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IRSN, Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire

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Enhancing Nuclear Safety


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Integrated approach to damage from ionizing radiation in Caenorhabditis elegans: from DNA to proteins

​Cécile Dubois has defended her thesis on 28th November 2017 at IRSN, in St-Paul-lez-Durance.

Document type > *Mémoire/HDR/Thesis

Keywords >

Research Unit > IRSN/PRP-ENV/SERIS/L2BT

Authors > DUBOIS Cécile

Publication Date > 28/11/2017

Summary

​De par l'omniprésence des rayonnements ionisants, l’évaluation de leur impact sur les écosystèmes est devenue une préoccupation environnementale majeure. Cependant, l’évaluation des risques environnementaux liés aux expositions chroniques souffre d’un manque de connaissances, d’autant que l’extrapolation des données acquises après exposition aiguë (plus nombreuses) ne semble pas adaptée pour la prédiction des effets des expositions chroniques. Pour exemple, les effets sur les paramètres individuels i.e. la reproduction, diffèrent entre ces deux modes d’expositions, suggérant que les mécanismes moléculaires sous-jacents diffèrent également. Il est donc nécessaire de réaliser des études au niveau individuel et subcellulaire afin de mieux comprendre les différences de radiotoxicité observées entre les deux modes d’irradiation. Les protéines sont les molécules fonctionnelles dans les organismes, elles peuvent être les cibles de dommages oxydatifs (i.e carbonylation), et sont susceptibles d’être des marqueurs pertinents et sensibles de l’exposition aux rayonnements ionisants. Ainsi, l’objectif de ce projet de thèse était d’améliorer la compréhension des mécanismes moléculaires de radiotoxicité (aigu vs chronique) en étudiant particulièrement la contribution du protéome chez un organisme modèle, le nématode Caenorhabditis elegans. Pour ce faire, l’étude des effets d’irradiation gamma aiguë et chronique sur une large gamme de doses (0,5 - 200Gy, dont 4 doses communes aux deux modes d’exposition) a été opérée au niveau individuel, et en particulier sur la reproduction, paramètre susceptible d’influencer directement la dynamique des populations. En complément, la modulation de l'expression des protéines mais aussi leurs dommages (i.e carbonylation) et leur dégradation par le protéasome ont été évalués. Les résultats ont montré que l’irradiation aiguë induit un effet sur le succès d’éclosion et sur la ponte totale dès 30Gy alors que seule la ponte totale est impactée par l’irradiation chronique à partir de 3,3Gy. À l’échelle moléculaire, les niveaux de protéines carbonylées sont très peu modulés après exposition chronique ou aiguë aux rayonnements ionisants. Le protéasome semble être impliqué dans la dégradation des protéines carbonylées après irradiation chronique. En revanche, après irradiation aiguë, celui-ci semble dépassé, suggérant une possible implication d’autres mécanismes de défense (autophagie). Les profils d’expression des protéines, et notamment de protéines impliquées dans l’apoptose, la réparation des dommages à l’ADN, la réplication et la reproduction sont différents après irradiation aiguë et chronique. Ainsi, les protéines nécessaires au développement embryonnaire sont réprimées après irradiation aiguë dès 0,5 Gy alors que celles impliquées dans le développement de la lignée germinale sont surexprimées. Ces dernières sont réprimées après irradiation chronique dès 0,5 Gy. Ces résultats, suggèrent que les mécanismes de radiotoxicité entre les expositions aiguës et chroniques sont bien distincts, et que les effets de l’irradiation aiguë pourraient être dus à une perturbation de l’embryogénèse (via l’accumulation de dommages génotoxiques). A l’inverse, l’irradiation chronique induirait un effet sur la gamétogénèse se traduisant par une baisse de la ponte totale sans affecter l’embryogénèse. Ce projet de recherche nous a permis d’apporter des connaissances sur les cascades d’évènements moléculaires suite à différentes conditions d'irradiation gamma et illustre l’intérêt d’utiliser une approche intégrée pour mieux prédire et comprendre les effets observés sur les grandes fonctions biologiques. De plus ces travaux ont permis de caractériser des marqueurs protéiques d’exposition  plus sensibles que les marqueurs individuels puisque l’activité du protéasome et l’expression des protéines est modulée dès 0,5Gy. In fine cet ensemble de données contribuera à améliorer l’évaluation des risques pour l’environnement.


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