Soumis par assosefa le lun 09/03/2020 - 15:11
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Conséquences biologiques de l’irradiation mitochondriale chez le nématode C. elegans
Résumé

L’ADN contenu dans le noyau cellulaire est considéré comme étant la principale cible des dommages radio-induits (Morgan, 2003). Cependant, la validité de ce dogme a été questionnée (Pinto et al., 2002) par la découverte des phénomènes non-ciblés, tels que l’instabilité génétique ou les effets bystander observés in vitro ou in vivo dans les cellules non exposées (Trijau et al., 2018, Pereira et al., 2014) ce qui remet en question ce dogme central en radiobiologie. En effet, les rayonnements ionisants peuvent interagir avec d’autres organites cellulaires que le noyau, et en particulier avec les mitochondries. Ces dernières peuvent représenter plus de 30 % du volume cellulaire et contiennent également de l’ADN, ce qui en fait des candidates crédibles comme cible principale des rayonnements ionisants avec le noyau (Azzam et al., 2012).

Plusieurs études, revues récemment par Kam et Banati (2013), montrent que les rayonnements ionisants peuvent affecter la structure et la fonction des mitochondries. En termes d’atteinte à l’ADN mitochondrial (ADNmt), il a été montré que ce dernier est plus radiosensible que l’ADN nucléaire, ce qui peut avoir des conséquences fonctionnelles étant donné que la quasi-totalité de l’ADN mitochondrial (ADNmt) est codante (vs 1 % de l’ADN nucléaire). La variabilité génétique de l’ADN mitochondrial est utilisée pour évaluer les changements évolutifs des organismes et la radiosensibilité interindividuelle. En effet, des niveaux élevés de mutations ponctuelles et de délétions de l’ADN mitochondrial sont observés chez les patients irradiés, et de surcroît, permettent de prédire le risque de développer des complications secondaires des radiothérapies. Par ailleurs, les rayonnements ionisants peuvent augmenter le niveau de points chauds de délétions ou ‘délétions communes’ de l’ADNmt, associées habituellement à des pathologies et au vieillissement. Les complexes de la chaîne respiratoire de la mitochondrie, permettant de produire l’ATP, peuvent être affectés par les rayonnements ionisants, induisant un dysfonctionnement métabolique et du stress oxydatif, dû à la fuite d’électrons dans la chaîne de transport électronique mitochondriale. Outre les études identifiant les mitochondries comme la source majeure de stress oxydant radioinduit, il a été montré une propagation du signal entre les mitochondries, pouvant amplifier les effets des radiations. Ce signal peut être propagé entre la mitochondrie et le noyau. Enfin, les mitochondries peuvent être la source d’effets décalés dans le temps suite à une irradiation (e.g. dans des cellules HeLa 72 h post-irradiation (Hosoki et al., 2012), dans les cellules filles de cellules irradiées (Kim et al., 2006) ou dans la progéniture de poissons irradiés au stade adulte (Hurem et al., 2017)).

Dans ce contexte général, la thèse proposée vise à étudier la contribution de l’irradiation des mitochondries sur le devenir cellulaire et tissulaire chez le nématode C. elegans, à l’aide du microfaisceau MIRCOM permettant de cibler des cellules isolées ou des compartiments cellulaires spécifiques avec un nombre de particules ionisantes prédéterminé et une précision de tir de l’ordre du micromètre.. Les données acquises dans le cadre de ce travail permettront également de nourrir la réflexion en cours dans le domaine du développement des Adverses Outcome Pathways (AOPs) pour les rayonnements ionisants. Les AOPs sont utilisés dans le cadre de la toxicologie prédictive, et consistent à relier des évènements moléculaires initiateurs à des réponses adverses plus tardives, ayant une valeur réglementaire (Chauhan et al., 2019).      

La thèse se réalisera en 4 étapes :

1. Développement de puces microfluidiques ultra-fines. L’irradiation in vivo à l’aide d’un microfaisceau nécessite d’immobiliser les organismes afin de ne pas altérer la précision du tir. Cet axe de la thèse visera à développer un système basé sur la microfluidique afin d’irradier les nématodes à haut-débit et avec une grande précision.  

2. Caractérisation des conséquences de l’irradiation mitochondriale chez le nématode C. elegans à l’échelle moléculaire. Cet axe de la thèse consistera à étudier les effets de l’irradiation ciblée des mitochondries dans les neurones. Diverses méthodes seront utilisées pour caractériser le dysfonctionnement des mitochondries suite à leur irradiation (e.g. analyse de la morphologie des mitochondries, de leur dynamique cellulaire, du fonctionnement des complexes de la chaîne respiratoire, du stress oxydant). Des mutants de C. elegans seront également choisis afin d’étudier certaines voies particulières (e.g. lignée Sod-3 associée à la Mn superoxyde dismutase). L’étude de ces réponses biologiques sera réalisée suite à une irradiation avec des protons, selon une gamme de dose – réponse, afin d’identifier le seuil d’induction de ces réponses.

En fonction du déroulement de cet axe, une comparaison avec un modèle biologique beaucoup plus radiorésistant, le tardigrade, pourrait être faite, afin de confirmer les voies de la radiosensibilité mitochondriale chez un autre modèle biologique, ce qui permettrait de renforcer la portée biologique de cette étude.  

3. Caractérisation des conséquences de l’irradiation mitochondriale chez le nématode C. elegans à l’échelle tissulaire. Les conséquences de l’irradiation des mitochondries des neurones seront recherchées via l’étude du comportement tel que décrit auparavant (Sakashita et al., 2010).

 4. Caractérisation de la dose radiologique délivrée. Le logiciel open source Geant-4 sera utilisé pour modéliser la dose délivrée aux mitochondries de la même façon que précédemment décrit (Zein et al., 2017), afin de comparer les résultats à ceux déjà acquis sur culture cellulaire (Walsh et al., 2017).

 

Profil et Personne à contacter.

Master en toxicologie et biologie moléculaire ; compétences en développement de systèmes microfluidiques. Envoyer vos CV avec une lettre de recommandation, par mail à Christelle Adam-Guillermin  IRSN/PSE-SANTE/SDOS/LMDN – Site de Cadarache – Bât. 159 - B.P.3 – 13115 Saint-Paul-Lez-Durance CEDEX – 04 42 19 94 01 – christelle.adam-guillermin@irsn.fr avant le 15 avril 2020.

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