Soutenance de thèse de Ahmad SLEIMAN

La radiothérapie est un traitement courant du cancer et est utilisée pour environ la moitié des patients atteints de cancer dans le monde. Ces dernières années, des avancées significatives dans la technologie et l'imagerie ont permis un ciblage plus précis des cellules tumorales à l'aide de protons tout en minimisant les dommages aux tissus sains. Malgré ces avancées, l'éradication complète des complications liées au traitement pour les patients reste un défi permanent. Dans le cas des tumeurs cérébrales, malgré l'amélioration de la précision de l'administration des rayonnements avec la protonthérapie, des études ont montré des changements structurels et fonctionnels dans le cerveau des patients traités avec des protons. Les voies moléculaires impliquées dans la génération de ces effets ne sont pas complètement comprises. Dans ce contexte, nous avons analysé l'impact de l'exposition aux protons dans le système nerveux central de C. elegans en mettant l'accent au niveau moléculaire sur la fonction mitochondriale et l’ADN nucléaire, qui sont potentiellement impliqués dans la survenue de dommages radio-induits. Ces études moléculaires ont été poursuivie par une étude du comportement moteur , sensoriel et cognitif après l’exposition localisée du SNC aux protons. Pour atteindre ces objectifs, le nématode C. elegans a été micro-irradié avec 220 Gy de protons (4 MeV) dans l'anneau nerveux (région de la tête considérée comme étant le SNC du nématode) à l'aide du microfaisceau de protons, MIRCOM. Nos résultats montrent que les protons induisent un dysfonctionnement mitochondrial, caractérisé par une perte dose-dépendante immédiate du potentiel de membrane mitochondriale (ΔΨm) associée à un stress oxydatif 24 h après irradiation, lui-même caractérisé par l'induction des protéines antioxydantes dans la région ciblée, observé en utilisant les souches SOD-1::GFP et SOD-3::GFP. De plus, nous avons démontré une multiplication par deux du nombre de copies d'ADNmt dans la région ciblée 24 h après l'irradiation. Également, en utilisant la souche GFP::LGG-1, une induction d'autophagie dans la région irradiée a été observée 6 h après l'irradiation, et est associée à la régulation à la hausse de l'expression du gène de pink-1 (PTEN-induced kinase ) et pdr-1 (homologue de C. elegans parkin). D’autre part, nos données ont montré que la micro-irradiation de la région de l'anneau nerveux n'avait pas d'impact sur la consommation d'oxygène du corps entier 24 h après l'irradiation. Au niveau de l’ADN, l’irradiation localisée avec 220 Gy de protons n’a pas induit des cassures doubles brins de l’ADN. Aucune voie de réparation de l’ADN n’a été induit à l’exception de la voie BER. Au niveau du comportement, les vers micro-irradiés n’ont pas montré un changement du comportement de locomotion, mécanosensoriel et d’apprentissage et de mémoire après 24 h d’irradiation par rapport aux vers non-irradiés. Ces résultats indiquent un dysfonctionnement mitochondrial global dans la région irradiée suite à l'exposition aux protons. Cependant, aucun effet significatif n’a été observé sur les dommages à l’ADN et du comportement. Pour conclure, la présente étude fournie des données moléculaires importantes pour la caractérisation des effets des protons sur les cellules nerveuses non-cancéreuses. La compréhension de l'impact biologique des protons sur les cellules saines est essentielle pour les chercheurs et les professionnels de la santé afin de minimiser les effets secondaires potentiels. Ces connaissances contribuent à améliorer la sécurité de la protonthérapie en tant que modalité de traitement du cancer.

Radiation therapy is a common treatment for cancer and is used for about half of cancer patients worldwide. In recent years, significant advances in technology and imaging have allowed more precise targeting of tumor cells using protons while minimizing damage to healthy tissue. Despite these advances, the complete eradication of treatment-related complications for patients remains an ongoing challenge. In the case of brain tumours, despite the improved accuracy of radiation delivery with proton therapy, studies have shown structural and functional changes in the brains of patients treated with protons. The molecular pathways involved in generating these effects are not fully understood. In this context, we analyzed the impact of proton exposure in the central nervous system of C. elegans with a focus at the molecular level on mitochondrial function and nuclear DNA, which are potentially involved in the occurrence radiation damage. These molecular studies were continued by a study of motor, sensory and cognitive behavior after localized exposure of the CNS to protons. To achieve these objectives, the nematode C. elegans was micro-irradiated with 220 Gy of protons (4 MeV) in the nerve ring (region of the head considered to be the CNS of the nematode) using the proton microbeam , MIRCOM. Our results show that protons induce mitochondrial dysfunction, characterized by an immediate dose-dependent loss of mitochondrial membrane potential (ΔΨm) associated with oxidative stress 24 h after irradiation, itself characterized by the induction of antioxidant proteins in the targeted region, observed using SOD-1::GFP and SOD-3::GFP strains. Additionally, we demonstrated a two-fold increase in mtDNA copy number in the targeted region 24 h after irradiation. Also, using strain GFP::LGG-1, induction of autophagy in the irradiated region was observed 6 h after irradiation, and is associated with upregulation of pink- 1 (PTEN-induced kinase) and pdr-1 (C. elegans parkin homolog). On the other hand, our data showed that micro-irradiation of the nerve ring region had no impact on whole-body oxygen consumption 24 h after irradiation. At the DNA level, localized irradiation with 220 Gy of protons did not induce DNA double-strand breaks. No DNA repair pathway was induced except for the BER pathway. At the behavioral level, micro-irradiated worms did not show a change in locomotion, mechanosensory and learning and memory behavior after 24 h of irradiation compared to non-irradiated worms. These results indicate global mitochondrial dysfunction in the irradiated region following proton exposure. However, no significant effects were observed on DNA damage and behavior. In conclusion, the present study provides important molecular data for the characterization of the effects of protons on non-cancer nerve cells. Understanding the biological impact of protons on healthy cells is essential for researchers and healthcare professionals to minimize potential side effects. This knowledge helps improve the safety of proton therapy as a cancer treatment modality.