Soutenance de thèse de Rémi GUEDON

Les organismes vivants peuvent être exposés à une irradiation chronique, pouvant entraîner des conséquences néfastes sur les populations exposées et impacter les générations suivantes. L’étude des conséquences multi- et transgénérationnelles de l’exposition chronique à un polluant environnemental est un domaine d’intérêt croissant dans le cadre de la protection de l’homme et de l’environnement. Alors que la plupart des recherches se sont focalisées sur les conséquences d’irradiation à des doses élevées en exposition aiguë, les effets de l’irradiation chronique restent sous-évalués. Les travaux de cette thèse se sont focalisés sur la compréhension des mécanismes moléculaires et cellulaires à l’origine du phénotype reproxotique induit par une irradiation chronique aux rayonnements ionisants, ainsi que leur régulation au fil des générations. La contribution des mécanismes épigénétiques, et plus particulièrement des miRNAs, dans la transmission d’informations entre les générations a été évaluée. Pour répondre à ces questions scientifiques, C. elegans, a été soumis à une irradiation chronique, du stade embryons au stade L4 jeune adulte, à un débit de dose de 50mGy.h-1. Une cohorte « Exposée » a été suivie pendant quatre générations continuellement exposées et une cohorte « Recovery » a été placée en environnement sans irradiation pendant 3 générations après irradiation parentale (F0) pour évaluer les effets transgénérationnels. L’utilisation d’une approche intégrative de biologie des systèmes a permis d’évaluer les impacts de l’irradiation à plusieurs échelles biologiques, des effets moléculaires aux effets phénotypiques. La première partie de ce travail a permis de démontrer que les événements initiateurs que sont l’augmentation des dommages à l’ADN et du stress oxydatif entraînent une diminution du nombre de spermatozoïdes, mais également de la spermiogenèse. Une diminution du nombre de cellules mitotiques et une augmentation de l’apoptose dans la lignée germinale sont également mesurées. L’analyse transcriptomique révèle une modification de l’expression des gènes impliqués dans le métabolisme lipidique et les voies de réponse au stress, avec une augmentation drastique du nombre de gènes impliqués dans ces processus entre les générations F0, F1 et F2, F3. L’un des principaux facteurs de transcription impliquée dans la régulation de la réponse transcriptomique est DAF-16/FOXO (Guédon et al., 2021). Dans la seconde partie de ce projet de recherche, il a été démontré que les miRNAs étaient impliquées dans la régulation multigénérationnelle des effets sur la lignée germinale, la réponse au stress et le métabolisme lipidique. De plus, certains miRNAs sont transmis jusqu’à 3 générations après irradiation parentale, indiquant un effet transgénérationnel de l’irradiation chronique médié par ces ARN non codants. Mir-71, impliqué dans la signalisation du soma avec la lignée germinale et l’expression de DAF-16 est l’un des principaux miRNAS de la réponse multi- et transgénérationnelle, au même titre que la famille mir-35, impliquée dans le fonctionnement de la lignée germinale, la régulation de l’apoptose et la préservation de l’intégrité génomique. Les résultats des travaux de cette thèse ont permis d’améliorer la compréhension des mécanismes subcellulaires de toxicité induits par une exposition chronique aux rayonnements ionisants ainsi que leur impact sur les générations exposées et non exposées. De plus, même chez des espèces considérées comme radiorésistantes, certains processus subcellulaires sont vulnérables, démontrant l’importance de caractériser les effets des expositions chroniques à de faibles doses de radiations ionisantes. Enfin, l’implication d’un mécanisme épigénétique dans la réponse à l’irradiation suggère que certaines informations biologiques sont transmises et maintenues aux générations suivantes, pouvant modifier la capacité de l’organisme à répondre à un stress radioinduit.

Living organisms can be exposed to chronic irradiation, which can have harmful consequences on exposed populations and impact subsequent generations. The study of the multi- and transgenerational consequences of chronic exposure to an environmental pollutant is a growing area of interest for the protection of humans and the environment. While most research has focused on high doses and acute exposure, the effects of chronic irradiation remain underestimated. The work of the present thesis focused on understanding the molecular and cellular mechanisms behind the reprotoxic phenotype induced by chronic irradiation, as well as their regulation over generations. The contribution of epigenetic mechanisms, and in particular of miRNAs, in the transmission of information between generations was evaluated. To answer these scientific questions, C. elegans, was subjected to chronic irradiation for 65h, from the embryo stage to the young adult L4 stage, at a dose rate of 50mGy.h- 1. An “Exposed” cohort was followed for four continuously exposed generations to address multigenerational effects, while a “Recovery” cohort was placed in a non-irradiation environment for 3 generations after parental irradiation (F0) to assess transgenerational effects. The use of an integrative systems biology approach has made it possible to assess the impacts of irradiation at several biological levels of organization, from molecular effects to phenotypic effects. The first part of this work made it possible to demonstrate that the decrease in reproduction was due to several deleterious effects on the germ line, following irradiation between the L1 and L4 stages. DNA damage and oxidative stress were identified as molecular initiating events leading to impaired spermatogenesis and consequent decreased number of sperm. A decrease in the number of mitotic cells was also observed in the gonads, following increased apoptosis in the germ line. Transcriptomic analysis revealed a change in the expression of genes involved in lipid metabolism and stress response pathways, with a drastic increase in the number of genes involved in these processes between the F0, F1 and F2, F3 generations. DAF-16 / FOXO was identified as one of the main transcription factors involved in the regulation of the transcriptomic response, which was further validated by the use of a DAF-16::GFP reporter strain (Guédon et al., 2021). In the second part of this research project, it was shown that miRNAs were involved in the multigenerational regulation of effects on the germ line, stress response and lipid metabolism. In addition, some miRNAs showed to be transmitted for up to 3 generations after parental irradiation, indicating a transgenerational effect of chronic irradiation mediated by these non-coding RNAs. Mir-71, involved in soma to germline signalling and DAF-16 expression, was one of the main miRNASs identified in the multi- and transgenerational response, along with the mir-35 family involved in functions related to germ line progression, the regulation of apoptosis and the preservation of genomic integrity (Guédon et al., 2022, in prep). The results obtained from the present PhD project have improved our understanding of the subcellular mechanisms of toxicity induced by chronic exposure to ionizing radiation as well as their impact on the exposed and unexposed generations. Moreover, it shows that even in species considered to be radioresistant, certain subcellular processes can be vulnerable, demonstrating the importance of characterizing the effects of chronic exposures to low doses of ionizing radiation. Finally, the involvement of epigenetic mechanisms in response to irradiation highlights that important biological information is transmitted and maintained in subsequent generations, which may lead to an "adaptive" advantage or, on the contrary, reduce the organism's ability to respond to radiation and radiation-induced stress.