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Molecular and mechanistic approach to the transgenerational response in chronic gamma irradiation in the cladocere Daphnia magna

​Marie Trijau has defended her thesis on 18th December 2018 at CEA, in St-Paul-lez-Durance (France).

Document type > *Mémoire/HDR/Thesis

Keywords >

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

Authors > TRIJAU Marie

Publication Date > 18/12/2018

Summary

​Les écosystèmes aquatiques et terrestres sont exposés aux radionucléides lors de rejets planifiés ou accidentels, en grande partie liés à leur utilisation dans les centrales nucléaires de production d'électricité. Afin de protéger durablement ces écosystèmes et leur fonctionnement, il est nécessaire d'évaluer l'impact de leur exposition aux radiations ionisantes sur le long terme. La sensibilité des organismes pouvant varier au fil des générations, l'évaluation des effets des radiations ionisantes sur des échelles multigénérationnelles est essentielle. Dans ce contexte, ce travail de doctorat a visé à améliorer la caractérisation des processus moléculaires et la prédiction des effets transgénérationnels lors d'une exposition aux radiations gamma. Afin de répondre à cet objectif, deux approches, l'une expérimentale et l'autre basée sur la modélisation, ont été mises en place. La première approche concerne l'étude des processus épigénétiques, c'est-à-dire des mécanismes régulant l'activité des gènes sans modification de la séquence d'ADN elle-même, de leurs modifications transgénérationnelles radio-induites, pouvant perdurer dans la progéniture après une irradiation parentale, et du lien entre ces modifications épigénétiques et la radiotoxicité à l'échelle de l'organisme. Pour cela, le microcrustacé Daphnia magna a été exposé aux radiations gamma externe (6.5 µGy h-1 et 41,3 mGy h-1) pendant 25 jours (génération F0). Une évaluation des effets sur la survie, la croissance et la reproduction a été réalisée sur la génération F0 et chez sa descendance, à savoir la génération F1, exposée au stade d'embryon, la génération F2, exposée au stade de cellule germinale et la génération F3, première génération non-exposée. Les résultats ont montré une réduction de la fécondité en F0, mais aucun effet à l'échelle de l'organisme en générations F1, F2 et F3. Une analyse des modifications épigénétiques a été conduite dans les générations F0, F2 et F3, à l'aide du séquençage bisulfite sur le génome entier. Grâce à cette technique, des modifications significatives de la méthylation de l'ADN ont été détectées à l'échelle du nucléotide dans toutes les générations, indépendamment du débit de dose. Certaines de ces modifications sont communes aux débits de dose et/ou aux générations. Les gènes concernés par ces modifications de la méthylation sont en partie associés à des fonctions déjà connues pour être impliquées dans la réponse aux radiations ionisantes. Les modifications de la méthylation communes aux générations F2 et F3 démontrent clairement que certaines modifications épigénétiques peuvent être transmises par la lignée germinale vers les générations non-exposées. Dans la seconde approche, la modélisation avait pour objectif d'analyser les effets des radiations gamma sur la croissance et la reproduction de D. magna à l'échelle de plusieurs générations. Un modèle mécaniste, le DEBtox (Budget Energétique Dynamique appliqué à la toxicologie), a été modifié pour inclure des compartiments de dommage, dont le niveau peut être hérité d'une génération à la suivante. Le modèle a été ajusté aux données avec des méthodes d'inférence bayésienne afin d'estimer les paramètres tout en tenant compte des incertitudes qui leur sont associées. Nos résultats ont montré que ce modèle permet une bonne description de données acquises lors d'études multigénérationnelles. Toutefois, les incertitudes associées aux paramètres contrôlant la cinétique d'accumulation des dommages et l'apparition des effets, soulignent la nécessité de préciser davantage la nature des mécanismes moléculaires et métaboliques sous-jacents, afin de garantir une meilleure prédiction de l'évolution des effets sur le long terme.

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