Résumé: Les dommages à la cytosine, spontanés et induits par des oxydants, sont probablement la principale cause des transitions GC vers AT, la mutation du génome la plus commune chez les organismes aérobiques. Ces dommages sont impliqués dans le processus de mutagenèse, dans le vieillissement et dans le cancer. Les dommages à la cytosine par les oxydants et les radicaux libres sont nombreux et ont été découverts et étudiés dans les monomères de cytosines et dans de courts oligonucléotides. Dans cette étude, nous avons développé une méthode d'analyse par HPLC-MS/MS des plus importants produits d'oxydation de la cytosine dans l'ADN. Cette méthode permet l'analyse de la formation de 5-hydroxy-2'-désoxycytidine (5-OH-dC), de 5,6-dihydroxy-5,6-dihydro-2'-désoxyuridine (dUg), de 1-(2-désoxyribose)-5-hydroxyhydantoïne (HdU) et de 3-(2-désoxyribose)-1-carbamoy1-4,5-dihydroxy-2-oxo-imidazolidine (C422-dC) lors d'irradiation aux rayons gamma par réaction de type fenton et par ozonolyse. Les résultats de l'irradiation de l'ADN aux rayons gamma (en modifications/106bases/Gy) sont de 1.62 pour la 5-OH-dC, de 1.48 pour le dUg, de 7.43 pour la HdU et de 1.38 pour la C422-dC. La réaction de type fenton avec le cuivre donne une formation de dommages environ 25 fois plus grande qu'avec le fer et les deux types (cuivre et fer) donnent des ratios de produits semblables à ceux par les rayons gamma avec une augmentation de la 5- OH-dC et une diminution de la HdU. L'exposition .de l'ADN à l'ozone donne une très grande formation de la HdU et une faible formation des autres produits d'oxydation.//Abstract: The damages to cytosine, spontaneous and inducted by oxidants, are probably the principal cause of the GC to AT transition, the most important mutation of the genome for the aerobic organisms. Those damages are involved in the process of mutagenesis, aging and cancer. The damages to cytosine by oxidants and fre radicals are numerous and have been discovered and studied in monomers of cytosine and in short oligonucleotides. In this study, we have developed a analysis method of the most important oxidation products of cytosine in DNA by HPLC-MS/MS. This method allows the analysis of the formation of 5-hydroxy-2'-deoxycytidine (5-OH-dC), de 5,6-dihydroxy-5,6-dihydro-2'-desxyuridine (dUg), de 1-(2-deoxyribose)-5-hydroxyhydantoin (HdU) et de 3-(2-deoxyribose)- 1-carbamoyl-4,5-dihydroxy-2-oxo-imidazolidine (C422-dC) after irradiation by gamma rays, by fenton type reaction and ozonolysis. The results of the irradiation of DNA by gamma rays (in modifications10[indice supérieur 6] bases/Gy) are of 1.62 for 5-OH-dC, of 1.48 for dUg, of 7.43 for HdU and of 1.38 for C422-dC. The fenton type reaction with copper gives a formation of damages about 25 times higher than with ferrous and both kind gives a ratio of formation similar to the the ones by gamma rays with a increase of 5-OH-dC and a decrease of HdU. The exposition of DNA to ozone gives a strong formation of HdU and a small formation of the other modifications. [symboles non conformes]

Le traitement du cancer à l’aide d’une exposition aux radiations ionisantes (RI) peut mener au développement de plusieurs effets secondaires importants, dont un retard de réparation et de régénération des tissus. Les mécanismes responsables de ces effets demeurent largement inconnus encore aujourd’hui, ce qui a pour effet de limiter le développement d’approches thérapeutiques. À l’aide d’un modèle de guérison de plaie cutanée chez la souris, nous avons cherché à déterminer les mécanismes par lesquels l’exposition aux RI limite la régénération de la peau. Nos résultats démontrent que l’induction de la "stromal-derived growth factor 1α" (SDF-1α), une cytokine normalement surexprimée dans les tissus hypoxiques, est sévèrement diminuée dans les plaies de souris irradiées versus non-irradiées. Ce défaut corrèle avec un retard de guérison des plaies et est encore évident plusieurs mois suivant l’exposition aux RI, suggérant qu’il y a une altération permanente de la capacité de la peau à se réparer. Parce que SDF-1α est secrété principalement par les fibroblastes du derme, nous avons évalué le potentiel des cellules stromales multipotentes (MSCs), qui sont reconnues pour secréter des niveaux élevés de SDF-1α, à accélérer la régénération de la peau chez les souris irradiées. L’injection de MSCs en périphéries des plaies a mené à une accélération remarquable de la guérison de la peau chez les souris exposées aux RI. Les actions des MSCs étaient principalement paracrines, dû au fait que les cellules n’ont pas migré à l’extérieur de leur site d’injection et ne se sont pas différentiées en kératinocytes. L’inhibition spécifique de l’expression de SDF-1α a mené à une réduction drastique de l’efficacité des MSCs à accélérer la fermeture de plaie indiquant que la sécrétion de SDF-1α par les MSCs est largement responsable de leur effet bénéfique. Nous avons découvert aussi qu’un des mécanismes par lequel SDF-1α accélère la guérison de plaie implique l’augmentation de la vascularisation au niveau de la peau blessée. Les résultats présentés dans ce mémoire démontrent collectivement que SDF-1α est une importante cytokine dérégulée au niveau des plaies cutanées irradiées, et que le déclin du potentiel de régénération des tissus qui est observé suivant une exposition au RI peut être renversé, s’il est possible de restaurer le microenvironnement de la blessure avec un support stromal adéquat. / Cancer treatment using ionizing radiation (IR) may lead to significant side effects, like delayed tissue repair and regeneration. The mechanisms mediating these defects remain largely unknown at present, thus limiting the development of therapeutic approaches. Using a wound healing model, we investigate the mechanisms by which IR exposure limits skin regeneration. Our results show that induction of the stromal-derived growth factor 1α (SDF-1α), a cytokine normally overexpressed in hypoxic tissues, is severely impaired in the wounded skin of irradiated, compared to non-irradiated, mice. This defect is correlated with delayed healing, and is evident for several months following exposure to IR, suggesting permanent impairment of skin repair. Because SDF-1α is secreted mainly by dermal fibroblasts, we evaluated the potential of multipotent stromal cells (MSCs), which secrete high levels of SDF-1α, to improve skin regeneration in irradiated mice. Injection of MSCs into the wound margin led to remarkable enhancement of skin healing in mice exposed to IR. The MSC actions were mainly paracrine, as the cells did not migrate away from the injection site or differentiate into keratinocytes. Specific knockdown of SDF-1α expression led to drastically reduced efficiency of MSCs in improving wound closure, indicating that SDF-1α secretion by MSCs is largely responsible for their beneficial action. We also found that one mechanism by which SDF-1α enhances wound closure likely involves increased skin vascularization. Findings presented in this thesis collectively indicate that SDF-1α is an important deregulated cytokine in irradiated wounded skin, and that the decline in tissue regeneration potential following IR can be reversed, given adequate microenvironmental support.

Le traitement du cancer à l’aide d’une exposition aux radiations ionisantes (RI) peut mener au développement de plusieurs effets secondaires importants, dont un retard de réparation et de régénération des tissus. Les mécanismes responsables de ces effets demeurent largement inconnus encore aujourd’hui, ce qui a pour effet de limiter le développement d’approches thérapeutiques. À l’aide d’un modèle de guérison de plaie cutanée chez la souris, nous avons cherché à déterminer les mécanismes par lesquels l’exposition aux RI limite la régénération de la peau. Nos résultats démontrent que l’induction de la "stromal-derived growth factor 1α" (SDF-1α), une cytokine normalement surexprimée dans les tissus hypoxiques, est sévèrement diminuée dans les plaies de souris irradiées versus non-irradiées. Ce défaut corrèle avec un retard de guérison des plaies et est encore évident plusieurs mois suivant l’exposition aux RI, suggérant qu’il y a une altération permanente de la capacité de la peau à se réparer. Parce que SDF-1α est secrété principalement par les fibroblastes du derme, nous avons évalué le potentiel des cellules stromales multipotentes (MSCs), qui sont reconnues pour secréter des niveaux élevés de SDF-1α, à accélérer la régénération de la peau chez les souris irradiées. L’injection de MSCs en périphéries des plaies a mené à une accélération remarquable de la guérison de la peau chez les souris exposées aux RI. Les actions des MSCs étaient principalement paracrines, dû au fait que les cellules n’ont pas migré à l’extérieur de leur site d’injection et ne se sont pas différentiées en kératinocytes. L’inhibition spécifique de l’expression de SDF-1α a mené à une réduction drastique de l’efficacité des MSCs à accélérer la fermeture de plaie indiquant que la sécrétion de SDF-1α par les MSCs est largement responsable de leur effet bénéfique. Nous avons découvert aussi qu’un des mécanismes par lequel SDF-1α accélère la guérison de plaie implique l’augmentation de la vascularisation au niveau de la peau blessée. Les résultats présentés dans ce mémoire démontrent collectivement que SDF-1α est une importante cytokine dérégulée au niveau des plaies cutanées irradiées, et que le déclin du potentiel de régénération des tissus qui est observé suivant une exposition au RI peut être renversé, s’il est possible de restaurer le microenvironnement de la blessure avec un support stromal adéquat. / Cancer treatment using ionizing radiation (IR) may lead to significant side effects, like delayed tissue repair and regeneration. The mechanisms mediating these defects remain largely unknown at present, thus limiting the development of therapeutic approaches. Using a wound healing model, we investigate the mechanisms by which IR exposure limits skin regeneration. Our results show that induction of the stromal-derived growth factor 1α (SDF-1α), a cytokine normally overexpressed in hypoxic tissues, is severely impaired in the wounded skin of irradiated, compared to non-irradiated, mice. This defect is correlated with delayed healing, and is evident for several months following exposure to IR, suggesting permanent impairment of skin repair. Because SDF-1α is secreted mainly by dermal fibroblasts, we evaluated the potential of multipotent stromal cells (MSCs), which secrete high levels of SDF-1α, to improve skin regeneration in irradiated mice. Injection of MSCs into the wound margin led to remarkable enhancement of skin healing in mice exposed to IR. The MSC actions were mainly paracrine, as the cells did not migrate away from the injection site or differentiate into keratinocytes. Specific knockdown of SDF-1α expression led to drastically reduced efficiency of MSCs in improving wound closure, indicating that SDF-1α secretion by MSCs is largely responsible for their beneficial action. We also found that one mechanism by which SDF-1α enhances wound closure likely involves increased skin vascularization. Findings presented in this thesis collectively indicate that SDF-1α is an important deregulated cytokine in irradiated wounded skin, and that the decline in tissue regeneration potential following IR can be reversed, given adequate microenvironmental support.

La compréhension des interactions entre les nanomatériaux et les entités biologiques est fondamentale pour développer des nanoproduits en oncologie. NBTXR3 (nanoparticule inerte d'oxyde d'hafnium) et protoporphyrine IX (Pp IX) nanotransporteur (nanoparticule de silice encapsulant le Pp IX, le monomère du Photofrin®) sont des nanoproduits, issus des plateformes Nanobiotix, développés pour élargir la fenêtre thérapeutique des traitements du cancer en utilisant des sources d'activation externe de type " on " / " off ". La première partie de ce travail présente l'étude de l'interaction de NBTXR3 avec des cellules tumorales coliques humaines. NBTXR3 pénètre par endocytose et persiste dans le compartiment endolysosomial. Une augmentation significative de la réponse cellulaire à la radiothérapie est démontrée après activation de NBTXR3 par des radiations ionisantes. L'irradiation des cellules traitées par NBTXR3 entraîne des modifications spécifiques de leur morphologie par rapport aux contrôles; elles sont décrites ici. Une deuxième partie présente la synthèse d'un nouvel hybride pour la thérapie photodynamique, le Pp IX nanotransporteur, et étudie son interaction in vitro avec six lignées de cellules tumorales humaines et in vivo dans un modèle de souris nude xénogreffée avec trois types tumoraux. In vitro, le Pp IX nanotransporteur activé à 630 nm est plus efficace que le Pp IX libre. De plus, ce nouvel hybride favorise la biodistribution du Pp IX, avec une cinétique d'accumulation tumorale différente entre les modèles. La compréhension des interactions entre nanoparticules et cellules cancéreuses, apportée par ce travail, contribue à la création de nanothérapies innovantes.