Soutenance de thèse de SOPHIA MURAT - EL HOUDIGUI

À la suite des accidents nucléaires de Tchernobyl et Fukushima et de par l’utilisation croissante des radionucléides, la radioprotection de l’environnement constitue une source de préoccupation majeure. Des études démontrent une sensibilité aux rayonnements ionisants (RI) accrue lors du développement. Cependant, il existe peu de données sur les mécanismes moléculaires conduisant à des effets des RI sur l’embryogenèse et de surcroit pour les expositions chroniques. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse, est de mieux comprendre les effets d’une exposition aux RI sur le développement du poisson zèbre (Danio rerio), un organisme modèle en écotoxicologie et en biomédecine. Des œufs fécondés ont été exposés à des rayons gamma émis par une source de 137Cs à des débits de doses faibles à modérés (de 0,005 mGy/h à 50 mGy/h), puis analysés du stade gastrula (6 heures) au stade larvaire (5 jours) par une approche intégrative des effets moléculaire aux effets comportementaux. Une partie de ce travail a porté sur l’étude des effets des RI à un stade précoce de développement du poisson zèbre. Pour cela, une approche multi-omics avec l’étude du transcriptome et du méthylome a été mise en place. Une étude transcriptomique au stade shield à des débits de doses allant de 0,005 mGy/h à 50 mGy/h a été réalisée et a démontré un effet modéré mais significatif sur la régulation du stress oxydatif et de l’activité mitochondriale. À 5 et 50 mGy/h, les gènes impliqués dans le développement du système nerveux central (SNC) et des muscles sont impactés. L’étude du méthylome a permis de mettre en évidence une hypométhylation des séquences promotrices des gènes impliqués dans le développement du SNC et des muscles associé à une modification de l’expression des gènes. Ces résultats sur des stades embryonnaires précoces, mettent en évidence des effets potentiels sur le développement du SNC et des muscles. L’autre partie de ce travail a porté sur l’évaluation des effets d’une exposition aux RI à des stades plus tardifs du développement par une approche de biologie des systèmes. Pour cela des analyses ont été réalisées de l’échelle moléculaire à l’échelle phénotypique. À l’échelle moléculaire, une analyse multi-omics du transcriptome et du protéome a mis en évidence la modulation de gènes impliqués dans la voie de l’acide rétinoïque, le développement du SNC et des muscles chez des embryons et des larves exposés à 0,5 ; 5 et 50 mGy/h. Le marquage par hybridation in-situ a confirmé la modulation de l’expression des facteurs de transcription her4.4 dans le SNC et de myog dans les muscles des embryons exposés aux RI. Au niveau tissulaire, un détachement des myofibrilles musculaires et une altération des jonctions neuromusculaires ont été détectés chez les embryons exposés à 5 et 50 mGy/h. Afin d’évaluer un effet individuel à l’échelle phénotypique, le comportement locomoteur des larves a été évalué en situation de stress. Une diminution significative de la motilité des larves a été détectée entre 0,5 mGy/h et 50 mGy/h. Ces travaux ont montré des effets des RI sur le développement du SNC et des muscles dès le développement précoce au niveau moléculaire. Ces effets sont confirmés à des stades de développement plus tardifs. Cette étude suggère donc que les perturbations moléculaires observées au cours du développement précoce sont prédictives des effets observés à des stades de développement plus tardifs. De plus ce travail de thèse, permet de proposer un modèle d’« Adverse Outcome Pathway » où la dérégulation de la voie de l’acide rétinoïque par une exposition aux RI conduirait à des effets sur le développement du SNC et des muscles.

After the nuclear accidents at Chernobyl and Fukushima and due to a growing use of radionuclides, radiation protection of the environment is a major concern. Studies show an increased sensitivity to ionizing radiation (IR) during development. However, there are few data on the molecular mechanisms leading to the effects of IR on embryogenesis and moreover for chronic exposures. In this context, the objective of this thesis is to better understand the effects of exposure to IR on the development of zebrafish (Danio rerio), a model organism in ecotoxicology and in biomedicine. Fertilized eggs were exposed to gamma rays emitted by a 137Cs source at low to moderate dose rates (from 0.005 mGy/h to 50 mGy/h), then analysed from the gastrula stage (6 hours) to the larval stage (5 days) by an integrative approach from molecular effects to behavioural effects. Part of this work has focused on studying the effects of IR at an early stage of zebrafish development. For this, a multi-omics approach with the study of the transcriptome and the methylome has been implemented. A transcriptomic study at the shield stage with dose rates ranging from 0.005 mGy/h to 50 mGy/h was carried out and demonstrated a moderate but significant effect on the regulation of oxidative stress and mitochondrial activity. At 5 and 50 mGy/h, the genes involved in the development of the central nervous system (CNS) and muscles are affected. The methylome study has revealed hypomethylation of the promoter sequences of genes involved in the development of the CNS and muscles, associated with a modification of gene expression. These results on early embryonic stages, highlight potential effects on the development of the CNS and muscles. The other part of this work focused on assessing the effects of IR exposure at later developmental stages using a system biology approach. For this, analyses were carried out from the molecular scale to the phenotypic scale. At the molecular level, a multi-omics analysis of the transcriptome and the proteome has highlighted the modulation of genes involved in the retinoic acid pathway, the development of the CNS and muscles in embryos and larvae exposed to 0.5; 5 and 50 mGy/h. Labelling by in-situ hybridization confirmed the misregulation of the transcription factors her4.4 in the CNS and myog in the muscles of embryos exposed to IR. At the tissue level, disruption of muscle myofibrils and alteration of neuromuscular junctions are detected in embryos exposed to 5 and 50 mGy/h. In order to assess an individual effect at phenotypic scale, the locomotor behaviour of the larvae was assessed under stress conditions. A significant decrease in larval motility was detected between 0.5 mGy/h and 50 mGy/h. This work has shown effects of IR on the development of the CNS and muscles from early development at the molecular level. These effects are confirmed at later stages of development. This study suggests that the molecular disturbances observed during early development are predictive of the effects observed at later developmental stages. In addition, this thesis work allows to propose a model of "Adverse Outcome Pathway" where the deregulation of the retinoic acid pathway by exposure to IR will lead to effects on the development of the CNS and muscles.