur l'assimilation photosynthétique des rosiers mais induit chez les deux cultivars, une activité organogénétique du méristème, une croissance des métamères et un développement floral similaires à ceux induits par un spectre lumineux complet. Au contraire, la suppression du spectre bleu de la lumière blanche stimule l'élongation des axes d'ordre I chez l'un des cultivars. Cette stimulation résulte de l'augmentation de l'assimilation chlorophyllienne et de l'élongation cellulaire au sein des entre-noeuds. Ce photo-contrôle s'exerce sur l'expression de gènes du métabolisme glucidique et du relâchement pariétal. Notre étude sur mutants de photorécepteurs de pois suggère que le phytochrome B est le photorécepteur majeur impliqué dans cette réponse à la lumière bleue.

L'œil est un organe complexe quotidiennement exposé au rayonnement électromagnétique ambiant. Les fonctions sensorielles uniques qu'il assure nécessitent l'acheminement spécifique d'une portion de ce rayonnement, la lumière, jusqu'à la rétine tapissant son fond. À cette fin, le chemin optique est constitué de différents tissus caractérisés par leur remarquable capacité à absorber ou transmettre des longueurs d'onde définies. L'absorption de longueurs fortement énergétiques s'accompagne néanmoins d'un risque de toxicité susceptible de compromettre l'intégrité et la santé des tissus absorbants. Tel est notamment le cas des rayons ultraviolets de type B ou UVB (rayons les plus énergétiques atteignant la surface oculaire en conditions normales). Les effets dommageables des UVB ont été documentés et découlent principalement de processus photochimiques directs. Il est de plus en plus reconnu que deux autres domaines du spectre électromagnétique ambiant, les UVA et la lumière bleue visible à haute énergie (HEV), disposent d'un potentiel significatif de toxicité pour les tissus oculaires. Toutefois, les fondements de cette nocivité sont mal compris. Les UVA, absorbés par la cornée et le cristallin, et la lumière HEV, absorbée au niveau de la rétine, se démarquent par une grande capacité à causer un stress oxydatif, à travers des processus indirects largement dépendants de la présence d'oxygène et de photosensibilisateurs adéquats dans les tissus absorbants. Plusieurs évidences lient leur toxicité à ce stress oxydatif, mais les événements moléculaires sous-tendant ce lien restent à définir. L'objectif global des travaux présentés dans cette thèse était donc d'identifier les déterminants de la toxicité tissulaire reliés à l'effet pro-oxydant de ces rayons. Bien que majoritairement absorbés par le cristallin, la cornée filtre une portion significative des rayons UVA parvenant à la surface oculaire et les conséquences de cette filtration sont très peu documentées. Le premier volet de nos travaux s'est donc penché sur les conséquences précoces d'une exposition de la cornée à ces rayons. L'exposition d'yeux de lapins aux UVA a permis de confirmer que ceux-ci induisent de nombreux phénomènes d'oxydation tout le long du tissu cornéen. Nous avons décrit les altérations moléculaires immédiates causées par ces phénomènes et leur profil de distribution à travers les trois couches cellulaires cornéennes (épithélium, stroma et endothélium). Nous avons ainsi déterminé que dans sa configuration native, la sensibilité aux dommages et la réponse de la cornée aux UVA ne sont pas uniformes d'une région à l'autre du tissu. Par exemple, alors que l'épithélium subit d'importantes altérations moléculaires en réponse à l'exposition, ses cellules limitent efficacement les manifestations immédiates de la toxicité des UVA par des mécanismes compensatoires. En contraste, l'endothélium à la surface postérieure de la cornée, présente une grande susceptibilité à une toxicité immédiate, et l'oxydation induite par une exposition prolongée aux UVA pose un risque particulier pour sa santé. Le second volet visait à déterminer les mécanismes cellulaires mis en œuvre dans l'action toxique de la lumière HEV. Les données disponibles sur la toxicité oculaire de ce rayonnement montrent que celle-ci touche principalement l'épithélium pigmenté de la rétine (EPR) et repose sur une accumulation de photosensibilisateurs endogènes dans ce tissu avec l'âge. Nous avons toutefois identifié un photosensibilisateur exogène de la lumière HEV susceptible de s'accumuler dans l'EPR, l'indénopyrène (IcdP), un hydrocarbure aromatique polycyclique abondant dans la fumée de tabac. Par l'exposition de cellules d'EPR humain à l'IcdP et/ou la lumière HEV, nous avons mis en évidence une synergie toxique émanant de leur interaction. L'IcdP devient au moins 3000 fois plus cytotoxique en présence de doses sous-létales de lumière HEV, causant un stress oxydatif, des altérations structurelles et une mort cellulaire rappelant les événements dégénératifs observés dans la dégénérescence maculaire liée à l'âge (première cause de cécité chez les personnes âgées). L'étude des mécanismes derrière cette synergie révèle que l'interaction IcdP-lumière HEV induit une perte du contrôle synchrone des phases assurant le métabolisme normal du xénobiotique dans l'EPR, ce qui semble précipiter le déclin cellulaire. Nos travaux ouvrent la perspective que la toxicité de la lumière HEV pour l'EPR soit significativement modulée, entre autres, par le style de vie des individus et la pollution environnementale. En évaluant leur toxicité sous des angles nouveaux, cette thèse démontre que le caractère nocif des rayons UVA et de la lumière HEV pour les tissus oculaires est largement sous-estimé. / The eye, a complex organ, faces the ambient electromagnetic spectrum on a daily basis. Its unique sensory functions require the specific delivery of light, a small portion of that spectrum, to the retina, the inside lining of eye fundus. To achieve such specificity, the optical path is made up of different tissues, each showing a remarkable ability to absorb or transmit precise wavelengths. However, high energy wavelengths absorption is associated with a risk of toxicity, which might threaten the integrity of absorbing tissues. This is particularly true for ultraviolet B or UVB (most energetic naturally occurring radiation that reach the ocular surface). UVB deleterious effects have been documented and mainly arise from direct photochemical processes. There is now a growing consensus that UVA and high energy visible blue light (HEV), the wavelengths adjacent to UVB in the spectrum, hold a significant potential for ocular toxicity. However, the basis for such toxicity is poorly understood. UVA rays are absorbed by the cornea and the lens, while HEV light is absorbed by the retina. Both spectral regions are characterized by a strong ability to promote oxidative stress in target tissues through indirect oxygen-dependent processes that rely on the presence of specific photosensitizers in tissues. Several data show that oxidative stress correlates with the toxic effects induced by eye exposure to UVA or HEV light, but the molecular events underlying such correlation remain to be clarified. The overall goal of the work presented in this thesis was therefore to identify key oxidation-related determinants of UVA and HEV light toxicity for ocular tissues. Even if the lens absorbs the majority of UVA rays reaching the ocular surface, the cornea also filters out a significant part of these wavelengths, and there is very little information on the repercussion for the cornea. In the first section of my thesis, we thus sought to determine the early consequences of cornea exposure to UVA. Using UVA-irradiated rabbit eyes as a model, we confirmed the induction of numerous oxidation reactions through corneal entire thickness. We reported oxidatively generated molecular changes occurring in the cornea very shortly after exposure and we described their distribution within the three corneal cellular layers (epithelium, stroma and endothelium). We provide evidence that in corneal native conformation, damage susceptibility and responsiveness to UVA-induced oxidation vary from one layer to another. For example, while corneal epithelial cells are subjected to important modifications in response to UVA exposure, they efficiently limit the early manifestations of UVA-induced toxicity by using compensatory mechanisms. On the other hand, the endothelium, the posterior portion of the cornea, is more susceptible to UVA-induced immediate toxicity. Oxidation resulting from extended exposure of the cornea to UVA is therefore expected to pose a hazard to corneal endothelium integrity. The second section of my thesis aimed to define cellular mechanisms involved in HEV light toxic action. Available data in the literature show that HEV light ocular toxicity primarily affects retinal pigment epithelium (RPE) and relies on the age-related accumulation of endogenous photosensitizers in RPE cells. However, we have identified an exogenous HEV light photosensitizer, indenopyrene (IcdP), an important tobacco smoke derived polycyclic aromatic hydrocarbon, which may accumulate in RPE. Using IcdP and/or HEV light-exposed human RPE cells as a model, we highlighted a toxic synergy between IcdP and HEV light. IcdP is at least 3000 times more toxic for RPE cells when irradiated with sub-lethal amounts of HEV light. It then promotes degenerative changes comparable to those observable in age-related macular degeneration (the leading cause of irreversible vision loss among elderly people). These changes include oxidative stress, structural defects and apoptotic cell death. A study of the molecular processes underlying this synergy reveals that IcdP HEV light interaction results in loss of the tight coupling required between the two metabolic phases ensuring IcdP efficient detoxification in RPE. Such loss seems to precipitate cell deterioration. Our work raises the prospect that HEV light toxicity for RPE is significantly modulated, among other things, by lifestyle and environmental pollution. This thesis, addressing UVA and HEV light ocular toxicity from a new perspective, proves that their harmful nature in ocular tissues is largely underestimated

La conductivité hydraulique foliaire (KF) est une composante majeure du transport d'eau dans toute la plante. Dans les feuilles de noyer, la KF est stimulée à la lumière et est étroitement liée à l'accroissement du taux des transcrits d'aquaporines JrPIP2s. Par ailleurs, la corrélation entre la stimulation de la KF et des transcrits d'aquaporines à la lumière, n'est pas générale et dépend de l'espèce. Ici, nous étudions cette corrélation chez cinq espèces forestières (Juglans regia, Fagus sylvitica, Quercus robur, Salix alba et Populus tremula) différant par leur réponse à la lumière. Nous démontrons seulement chez le noyer (Juglans regia), la contribution des deux familles d'aquaporines PIP1s et PIP2s. Afin de mieux comprendre le rôle des JrPIP1s et JrPIP2 dans la réponse à la lumière, nous avons isolé 8 nouvelles isoformes dans les feuilles de noyer et nous avons étudié leurs profils d'expression sur une cinétique lumière. Toutes les isoformes étudiées sont accumulées à la lumière et réprimées à l'obscurité. De plus, la KF est dépendante de la qualité de lumière. Elle est réduite de 65% en absence de lumière bleue. Cette diminution serait liée à l'inhibition des transcrits d'aquaporines. Afin de caractériser les mécanismes moléculaires précoces impliqués dans la modulation de KF par la lumière, l'approche globale cDNA-AFLP a été menée sur des feuilles de noyer sous différentes conditions d'éclairement. Nous obtenons 12000 transcrits différentiels dérivés (TDFs) générés par les 128 couples d'amorces. Parmi les 187 séquences obtenues, 93 d'entre elles ont une fonction putative. Leur classification fonctionnelle montre que les gènes relatifs à la régulation cellulaire représentent environ 58% des TDFs identifiés. Les feuilles exposées à la lumière, montrent des changements dans les voies de : signalisation calcique, protéolyse, trafic vésiculaire et l'expression de divers facteurs de transcription et protéines de régulation. Pour mieux comprendre le rôle potentiel de la signalisation calcique dans la modulation de la KF par la lumière, nous avons étudié l'effet d'un inhibiteur des canaux calciques [LaCl3] et d'un antagoniste de calmoduline [W7] sur la KF et les transcrits des 10 JrPIPs. Comparées aux feuilles témoins, les inhibiteurs calciques provoquent une réduction de la KF et de la majorité des JrPIPs étudiées à la lumière. Nos résultats confirment l'implication du complexe Ca2+ /calmoduline dans la transduction du signal lumineux responsable de la stimulation de la KF et des transcrits d'aquaporines chez le noyer.

La conductivité hydraulique foliaire (KF) est une composante majeure du transport d’eau dans toute la plante. Dans les feuilles de noyer, la KF est stimulée à la lumière et est étroitement liée à l’accroissement du taux des transcrits d’aquaporines JrPIP2s. Par ailleurs, la corrélation entre la stimulation de la KF et des transcrits d’aquaporines à la lumière, n’est pas générale et dépend de l’espèce. Ici, nous étudions cette corrélation chez cinq espèces forestières (Juglans regia, Fagus sylvitica, Quercus robur, Salix alba et Populus tremula) différant par leur réponse à la lumière. Nous démontrons seulement chez le noyer (Juglans regia), la contribution des deux familles d’aquaporines PIP1s et PIP2s. Afin de mieux comprendre le rôle des JrPIP1s et JrPIP2 dans la réponse à la lumière, nous avons isolé 8 nouvelles isoformes dans les feuilles de noyer et nous avons étudié leurs profils d’expression sur une cinétique lumière. Toutes les isoformes étudiées sont accumulées à la lumière et réprimées à l’obscurité. De plus, la KF est dépendante de la qualité de lumière. Elle est réduite de 65% en absence de lumière bleue. Cette diminution serait liée à l’inhibition des transcrits d’aquaporines. Afin de caractériser les mécanismes moléculaires précoces impliqués dans la modulation de KF par la lumière, l’approche globale cDNA-AFLP a été menée sur des feuilles de noyer sous différentes conditions d’éclairement. Nous obtenons 12000 transcrits différentiels dérivés (TDFs) générés par les 128 couples d’amorces. Parmi les 187 séquences obtenues, 93 d’entre elles ont une fonction putative. Leur classification fonctionnelle montre que les gènes relatifs à la régulation cellulaire représentent environ 58% des TDFs identifiés. Les feuilles exposées à la lumière, montrent des changements dans les voies de : signalisation calcique, protéolyse, trafic vésiculaire et l’expression de divers facteurs de transcription et protéines de régulation. Pour mieux comprendre le rôle potentiel de la signalisation calcique dans la modulation de la KF par la lumière, nous avons étudié l’effet d’un inhibiteur des canaux calciques [LaCl3] et d’un antagoniste de calmoduline [W7] sur la KF et les transcrits des 10 JrPIPs. Comparées aux feuilles témoins, les inhibiteurs calciques provoquent une réduction de la KF et de la majorité des JrPIPs étudiées à la lumière. Nos résultats confirment l’implication du complexe Ca2+ /calmoduline dans la transduction du signal lumineux responsable de la stimulation de la KF et des transcrits d’aquaporines chez le noyer. / Leaf hydraulic conductance (Kleaf) takes a significant part in plant water relations. In walnut leaves, Kleaf was stimulated by light and tightly related to accumulation of JrPIP2s aquaporin transcripts. However, the light effect on Kleaf value is not systematically related to aquaporin regulation. Here we investigated the relationship between light, Kleaf and transcript levels of aquaporin in five species (Juglans regia, Fagus sylvitica, Quercus robur, Salix alba and Populus tremula) differing by the response of their Kleaf to light. Only for walnut leaves, we showed that light-increased Kleaf value is closely related to higher stimulation of both PIP1s and PIP2s aquaporins. To further investigate the involvement of aquporins (JrPIP1s and JrPIP2) in the light Kleaf modulation, 8 new full length aquaporins have been identified in walnut leaves and their expression pattern was monitored. All the aquaporin tested was turned up to be upregulated under light condition and downregulated under darkness. Moreover, we showed that the Kleaf response to light is quality-dependant, since it was reduced of 65% in the absence of blue light. Interstingly, this Kleaf reduction was correlated with a high downregulation of almost all aquaporins tested. To give an insight into the early molecular events involved in the light-induced Kleaf regulation, a large-scale transcriptomic analysis consisting of the cDNA-AFLP procedure was carried out on walnut leaves, kept at different light conditions. We obtained a total of 12,000 transcript-derived fragments (TDFs) by cDNA-AFLP with 128 primer pairs. Reliable sequences were obtained for 187 of these TDFs, and functions were attributed to 93 TDFs through BLAST searches in GenBank databases. Most of the 93 TDFs corresponded to genes encoding proteins involved in cellular regulation (58%). Leaves exposed to light showed changes in the Ca2+-signaling pathway, the ubiquitin-proteasome pathway, vesicle trafficking process and the expression of multiple transcription factors and protein regulators. To progress in understanding of a potential role for calcium signalling in light-modulated Kleaf, Kleaf values and transcript accumulation of 10 JrPIPs were monitored in leaves perfused with either a blocker of calcium channels [LaCl3] or a CaM antagonist [W7]. Compared to control, these Ca2+ -effectors led to a significant reduction in Kleaf and transcripts accumulation of almost all JrPIPs under light conditions. Our results indicate that Ca2+ /calmodulin complex may transduce the light signal required for stimulation of Kleaf and its correlated aquaporin expression.

Problématique : Certaines personnes souffrent d'avoir un horaire de sommeil trop tardif qu'elles n'arrivent pas à modifier pour satisfaire les exigences liées à leur emploi ou à leurs études. Ces individus souffrent de privation de sommeil et de somnolence lorsqu'ils doivent se conformer à un horaire socialement acceptable. Malgré sa prévalence importante, l’étiologie d’un horaire trop tardif reste méconnue. Objectif: Évaluer des facteurs pouvant contribuer au maintien d’un horaire de sommeil tardif chez des jeunes adultes. Méthodes : Quatorze jeunes adultes se plaignant d’un horaire de sommeil trop tardif ont été comparés à des sujets appariés qui avaient un horaire de sommeil adapté. L’heure de coucher (HC) était après minuit pour les sujets tardifs et avant minuit pour les sujets adaptés. Les sujets étaient admis au laboratoire 5h avant l’HC et garder en obscurité pour 6h. Ils étaient ensuite exposés à 1,5h de lumière bleue. La mélatonine salivaire et la vigilance subjective étaient mesurées aux 30 minutes. La suppression de mélatonine a été utilisée pour déterminer la sensibilité circadienne à la lumière. Le dim light melatonin onset (DLMO) a été utilisé pour déterminer la phase circadienne. Résultats : Le DLMO survenait plus tard dans le groupe tardif que dans le groupe adapté. Il n’y avait pas de différence de suppression de mélatonine après 1,5h d’exposition à la lumière. Néanmoins, une corrélation entre la sensibilité à la lumière et la phase circadienne a été trouvée dans le groupe tardif. Les sujets tardifs présentaient aussi une augmentation plus lente de la somnolence subjective en soirée. Conclusion : Nos résultats suggèrent qu’une phase circadienne en délai, une augmentation plus lente du besoin de dormir et une sensibilité circadienne à la lumière accrue contribuent à la plainte d’un horaire de sommeil trop tardif. / Problem: Some people suffer from having a delayed sleep schedule that they can’t modify to satisfy school/work requirements. These individuals suffer from sleep deprivation and sleepiness when they have to comply with a socially acceptable schedule. Despite its high prevalence, the etiology of a delayed schedule remains unknown. Objective: This study aims to elucidate factors that might contribute to the maintenance of a delayed sleep schedule in young adults. Methods: Fourteen young adults (8 women) complaining of delayed sleep schedule were compared to matched subjects with an adapted sleep schedule. Habitual bedtime (HB) was after midnight in all delayed subjects and before midnight in all adapted subjects. Subjects were admitted 5h before HB and kept in dim light for 6h. They were then exposed for 1.5h to blue light. Salivary melatonin and subjective sleepiness were assessed every 30 min. Melatonin suppression was used to measure circadian sensitivity to light. Dim light melatonin onset (DLMO) was used to estimate circadian phase. Results: DLMO was later in the delayed than in the adapted group. There was no difference for melatonin suppression over the 1.5h of light exposure. However, in the delayed group, there was a significant correlation between DLMO and melatonin suppression. There was a smaller increase of subjective sleepiness in the delayed subjects than in the adapted subjects before HB. Conclusions: Our results suggest that a delayed circadian phase, a slower build-up of sleep propensity and an enhanced circadian sensitivity to evening light contribute to the complaint of a delayed sleep schedule.