L’Uranium (U) est un métal lourd radioactif dispersé dans l’environnement. Du fait de cette présence naturelle mais aussi de ses applications civiles et militaires, la population générale peut être exposée à l’U par ingestion d’eau de boisson ou d’aliments contaminés. Le système pro/anti-oxydant est un système de défense fréquemment impliqué lors d'une exposition aiguë à l'uranium. L’objectif de cette thèse est d’étudier le rôle du système pro/anti-oxydant après contamination chronique à l’U dans le foie et les reins. Après contamination chronique de rats à différentes concentrations d’U, une accumulation dose dépendante de l’U dans les organes -jusqu'à 6 µg/g dans les reins- ainsi qu’une localisation préférentielle de l’U dans le noyau des cellules du tube contourné proximal sont observées. L’absence de néphrotoxicité observée, même à la plus forte concentration, pourrait s’expliquer par le renforcement du système anti-oxydant et notamment l’augmentation du taux de glutathion. L’étude des effets de la contamination à l’U chez un modèle déficient pour Nrf2, facteur de transcription cytoprotecteur impliqué dans la défense anti-oxydante, a mis en évidence une accumulation d’U plus importante chez les animaux Nrf2 -/-. Néanmoins, les effets biologiques de l’U sur le système pro/anti-oxydant ne semblent pas impliquer Nrf2. Par ailleurs, il existe une corrélation entre la localisation de l’U dans des cellules HepG2 en culture et les effets biologiques sur ce système après exposition à de faibles concentrations d’U. Ce radionucléide se localise dans les noyaux sous forme soluble et l’apparition de précipités est corrélée à la mise en place de mécanismes d’adaptation qui sont ensuite débordés au cours du temps et de la concentration, laissant apparaître une toxicité cellulaire. L’ensemble de ces résultats suggèrent que le renforcement du système anti-oxydant serait un mécanisme d’adaptation après exposition chronique à faible concentration d’U. / Uranium is a radioactive heavy metal found in the environment. Due to its natural presence and to civil and militaries activities, general population can be exposed to U throughout drinking water or contaminated food. The pro/anti-oxidative system is a defense system which is often implicated in case of acute exposure to U. The aim of this thesis is to study the role of the pro/anti-oxidative system after chronic exposure to U in the liver and the kidney. After chronic exposure of rats to different U concentrations, this radionuclide accumulated in the organs in proportion to U intake; until 6 µg.g-1 of kidney tissues. U is localized in nucleus of the proximal tubular cells of the kidney. No nephrotoxicity was described even for the higher U level in drinking water and a reinforcement of the pro/anti-oxidative system with an increase in glutathione is observed. The study of U internal contamination in Nrf2 deficient mice, a cytoprotective transcription factor involved in the anti-oxidative defense has been realized. U accumulate more in Nrf2 -/- mice than in WT mice but the biologic effects of U on the pro/anti-oxidative system did not seem to implicate Nrf2. At the cell level, a correlation between U distribution in HepG2 cells and the biological effects on this system is observed after U exposure at low concentrations. Soluble distribution of U is observed in cell nucleus. The apparition of U precipitates is correlated to the establishment of the adaptive mechanisms overtime which are overwhelmed and lead to a cellular toxicity at higher U level. In conclusion, these results suggest that the reinforcement of pro/anti-oxidative system could be an adaptive mechanism after chronic exposure at low U concentration.

Suite aux accidents nucléaires de Tchernobyl (1986) ou Fukushima (2011), de grandes quantités de radioéléments ont été disséminées dans l’environnement. Parmi ces derniers, le césium 137 est le radionucléide le plus abondant et constitue la principale source d’exposition des populations avoisinantes sur le long terme, notamment par son intégration dans la chaîne alimentaire. Ce sont quelques milliers de becquerels qui sont quotidiennement ainsi ingérés. Un important questionnement concerne donc les effets potentiels que peuvent induire une telle exposition sur les fonctions physiologiques.Concernant le système cardiovasculaire, il existe une corrélation entre la dose d’exposition et la fréquence d’apparition de pathologies cardiovasculaires. Cependant, lorsqu’il s’agit d’une exposition à faibles doses, comme en cas de situations post-accidentelles, les études ne sont pas toutes en accord, dû au caractère multifactoriel de ces maladies, une grande prudence est nécessaire quant à l’interprétation des données épidémiologiques. Ainsi, ce travail de thèse vise à compléter les études épidémiologiques disponibles suivant une exposition interne à faibles doses de césium 137, et plus particulièrement dans le cadre de la pathologie athéromateuse. En effet, l’athérosclérose est reconnue comme étant la 1ère cause de mortalité/morbidité dans les pays industrialisés. Des animaux prédisposés à la pathologie (souris ApoE-/-), ont été exposés à des concentrations de césium de 4 à 100 kBq.L-1 pendant 3, 6 ou 9 mois.Ainsi, au bout de 3 mois d’exposition, les animaux ayant reçu la plus forte concentration présentent une augmentation de certains paramètres inflammatoires, notamment IFN-γ et VCAM-1, ainsi qu’une augmentation de l’épaisseur média-intima comparé aux animaux témoins. De plus, nous avons noté des variations concomitantes de l’expression d’enzymes pro/anti oxydantes (p47, p67, GPx). Ces observations ne perdurent pas au fil du temps. En effet, après 6 et 9 mois d’exposition, les plaques d’athérome qui se sont formées présentent des caractéristiques de stabilité plus importantes que les animaux témoins, avec des paramètres pro-inflammatoires (CRP, TNF-α, MCP-1 et IFN-γ) diminués, une augmentation du contenu en collagène, ainsi qu’une baisse de l’expression de certaines collagénases.L’ensemble de ces résultats suggèrent qu’une exposition interne chronique à faibles doses de césium 137 ne potentialise pas la pathologie athéromateuse dans notre modèle expérimental. Une telle exposition induit la mise en place d’une réponse adaptative au cours du temps, allant en faveur d’une amélioration du phénotype des plaques d’athérome, en agissant sur la balance des cytokines pro/anti inflammatoires, ainsi qu’une modulation du système anti-oxydant. / Large amounts of radionuclides were released in the environment after the Chernobyl (1986) or Fukushima-Daichii (2011) nuclear accidents, and mostly cesium 137. Populations living in contaminated territories are chronically exposed to radionuclides by ingestion of contaminated food. There is a real interrogation about the potential effects that could be induced following such ionizing exposure on physiological functions in the long term.Concerning the cardiovascular system, there is a correlation between the irradiation dose and the appearance of cardiovascular diseases. However, when we focused on post-accidental situations, with a low dose exposure, available data are not all in accordance, due to multifactorial aspect of these pathologies. Epidemiological results should be interpreted carefully.Thus, the aim of my thesis is to complete epidemiological studies about chronic internal γ low dose exposure, using cesium 137, in an atheromatous context. Atherosclerosis and its consequences are known to be the main cause of mortality/morbidity in industrialized countries.Predisposed animals (ApoE-/- mice) were exposed to 137Cs through the drinking water. The concentration range was 4 to 100 kBq.L-1, to surround concentration found in contaminated territories around Chernobyl. Exposure times were 3, 6 or 9 months to follow atherosclerosis progression.After 3 months exposure, for the early stages, mice exposed to the highest dose presented an increase in some inflammatory cytokines, notably IFN-γ and VCAM-1, with an intimal-medial thickness increased compared to non-exposed animals. Moreover, at this time exposure, we noticed concomitant variation of genic expression of pro and anti-oxydative enzymes (p47, p67, GPx). These effects are only transient and do not perdure over the time. Indeed, after 6 and 9 months exposure, atheromatous plaque observed in the aortic sinus, present more stability parameters than the control group (collagen), with also a decrease in pro-inflammatory profile cytokines expression (CRP, TNF-α, MCP-1 et IFN-γ), and MMPs expression, and increase in GPx activity compared to the control group.All together, these results suggest that chronic internal exposure to low dose ionizing radition with 137Cs do not potentiate atherosclerosis progression. Such exposure induces an adaptive response along the experimental process, with an amelioration of atheromatous plaque phenotype, acting on the balance of pro/anti-inflammatory cytokines, pro/anti oxydant system.

Les nanotubes de carbone (CNT) sont des nanomatériaux (1D<100 nm) présentant des propriétés physico-chimiques uniques, qui ont conduit à des applications déjà nombreuses dans l'industrie. Cette utilisation croissante des CNT soulève la question de leur potentielle toxicité. De nombreuses études ont été réalisées sur les effets de ces nanomatériaux, et il a été montré que les CNT pouvaient être toxiques, entraînant du stress oxydant et de l'inflammation d'intensité variable selon leurs caractéristiques physico-chimiques. Parmi ces caractéristiques, la longueur et la chimie de surface semblent jouer un rôle important. Néanmoins, les mécanismes sous-jacents de cette toxicité n'ont pas été complètement identifiés à ce jour. Il a été montré que l'autophagie pouvait moduler la réponse oxydante et inflammatoire, et que les CNT pouvaient être internalisés par endocytose dans la cellule et se retrouver dans les lysosomes, ce qui pourrait relier l'autophagie à la toxicité des CNT. De plus, le devenir des CNT dans les cellules (localisation, et intégrité de leur structure) a été très peu étudié à ce jour, alors que mieux connaître ce devenir pourrait nous donner des informations supplémentaires sur le mécanisme de toxicité des CNT. L'objectif de ce travail était donc 1) d'évaluer le rôle de l'autophagie dans la réponse de macrophages exposés à différents CNT, et 2) d'étudier le devenir des CNT dans ces cellules. Pour cela, il a été synthétisé quatre CNT de différentes longueurs et chimies de surface : des courts (S-), courts fonctionnalisés (SF-), longs (L-) et longs fonctionnalisés (LF-) CNT, qui ont été caractérisés. Des macrophages murins ont été exposés à ces différents CNT, et leurs effets sur l'autophagie ont été analysés, ainsi que leur devenir dans ces cellules. Nous avons montré que tous les CNT entraînaient une accumulation des autophagosomes avec un blocage du flux autophagique et un dysfonctionnement lysosomal. Ce dysfonctionnement lysosomal était dépendent du type de CNT, tous les CNT sauf les SF-CNT entraînant une basification du pH lysosomal. Il a aussi été démontré que tous les CNT sauf les SF-CNT étaient modifiés au contact des cellules. Ces résultats montrent donc que les CNT peuvent interagir avec l'autophagie, et peuvent être modifiés, selon leurs caractéristiques physico-chimiques. Ceci ouvre de nouvelles possibilités quant à l'interprétation et la compréhension de la toxicité des CNT / Carbon nanotubes (CNT) are fibre-shaped nanomaterials (at least 1D<100 nm). They are widely used in various industries because of their unique properties. As a result, an important literature has been published with the aim to evaluate the impact of CNT on health. It is now understood that CNT can be toxic, and, although inflammation and oxidative stress have been proposed as two mechanisms potentially relevant to CNT toxicity, the exact underlying mechanisms remain to be elucidated. It has been demonstrated that autophagy can repress oxidative stress and inflammation, and that CNT can be internalized in the cells by endocytosis, ending up in the lysosomes, which could link autophagy to CNT toxicity. Moreover, little is known about the fate of CNT inside the cells, where they go and if they are modified, although better knowledge about this fate could help us understand CNT toxicity. The aim of this project was therefore 1) to evaluate the role of autophagy in the response of murin macrophages to CNT, and 2) to elucidate the fate of CNT in these cells. Moreover, and because a large contribution of CNT physico-chemical characteristics has been described in their pathogenic response, we choose to synthesized four CNT varying in length and/or in surface properties: short (S-), short functionalized (SF-), long (L-), and long functionalized (LF-) CNT. Here we demonstrated that exposure to all CNT lead to the accumulation of autophagosomes, with the blockage of the autophagic flux and an impairment of lysosomal activity. Interestingly, lysosomal impairment was dependent on the type of CNT, as we observed a basification of lysosomal pH in response to all but SF-CNT. We also showed that all CNT but SF-CNT are modified when in contact with the cells. These results indicate that CNT can interact with the autophagy pathway, and can be modified, depending on their physic-chemical characteristics. This opens new ways in the interpretation and understanding of CNT toxicity

L’apoptose est une mort cellulaire programmée nécessaire à l’homéostasie tissulaireau cours du développement. Les cellules cancéreuses acquièrent la capacité à échapper àl’apoptose. Restaurer la capacité des cellules tumorales à mourir est une stratégiethérapeutique qui permettrait de lutter contre le cancer. Il est donc important d’identifier denouvelles cibles au sein de la signalisation apoptotique et de tester de nouvelles molécules.La mitochondrie, intégrateur central des signaux de mort cellulaire et actrice de l’exécution de l’apoptose, est une cible de choix pour développer des thérapies anti-tumorales.L’ANT (Adenine Nucleotide Translocase) est la protéine majoritaire de la membrane internemitochondriale. Elle est possède une fonction de transporteur ATP/ADP, en conditionphysiologique, et suite à un stimulus apoptotique, acquiert une activité de pore létal. Ainsi, ilest intéressant d’inhiber la fonction transporteur et d’activer la fonction pore d’ANT pourinduire l’apoptose. Il existe quatre isoformes d’ANT : ANT1, 2, 3 et 4. Nous avons étudié lerôle d’ANT4, récemment identifiée, dans la signalisation apoptotique. Notre étude montre lerôle anti-apoptotique d’ANT4 dans des cellules cancéreuses et l’intérêt d’ANT comme ciblethérapeutique anti-cancéreuse.Une augmentation de l’expression de protéines anti-apoptotiques, l’adaptation auxstress cellulaires et l’activation de voies de survie sont les mécanismes les plus fréquemmentdécrits pour expliquer la chimiorésistance du mélanome. A l’aide de modèles cellulaires, nousavons étudié la capacité de deux nouvelles molécules : Withaférine A (WFA) et Plumbagine(PBG) à stimuler l’apoptose et déterminé les mécanismes moléculaires impliqués. Nous avonsmontré la capacité de WFA à induire spécifiquement la voie mitochondriale de l’apoptose decellules de mélanome par un mécanisme dépendant de la production d’espèces activées del’oxygène (EAO) qui déclenchent la voie mitochondriale et de la diminution du niveaud’expression de la protéine anti-apoptotique Bcl-2. En revanche, PBG induit une mortapoptotique et une mort nécrotique des cellules de mélanomes. Dans les deux cas, PBG agitpar l’augmentation des EAO suite au déclenchement d’un stress du reticulum endoplasmique.WFA et PBG sont donc deux molécules pro-oxydantes capables d’induire la mort des cellulesde mélanome en tirant partie de leur vulnérabilité au stress oxydant.Nos travaux ont participé à la mise en évidence d’une cible thérapeutique anticancéreusepotentielle et de deux agents capables d’induire la mort cellulaire dans un contextede chimiorésistance. / Apoptosis is a programmed cell death process necessary for tissue homeostasis duringdevelopment. Cancer cells acquire the capacity to evade apoptosis. Restoring tumor cellsability to die is a therapeutic strategy against cancer. It is therefore important to identify newtherapeutic targets within the apoptotic signaling and to test new molecules.Mitochondrion being a central integrator of cell death signals and a key player inapoptosis execution, it is a target of choice to develop new anticancer therapies. ANT(Adenine Nucleotide Translocase) is the main protein of the inner mitochondrial membrane. Itpresents a ADP/ATP transporter function in physiological conditions and acquire a lethal poreactivity upon apoptotic stimulus. It is thus interesting to inhibit the transporter function and- 6 -activate ANT pore function in order to induce apoptosis. There are four isoforms: ANT1, 2, 3and 4. We studied the role of the recently discovered ANT4 in apoptotic signaling. Our studyemphasize ANT4 anti-apoptotic role in cancer cells and ANT potential as an anticancertherapeutic target.Increase in anti-apoptotic proteins, adaptation to cellular stress and activation ofsurvival pathways are the main mechanisms responsible for chemoresistance. Using cellularmodels we studied the ability of two molecules: Withaferin A (WFA) and Plumbagin (PBG)to stimulate apoptosis and determined the molecular mechanisms involved. We showed WFAcapacity to specifically induce the mitochondrial pathway of apoptosis in melanoma cellsthrough reactive oxygen species (ROS) generation leading to mitochondrial pathwayactivation and the decrease in anti-apoptotic protein Bcl-2 expression level. However, PBG isresponsible for apoptosis and necrosis induction in melanoma cells. In both cases PBG actsthrough an increase in ROS following endoplasmic reticulum stress. WFA and PBG are thustwo pro-oxidant molecules able to induce the death of melanoma cells by taking advantage oftheir vulnerability to oxidative stress.Our work took part in the demonstration of a potential anticancer target and two agentsable to induce cell death in a context of chemoresistance.

Le rayonnement ultraviolet (UV) émis par le soleil et qui atteint la peau de chaque individu est composé majoritairement de photons UVA (λ de 315 à 400 nm), le reste (5 à 10 %) étant composé d’UVB les plus longs (λ de 300 à 315 nm), car les radiations de longueur d’onde 300nm, c’est-à-dire les plus toxiques en terme de santé humaine, sont absorbées par la couche d’ozone stratosphérique. Contrairement aux UVB, les radiations UVA sont faiblement absorbées par l’ADN et de fait, génèrent peu de dimères cyclobutaniques de pyrimidines. Néanmoins, un des problèmes majeurs posés par une exposition aux UVA tient à ce que ce rayonnement excite certains composés endogènes photosensibles, inducteurs de la production d’espèces réactives de l’oxygène (ROS) qui peuvent alors endommager les composants cellulaires tels que les lipides,les acides nucléiques et les protéines. De ce fait, si les UVB restent le facteur étiologique majeur contribuant à la cancérogenèse cutanée photoinduite, un rôle des UVA, via la production de ROS, semble également émerger. Des précédents travaux obtenus au laboratoire ont montré que le rayonnement UVA ralentit la réplication de l’ADN, indépendamment de l’activation des points de contrôle du cycle cellulaire. Les auteurs ont émis l’hypothèse que les UVA, via l’oxydation des protéines, pouvaient altérer la machinerie de réplication. Mon travail de thèse a donc consisté à tenter de préciser le mécanisme qui gouverne ce retard de la réplication de l’ADN induit par les UVA dans les cellules de mammifères.Pour étudier au niveau moléculaire les effets des UVA sur la réplication, nous avons tout d’abord mis en place et utilisé au laboratoire la technique du peignage moléculaire (DNA combing) qui permet de mesurer divers paramètres de la réplication. Ainsi, nous montrons que le rayonnement UVA inhibe immédiatement et transitoirement les vitesses de fourches alors que l’inhibition sur l’initiation des origines est plus prolongée. Dans le cadre d’une collaboration, nous montrons également que les radiations UVA induisent une diminution modeste et transitoire du pool de dNTPs intracellulaires. La complémentation en ribonucléosides ne semble pas suffisante pour restaurer une vélocité normale de fourches immédiatement après UVA, ni la réplication dans sa totalité. En parallèle, nous observons l’oxydation réversible de la sous-unité R1 de la ribonucléotide réductase impliquée dans la biosynthèse des dNTPs. Bien que cette oxydation ne puisse expliquer la baisse transitoire du pool de nucléotides après UVA, nous ne pouvons pas exclure que d’autres formes d’oxydation de la RNR puissent affecter son activité.La présence d’azide de sodium (NaN3) au cours de l’irradiation UVA prévient le retard réplicatif, limite l’oxydation de la sous-unité R1 et la diminution du pool de dNTPs, ce qui démontre que ce retard de réplication est totalement dépendant des ROS, principalement de l’oxygène singulet généré pendant l’irradiation.L’ensemble de nos résultats indiquent que les UVA affectent le processus de réplication en modifiant non seulement la vélocité des fourches mais également l’initiation des origines de réplication. Puisqu’une perturbation de la réplication est une cause majeure d’instabilité génétique, il reste à déterminer si, dans nos conditions expérimentales, les radiations UVAfavorisent cette instabilité. Enfin, nous pensons que la ou les cibles des ROS induites par les UVA sont essentiellement cytosoliques et que le mécanisme conduisant à l’inhibition de la réplication n’est pas spécifique de ces ROS mais pourrait s’observer en utilisant d’autres types de stress oxydant. / The solar UV radiation that reaches the earth’s surface is composed of 10 % UVB (280–320 nm) and 90 % UVA (320–400 nm) the main toxic radiations (wavelengths below 300 nm) being blocked by the stratospheric ozone. Unlike UVB, the UVA component of solar radiation is weakly absorbed by DNA. Nevertheless, one of major problems due to UVA exposure is the production of reactive oxygen species (ROS) through the interaction with endogenous and exogenous chromophores. These ROS cause damage to DNA, lipids and proteins. Even if UVB remains the major etiological factor known to be implicated in photoinduced cutaneous carcinogenesis, a novel role for UVA via the production of ROS seems to emerge. In our lab, previous works have provided evidence that exposure of mammalian cells to UVA-induced ROS led to delayed S-phase and reduced DNA synthesis, by a yet unknown process, which does not require a functional DNA damage checkpoint response, despite ATM-, ATR-, p38-dependent pathways activation. The authors proposed that inhibition of DNA replication is due to impaired replication fork progression and/or origins activation, as a consequence of UVA-induced oxidative damage to proteins rather than to DNA. The project for my PhD thesis is to better understand the mechanism underlying this UVA-induced slowdown of DNA replication in human cells.To study at the molecular level the effects of UVA on DNA replication, we used the DNA combing methodology. This technique allows measurement of the fork velocity and of the origins density. We show that UVA-induced ROS inhibit immediately after irradiation, but transiently, the progression of replication forks, while the inhibition on the initiation of originslasts longer. By HPLC-MS, we show that UVA radiation induces a moderate and transient decrease of the level of each intracellular dNTP. The supply of ribonucleosides doesn’t seem to be sufficient to restore neither a normal forks velocity immediately post-UVA nor the overall slowdown of DNA replication. In addition, we observe a reversible oxidation of the subunit R1 of ribonucleotide reductase, an enzyme which is involved in dNTPs biosynthesis. This oxidation cannot explain the transient reduction of dNTPs pool after UVA exposure, but other types of RNR oxidative modification could affect its activity. During UVA irradiation, the presence of the antioxidant sodium azide (NaN3) prevents the delay of DNA replication, limits the oxidation of the subunit R1 and the decrease of dNTPs pool. These results strongly suggest that the slowdown of DNA replication totally depends on ROS, in particular on singlet oxygen production induced by UVA.Altogether, our data indicate that UVA irradiation affects the process of DNA replication by modifying the forks velocity and the activation of origins. As DNA replication impairment is a major cause of genetic instability, it is of importance to determine if UVA irradiation leads to this instability in our experimental conditions. Finally, we suspect that the target of UVAinduced ROS is essentially cytosolic and that the mechanism driving the inhibition of replication is not specific of UVA-induced ROS, but could be also observed with other types of oxidative stress.

La maladie d'Alzheimer est une maladie neurodégénérative sénile, entrainant une perte progressive et irréversible des fonctions cognitives et comportementales. Les deux principales caractéristiques pathologiques observées chez les patients atteints d'Alzheimer sont la présence d'enchevêtrements neurofibrillaires intracellulaires (majoritairement constitués par la protéine Tau hyperphosphorylée) et l'agrégation extracellulaire de plaques séniles ou amyloïdes (majoritairement constituées du peptide Amyloïde-β (Aβ)).Si l'étiologie complexe de la maladie reste à établir, la participation du stress oxydant (en partie induit par le peptide Aβ) est largement admise. Il a ainsi été proposé que la mort neuronale puisse être due à l'accumulation de dommages oxydatifs au niveau de la molécule d'ADN, qui pourrait en outre être associée à un dysfonctionnement du système de réparation de ce dernier. Dans notre étude, nous avons cherché à préciser les effets spécifiques du peptide Aβ sur les systèmes de réparation de l'ADN d'une lignée de neuroblastome humain (APP751). Cette dernière sécrète le peptide Aβ à des concentrations très physiologiques. Nous avons observé dans ce modèle une augmentation des dommages oxydatifs à l'état basal et plus encore à l'issue d'un stress additionnel, métallique ou oxydant. De manière surprenante le système BER, associé à la réparation des lésions oxydatives, est apparu sous-exprimé en présence d'Aβ, et réduit d'avantage après l'application d'un stress. Ces observations suggèrent une incapacité de la lignée sécrétrice d'Aβ à répondre à une attaque extérieure, ce qui est vraisemblablement susceptible d'engendrer une accumulation de dommages au niveau de la molécule d'ADN. L'autre fait marquant de ce travail, est la surexpression de facteurs généralement associés au NER, en présence d'Aβ couplé à un stress oxydant. Ces facteurs présentent une multifonctionnalité au sein de la cellule et leur stimulation pourrait représenter la mise en place d'un processus apoptotique plutôt que l'initiation de la réparation de l'ADN. Ces travaux nous ont permis d'établir pour la première fois un lien entre la sécrétion du peptide Aβ et la perturbation des systèmes de réparation de l'ADN, phénomènes susceptibles d'entrainer la mort cellulaire observée en excès dans la maladie d'Alzheimer. / Alzheimer's disease (AD) is an age-related neurodegenerative disorder which leads to a progressive and irreversible loss of cognitive and behavioral functions. Two major pathological hallmarks are affecting patients with AD: intracellular neurofibrillary tangles (mostly constituted of the hyperphosphorylated Tau protein) and extracellular senile plaques deposits (mostly constituted of the amyloid- β peptide (Aβ)). If the complex etiology of AD remains to be defined, the role played by oxidative stress (partly generated by Aβ) is widely accepted. Thus, it has been proposed that the neuronal death in AD could be due to the accumulation of oxidative DNA damage over life that could be moreover associated to a deficient DNA repair capacity. In this study we focused on the Aβ peptide specific effects on DNA repair systems. We worked on a human neuroblastoma cell line which possesses the ability to secrete the Aβ to a very physiological level. In this model, we observed an increase in oxidative DNA damage, under basal conditions and even more following exposure to a metallic or oxidative stress. Surprinsingly, the oxidative lesions-associated BER system, appeared to be downregulated in the presence of Aβ, and to a greater extent diminished after stress. These observations suggest that the Aβ-secreting cell line is not able to respond to a harmful environment, which is likely to trigger the accumulation of oxidative DNA damage. The other highlight of this work is the over-expression of generally NER-associated proteins, in the presence of Aβ coupled to an oxidative stress. These proteins exhibit a multifunctionnality within cells and their stimulation could reveal the set up of an apoptotic pathway rather than the induction of a DNA repair process. Taken together, these results lead us to establish for the first time a strong link between Aβ secretion and the impairment of DNA repair capacities, which are inclined to cause the neuronal death that is observed in excess in AD.

L’endothélium est une barrière semi-perméable assurant le maintien de l’homéostasie vasculaire. C’est un régulateur clé du tonus vasculaire, des processus de coagulation et de fibrinolyse, et de l’inflammation. Sa dysfonction est à l’origine de nombreuses pathologies parmi lesquelles figurent les complications vasculaires liées au diabète, notamment les maladies cardiovasculaires, première cause de mortalité chez les patients diabétiques. Le stress oxydant associé aux produits avancés de glycation (AGEs), dont la formation est favorisée par l’hyperglycémie, constitue l’élément central de la dysfonction endothéliale. Ce stress correspond à un déséquilibre entre les défenses antioxydantes et les espèces prooxydantes cellulaires en faveur de ces dernières, et peut être d’origine mitochondriale. L’objectif de mon travail de thèse a été de déterminer les effets des AGEs dérivant de l’albumine (la protéine plasmatique la plus abondante) sur le fonctionnement des mitochondries de cellules endothéliales en culture, en parallèle à une analyse des mécanismes moléculaires impliqués dans le stress oxydant intracellulaire, et des fonctions endothéliales. L’étude mitochondriale s’est principalement axée sur la description des états respiratoires et a révélé des phénotypes associés aux AGEs, variant en fonction du modèle cellulaire endothélial et de la confluence. Par ailleurs, deux autres résultats phares issus de mes investigations correspondent à la mise en évidence de : 1) l’altération des propriétés antioxydantes de l’albumine, ainsi que l’acquisition d’un pouvoir pro-oxydant après glycoxydation ; 2) la contribution des mitochondries au stress oxydant, à travers une communication possible avec la NADPH oxydase, une enzyme produisant des anions superoxydes. Ce travail apporte ainsi un nouvel éclairage sur le déséquilibre redox observé chez les cellules endothéliales dans le cadre de la pathologie diabétique, en relation avec l’aspect mitochondrial. / The endothelium ensures the maintenance of vascular homeostasis. It is a fundamental regulator of vascular tone, coagulation, fibrinolysis, and inflammation. Its dysfunction mediates numerous pathologies, including, among others, diabetes vascular complications, particularly cardiovascular diseases, the major cause of mortality in diabetic patients.Oxidative stress related to advanced glycation end products (AGEs), whose formation is enhanced by hyperglycemia, represents the central element of endothelial dysfunction. This stress is defined as “an imbalance between oxidants and anti-oxidants in favor of the oxidants”, and can originate from mitochondria. The objective of my thesis was to determine the effects of AGEs derived from albumin (the most abundant protein in plasma) on mitochondria of cultured endothelial cells, in parallel to an analysis of the molecular mechanisms involved in intracellular oxidative stress, and endothelial functions.Mitochondrial exploration mainly focused on the description of the respiratory states and revealed AGEs-associated phenotypes, depending on endothelial cell model and cell confluence. Furthermore, two other key results from my investigations correspond to the highlighting of: 1) the alteration of albumin antioxidant properties, as well as the acquisition of a pro-oxidant capacity after glycoxidation processes; 2) the involvement of mitochondria in oxidative stress, through a potential communication with NADPH oxidase, an enzyme that produces superoxide anions.This work brings novel insights into the redox imbalance observed in endothelial cells during diabetes, in relation to the mitochondrial aspect.

La sarcopénie ou perte involontaire progressive de la masse musculaire chez le sujet âgé s’accompagne de l’altération de nombreux phénomènes physiologiques comparables à ceux observés chez les myopathes. Le processus de régénération musculaire est très ralenti, les activités protéolytiques intracellulaires sont modifiées et de nombreuses fonctions cellulaires sont perturbées en raison d’un stress oxydatif incontrôlé. L’intervention des calpaïnes, protéases neutres calcium-dépendantes, dans les processus associés au développement, à la régénération et à l’intégrité du tissu musculaire est incontestable. Les calpaïnes apparaissent, en effet, comme des acteurs clefs des voies de transductions liées à la myogenèse, la prolifération et la survie cellulaire. Toutefois aucune étude permettant d’établir la relation vieillissement du tissu musculaire- activité calpaïne n’a été entreprise à ce jour. Le projet a donc pour but principal d’inventorier les signaux pro-sarcopéniques interagissant avec les calpaïnes et d’établir leurs relations avec la fonctionnalité des cellules satellites, le stress oxydant et l’apoptose. Nous avons mis en évidence une augmentation de l’expression/activité des calpaïnes durant le vieillissement musculaire chez le rat et identifié des partenaires des calpaïnes impliqués dans des fonctions physiologiques altérées durant la sarcopénie: homéostasie calcique, activité contractile, production d’ATP, régénération musculaire. Nous avons également montré que l’induction d’un stress oxydant entraîne l’activation des calpaïnes au cours de la prolifération des cellules satellites de façon corrélée à une augmentation de l’apoptose. D’une manière intéressante, un traitement préventif par un antioxydant naturel d’écorce de pin (Oligopin®) est capable de prévenir à la fois l’apoptose et l’activation des calpaïnes. L’ensemble de ces résultats suggère que le stress oxydant associé au vieillissement induirait des mécanismes calpaïno-dépendants responsables de l’altération de processus essentiels à la fonction musculaire. / Aging is associated with a progressive and involuntary loss of muscle mass also known as sarcopenia. This condition represents a major public health concern. Although sarcopenia is well documented, the molecular mechanisms of this condition still remain unclear. The calcium-dependent proteolytic system is composed of calcium dependent cystein-proteases named calpains. Calpains are involved in a large number of physiological processes such as muscle growth and differentiation, and pathological conditions such as muscular dystrophies. The aim of this study was to determine the involvement of the proteolytic system in the phenotype associated with sarcopenia by identify the key proteins (substrates or regulators) interacting with calpains during muscle aging and identify pro-sarcopenic signals after oxidative stress induction in satellite cells. Muscle aging was correlated with the up-regulation of calpain activity. Ryanodine receptor 1, ATP synthase subunit alpha and alpha actinin 3 appear as key partners of calpains during muscle aging. Such interactions suggest an implication of calpains in many processes altered during aging including cytoskeletal disorganisation, regulation of calcium homeostasis and mitochondrial dysfunction. Furthermore, oxidative stress induction led to an increase in the activity of calpains correlated to an increase in apoptosis of proliferating satellite cells. In a very interesting way, a preventive treatment with a commercial antioxidant (Oligopin®) prevented these effects. All these data suggest that oxidative stress coupled observed during muscle aging could lead to calpaïno-dependent mechanisms responsible for apoptosis and muscle dysorganisation.

Objectifs : Comparer les effets de la plongée à l’air et en apnée sur la vasodilatation d’origine endothéliale et le stress oxydant. Ensuite, tenter de prévenir la dysfonction endothéliale post-plongée par une supplémentation en antioxydants. Méthodes : La fonction endothéliale des grosses artères est évaluée par la dilatation flux-dépendante (FMD) et celle des petites par pléthysmographie. Les concentrations plasmatiques de monoxyde d’azote (NO) furent évaluées en mesurant les nitrites/nitrates par colorimétrie. Les effets de 30g de chocolat noir furent testés en supplémentation 1h30 avant la plongée à l’air et 1h avant l'apnée. Résultats : La FMD diminue dans les 2 types de plongée. Le taux de NO est inchangé après la plongée à l’air alors qu’il augmente après l’apnée. En eau froide, le taux de NO se voit réduit chez les plongeurs en apnée. Lorsque le chocolat noir est administré en supplémentation à des plongeurs, la FMD est augmentée aussi bien après la plongée à l’air qu’en apnée. Le NO augmente après la plongée à l’air alors qu’il ne change pas après l’apnée. Conclusion : En apnée comme en plongée à l’air, la diminution de la FMD suggère qu’elle est liée à un stress oxydant puisqu’elle est prévenue par le chocolat noir. Le chocolat noir est un bon moyen préventif pour la dysfonction endothéliale aussi bien en plongée à l’air qu’en apnée. L’absence de variation du NO suggère que la diminution de la FMD est la conséquence d’une activité du système nerveux autonome et/ou d’une altération du muscle lisse vasculaire. Les mécanismes observés en plongée sont un bon modèle pour la personne âgée où du stress oxydant et une dysfonction endothéliale sont également retrouvés. / Objectives: To compare the effects of SCUBA diving with breath-hold diving on endothelial vasodilation and oxidative stress. Then trying to prevent post dive endothelial dysfunction by a supplementation in antioxidants. Methods: Endothelial function of large arteries is evaluated by FMD and those of small arteries by plethysmography. Plasmatic concentrations of nitric oxide (NO) were evaluated by measuring nitrite/nitrate by colorimetry. The effects of 30g dark chocolate were tested as a supplement 1h30 before SCUBA diving and 1 hour before the breath-hold dives. Results: FMD is reduced in the 2 types of diving. The level of circulating NO remains unchanged after SCUBA diving while it increases after breath-hold diving. The PORH is reduced after SCUBA diving while it is increased in the breath-hold group. In cool water, NO is reduced after breath-hold diving. When dark chocolate is administered to divers FMD is increased after SCUBA diving and breath-hold diving. NO is increased after SCUBA diving while it does not change after breath-hold diving. Conclusion: In breath-hold and SCUBA diving the decreased FMD suggests that it is associated with oxidative stress since it is prevented by dark chocolate. Dark chocolate is a good way to prevent endothelial dysfunction in SCUBA diving and in breath-hold diving. The lack of variation in NO level suggests that the reduced FMD results from the activity of the autonomic nervous system and/or an alteration of vascular smooth muscle. Mechanisms observed in diving are a good model for the elderly people where oxidative stress and endothelial dysfunction are also encountered.

L’infarctus du myocarde constitue la première cause de mortalité cardiovasculaire. Ainsi, toute stratégie permettant de moduler la vulnérabilité du coeur à l’ischémie-reperfusion (IR) peut représenter un intérêt majeur de santé publique. L’exercice en endurance est reconnu comme une stratégie de cardioprotection efficace dont les mécanismes cellulaires restent néanmoins peu connus. Les objectifs de ce travail de thèse sont donc i) d’évaluer le rôle préventif de l’exercice sur le développement d’un phénotype sensible à l’IR myocardique, et ii) de tenter de mieux comprendre le rôle de la eNOS dans la radioprotection par l’exercice. Dans la première partie de ce travail, nous avons mis en évidence que l’exercice permet de prévenir le développement d’un phénotype pathologique cardiomyocytaire,par une amélioration du statut antioxydant et un maintien de l’homéostasie calcique cellulaire, et ainsi permet de normaliser la sensibilité du coeur à l’IR chez une population à risque. Dans un second temps, les travaux réalisés ont permis de mettre en avant le rôle majeur de la eNOS dans la cardioprotection par l’exercice. Cette cardioprotection est associée à une diminution du niveau de phosphorylation (Ser1177) et surtout de l’état de découplage de cette enzyme au cours des premières minutes de reperfusion. Ces modifications, associées à l’amélioration du statut antioxydant cardiaque par l’exercice, sont à l’origine d’une diminution du stress nitro-oxydant au cours de la reperfusion,expliquée par une moindre synthèse de NO et une meilleure capacité à éliminer l’O2.-, permettant ainsi de limiter la synthèse de ONOO-. L’ensemble de ce travail de thèse a ainsi permis de mettre en évidence la complexité de la cardioprotection par l’exercice, nécessitant l’interaction entre différents mécanismes cellulaires tels que l’amélioration du statut enzymatique antioxydant, le découplage de la eNOS au cours de la reperfusion précoce et la régulation de l’homéostasie calcique intracellulaire. Ce travail à d’autre part permis de mieux appréhender le rôle complexe de la voie de synthèse du NO parla eNOS dans la modulation de la vulnérabilité du coeur à un stress tel que l’IR / Exercise training is recognized as an efficient way to protect the myocardium against ischemiareperfusion(IR). However, mechanisms responsible for such cardioprotection remain still unclear. Theaims of this work were then i) to evaluate the preventive effect of exercise on a model highly sensitiveto myocardial IR, and ii) to investigate the role of eNOS in exercise-induced cardioprotection. In a firstpart we showed that regular boots of exercise, by its beneficial effects on calcium handling andenzymatic antioxidant status, prevents the highly sensitive phenotypical remodeling of the heart andthen normalized heart vulnerability to IR. Then, in a second part of this work, we showed that exerciseinducedcardioprotection was associated with a decrease of eNOS phosphorylation at Ser1177 andespecially its uncoupling during early reperfusion. Such phenomenon, associated with increased heartantioxidant capacity was responsible for reduced nitro-oxidative stress. Indeed, reduced NOSdependentNO synthesis associated with the improved capacity to scavenge O2.- contribute to preventthe formation of ONOO-. Altogether, these results showed that exercise-induced cardioprotection is acomplex mechanism requiring interactions between antioxidant capacity improvement, eNOSuncoupling during reperfusion and intracellular calcium homeostasis. Finally, this work opens newperspectives regarding the role of NO synthesis modulation to impact heart sensitivity to IR