Soutenance de thèse de Caroline ARCANJO

Les écosystèmes sont naturellement exposés aux rayonnements ionisants. A cette exposition naturelle s’ajoutent les activités anthropiques liées notamment à la production d’électricité, la médecine nucléaire ou l’armement. Le tritium fait partie des radionucléides rejetés en fonctionnement normal par les centres de production d’électricité et les centres de traitement des combustibles. Il est principalement rejeté sous forme d’eau tritiée (HTO) et intègre le cycle de l’eau, ce qui le rend particulièrement mobile au sein des écosystèmes. Des études ont mis en évidence les effets développementaux et reprotoxiques du tritium chez des animaux vertébrés et invertébrés aquatiques. Peu d’entre elles, en revanche, se sont penchées sur les effets moléculaires. Dans ce contexte, l’objectif principal de cette thèse est de caractériser les modes d’action toxiques de l’eau tritiée via l’utilisation des stades embryo-larvaire du poisson zèbre (Danio rerio), un organisme modèle en écotoxicologie. Deux débits de dose, 0,4 et 4 mGy/h, ont été testés pour des expositions allant jusqu’à 168h pour caractériser l’internalisation et 96h pour évaluer les effets. La première étape de ce travail a permis de mettre au point un protocole robuste pour la mesure de l’activité dans les œufs et les larves de poisson zèbre. Les résultats acquis via ce protocole ont mis en évidence que l’internalisation de l’HTO est un phénomène rapide. De plus, ce protocole a permis la discrimination des formes de tritium libre dans les tissus (TFWT) et lié à la matière organique (TOL). Enfin, il a permis de calculer la dose absorbée pour les différents stades de vie utilisés lors de cette thèse, étape importante pour relier les effets observés au débit de dose reçu pour l’évaluation du risque environnemental. La seconde partie de la thèse se focalise sur les effets à différents niveaux d’organisation biologique allant de la molécule à l’individu. A l’échelle moléculaire, une analyse transcriptomique haut débit (RNAseq) a mis en évidence la modulation de gènes impliqués dans la contraction musculaire et le développement de l’œil pour des œufs à 24hpf (heure post-fécondation). Il est intéressant de noter que ces gènes sont sur-exprimés à 0,4 mGy/h et sous-exprimés à 4 mGy/h, suggérant des effets compensatoires et des effets de protection via potentiellement la compaction ciblée de la chromatine. Une sur-expression de gènes impliqués dans le cycle circadien et la réponse au stress oxydant a également été mise en évidence chez les larves à 96hpf. Pour les deux stades, la sur-expression de certains gènes impliqués dans la réparation des dommages à l’ADN a également été mise en évidence. Pour faire le lien entre les effets précoces observés au niveau moléculaire et les effets observés plus tardivement pour des niveaux d’organisation supérieurs, des analyses des échelles tissulaires et individuelles ont été réalisées. Les résultats montrent quelques altérations au niveau des fibres musculaires chez les larves à 96hpf pour les deux débits de dose. Les larves à 96 hpf ont également montré une diminution significative de leur vitesse de nage par rapport aux témoins après exposition à 0,4 mGy/h. Ces analyses, plus pertinentes d’un point de vue écologique ont permis de mettre en évidence des effets différents de l’exposition à l’HTO entre les deux débits de dose. Dans l’ensemble, ces travaux ont permis de mieux appréhender les cinétiques de transfert du tritium et de caractériser la dose absorbée pour les organismes utilisés. Ils ont également permis de mieux comprendre les modes d’action toxique du tritium via l’analyse moléculaire. Ces données pourront par la suite servir pour l’amélioration de l’évaluation du risque environnemental.

Ecosystems are naturally exposed to ionizing radiations. To this natural exposure are added anthropic activities related to the production of electricity, nuclear medicine or nuclear weapons. Tritium is one of the radionuclides released during normal operation by nuclear power plant and nuclear reprocessing plants. It is mainly released in the form of tritiated water (HTO) and integrates the water cycle, which makes it particularly mobile within ecosystems. Studies have highlighted the developmental and reprotoxic effects of tritium on aquatic vertebrates and invertebrates. However, few of them focused on molecular effects. In this context, the main objective of this work is to characterize the modes of action of tritiated water using the embryo-larval stages of the zebrafish (Danio rerio), a fish model in ecotoxicology. Two dose rates, 0.4 and 4 mGy/h, were tested for exposure times up to 168h to characterize uptake and 96h to assess effects. The first step in this work was to develop a robust protocol for the measurement of activity concentration in zebrafish eggs and larvae. The results acquired showed that the uptake of HTO is a rapid phenomenon. In addition, this protocol allowed the discrimination of the tissue-free water tritium (TFWT) and organically bound tritium (OBT) forms. Finally, it allowed the calculation of the absorbed dose rate for all stages used during this thesis, an important step to link the observed effects to a dose rate for the environmental risk assessement. The second part of the thesis focused on the effects at different biological organization levels, from the molecule to the individual. At the molecular level, a transcriptomic analysis (RNAseq) showed the modulation of genes involved in muscle contraction and in the development of the eye for eggs at 24hpf (hour post fertilization). It is interesting to note that these genes were up-regulated at 0.4 mGy/h and down-regulated at 4 mGy/h, suggesting compensatory effects and protective effects via potentially targeted chromatin compaction. An up-regulation of genes involved in the circadian rhythm and the response to oxidative stress were also found in 96hpf larvae. For both stages, up-regulation of some genes involved in DNA damage repair has also been highlighted. To make the link between the early effects observed at the molecular level and the effects generally observed later for higher levels of organization, analyzes from tissular to individual levels were made. The results showed some muscle fiber alterations in 96hpf larvae for both dose rates. 96 hpf larvae also showed a significant decrease in swimming velocity compared with controls after exposure to 0.4 mGy/h. These analyses, more ecologically relevant, revealed different effects of exposure to HTO between both dose rates. Overall, this work has provided a better understanding of the transfer kinetics of tritium and the characterization of the absorbed dose for the organism used. It also provided a better understanding of the toxic modes of action of tritium via the molecular analysis. These data could then be used to improve the environmental risk assessment.