Depuis plusieurs années, des agents exogènes environnementaux, appelés perturbateurs endocriniens, sont soupçonnés d'interférer avec les fonctions essentielles de reproduction et de développement chez des nombreux organismes vivants. La caractérisation des effets toxiques de tels composés s'effectuent classiquement par l'évaluation de paramètres conventionnels dans le cadre d'études de toxicologie. Nous avons tenté d'évaluer le mécanisme d'action, au niveau moléculaire, par lequel un antiandrogène modèle, le flutamide, induit des effets toxiques sur l'appareil reproducteur mâle chez le rat, en nous aidant à la fois des techniques conventionnelles de toxicologie et des nouveaux outils « omiques » développés au cours de ce travail. Nous avons pu apprécier la valeur ajoutée apportée par ces approches transcriptomique et protéomique appliquées aux études conventionnelles de toxicologie.

La SSD (Species Sensitivity Distribution) est une méthode utilisée par les scientifiques et les régulateurs de tous les pays pour fixer la concentration sans danger de divers contaminants sources de stress pour l'environnement. Bien que fort répandue, cette approche souffre de diverses faiblesses sur le plan méthodologique, notamment parce qu'elle repose sur une utilisation partielle des données expérimentales. Cette thèse revisite la SSD actuelle en tentant de pallier ce défaut. Dans une première partie, nous présentons une méthodologie pour la prise en compte des données censurées dans la SSD et un outil web permettant d'appliquer cette méthode simplement. Dans une deuxième partie, nous proposons de modéliser l'ensemble de l'information présente dans les données expérimentales pour décrire la réponse d'une communauté exposée à un contaminant. A cet effet, nous développons une approche hiérarchique dans un paradigme bayésien. A partir d'un jeu de données décrivant l'effet de pesticides sur la croissance de diatomées, nous montrons l'intérêt de la méthode dans le cadre de l'appréciation des risques, de par sa prise en compte de la variabilité et de l'incertitude. Dans une troisième partie, nous proposons d'étendre cette approche hiérarchique pour la prise en compte de la dimension temporelle de la réponse. L'objectif de ce développement est d'affranchir autant que possible l'appréciation des risques de sa dépendance à la date de la dernière observation afin d'arriver à une description fine de son évolution et permettre une extrapolation. Cette approche est mise en œuvre à partir d'un modèle toxico-dynamique pour décrire des données d'effet de la salinité sur la survie d'espèces d'eau douce / Species Sensitivity Distribution (SSD) is a method used by scientists and regulators from all over the world to determine the safe concentration for various contaminants stressing the environment. Although ubiquitous, this approach suffers from numerous methodological flaws, notably because it is based on incomplete use of experimental data. This thesis revisits classical SSD, attempting to overcome this shortcoming. First, we present a methodology to include censored data in SSD with a web-tool to apply it easily. Second, we propose to model all the information present in the experimental data to describe the response of a community exposed to a contaminant. To this aim, we develop a hierarchical model within a Bayesian framework. On a dataset describing the effect of pesticides on diatom growth, we illustrate how this method, accounting for variability as well as uncertainty, provides benefits to risk assessment. Third, we extend this hierarchical approach to include the temporal dimension of the community response. The objective of that development is to remove the dependence of risk assessment on the date of the last experimental observation in order to build a precise description of its time evolution and to extrapolate to longer times. This approach is build on a toxico-dynamic model and illustrated on a dataset describing the salinity tolerance of freshwater species

Les céréales et les produits issus de leur transformation sont susceptibles d’être contaminés par des espèces fongiques capables de produire des mycotoxines. L’Homme est ainsi exposé tout au long de sa vie à travers son alimentation à ces contaminants naturels, généralement à de faibles doses et en mélange. Cependant, l’incidence de la présence simultanée de ces toxines sur notre santé, à court terme comme à plus long terme, ainsi que les mécanismes responsables de leur toxicité sont encore peu ou mal caractérisés. L’utilisation de modèles cellulaires humains pertinents et adaptés est particulièrement importante pour de telles études. L’épithélium intestinal et le système immunitaire, qui constituent la première barrière de défense de l’hôte suite à l’ingestion de contaminants alimentaires, ainsi que le foie, de par son rôle majeur dans la biotransformation des xénobiotiques, représentent des modèles d’étude pertinents en toxicologie. Dans le cadre de cette étude, des modèles cellulaires humains d’origine intestinale (Caco-2), immunitaire (THP-1) et hépatique (HepaRG) ont été employés pour évaluer le risque associé à la co-exposition aux mycotoxines de Fusarium (appelées fusariotoxines) qui sont parmi les plus problématiques dans nos régions. Différents types d’interactions, tels que de l’antagonisme et du synergisme, ont pu être observés sur la viabilité cellulaire en fonction de la nature du mélange, des doses testées, de la lignée cellulaire étudiée et du modèle mathématique utilisé pour prédire les effets combinés. Des interactions ont également été observées à l’échelle moléculaire, les effets des mélanges étant très différents de ceux induits par les toxines individuellement sur le protéome des cellules. D’autres résultats obtenus interrogent sur la façon dont les mycotoxines déclenchent réellement la réponse cellulaire. De plus, les interactions entre cellules cocultivées semblent capables de modifier la réponse cellulaire suite à l’exposition à ces toxines. Ces résultats soulignent l’importance de développer des modèles in vitro de plus en plus sophistiqués et s’approchant des conditions in vivo pour permettre une meilleure caractérisation du risque « mycotoxine ». / Cereals and cereal-based products are susceptible to be contaminated by mycotoxin-producing fungi.Thus, through their diet, humans are exposed throughout their life to these natural food contaminants, mostly at low doses and in mixture. However, the health impact of the simultaneous exposure to these toxins, in acute and chronic conditions, as well as the mechanism related to their toxicity, are still poorly characterized. The use of relevant and suitable human cell models is therefore of particular importance for such studies. The intestinal epithelium and immune system, which constitute the first host defense barrier following the food contaminant uptake, as well as the liver, due to its major function in xenobiotic biotransformation, are relevant for toxicity studies. In the framework of study, the intestinal (Caco-2), immune (THP-1) and hepatic (HepaRG) human cell models were used for risk assessment associated with co-exposure to Fusarium mycotoxins (called fusariotoxins) which are the most problematic in our regions. Different type of interactions, such as antagonism and synergism, were observed on cell viability depending on the nature of the mixture, tested concentration, studied cell line and used mathematical model to predict the combined effects. Interactions were also highlighted at the molecular level, the effects of mixtures being very different from those induced by the toxins alone on the cell proteome. Other results raised the question about how mycotoxins actually trigger the cellular response. In addition, cell-cell interactions in co-cultured systems appeared to modify the cellular response following exposures to these toxins. Overall, the obtained results highlighted the relevance of developing in vitro models increasingly sophisticated and closer to in vivo conditions to allow for a better characterization of the "mycotoxin" risk.

[pt] Tinturas de cabelo, amplamente utilizadas em cosméticos, demandam atenção especial para garantir a ausência de substâncias prejudiciais à saúde. A Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA) estabelece limites de impurezas, como 20 mg kg(-1) para Pb e 100 mg kg(-1) para a soma dos demais elementos potencialmente tóxicos. A fim de avaliar a ocorrência de elementos potencialmente tóxicos em tinturas comercializadas no Brasil, a espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS) foi empregada neste estudo para determinar as concentrações de Al, Ba, Be, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, Li, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Sn, Sr, Ti e Zn em 26 amostras de tinturas de cabelo. A maioria das amostras apresentou baixas concentrações dos elementos estudados (< 1 mg kg(-1) ), exceto Pb em duas amostras (T01 e T09), tinturas à base de acetato de chumbo, que apresentaram concentrações de até 3.500 mg kg(-1) , e Al com concentrações de até 480 mg kg(-1) para a amostra H01. Utilizando metodologia do Scientific Committee on Consumer Safety da União Europeia, foram avaliados os riscos à saúde associados à exposição prolongada a esses elementos. Alguns elementos demonstram margens de segurança (MS) maiores do que 100, indicando exposição segura de acordo com a Environment Protection Agency (EPA). No entanto, Al, Pb, Cr, Mn e Ni apresentaram valores de MS abaixo de 100, suscitando preocupações em relação ao uso prolongado de algumas tinturas comerciais por apresentarem um valor de MS considerado inseguro (MS < 100) pela EPA. / [en] Hair dyes, widely used in cosmetics, require special attention to ensure the absence of harmful substances to health. The Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA) establishes limits for impurities, such as 20 mg kg(-1) for Pb and 100 mg kg(-1) for the sum of other potentially toxic elements. In order to assess the occurrence of potentially toxic elements in hair dyes marketed in Brazil, inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) was employed in this study to determine the concentrations of Al, Ba, Be, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, Li, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Sn, Sr, Ti, and Zn in 26 hair dye samples. Most samples showed low concentrations of the studied elements (< 1 mg kg(-1) ), except for Pb in two samples (T01 and T09), lead acetate-based dyes, which showed concentrations of up to 3,500 mg kg(-1) , and Al with concentrations of up to 480 mg kg(-1) for sample H01. Using the methodology of the Scientific Committee on Consumer Safety of the European Union, health risks associated with prolonged exposure to these elements were assessed. Some elements demonstrate margin of safety (MS) greater than 100, indicating safe exposure according to the Environmental Protection Agency (EPA). However, Al, Pb, Cr, Mn, and Ni showed MS values below 100, raising concerns regarding the prolonged use of some commercial dyes as they present a MS value considered unsafe (MS < 100) by the EPA.