Photoactivation d'éléments lourds par rayonnement X : effets biologiques et notion de cotoxicité

Photoactiivation of heavy elements with X-rays : biologic effects and Co-toxicity

• Auteur / Autrice : Jérôme Gastaldo
• Direction : Jacques Balosso, Nicolas Foray
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie biologique et médical
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble, Isère, France ; 1971-2015)

Mots clés

Mots clés libres

Réparations

Photaactivation

Co-toxicite

Radiobiologie

Therapie

Modelisation mathematique

Dommage de l'adn

Elements lourds

Résumé

La photoactivation de biomolécules portant des éléments lourds est une approche innovante dans les thérapies anti-cancéreuses et en imagerie. Pourtant les phénomènes physiques et biochimiques mis en œuvre restent encore à déterminer. En parallèle, la connaissance des événements radiobiologiques a considérablement évolué ces dernières années. Nos travaux visent à donner un nouvel éclairage à la réponsl moléculaire et cellulaire des cellules humaines soumises à la photoactivation. Cette thèse a été divisée en quatre étapes. 1) une voie nouvelle de réparation des cassures double-brin de l'ADN dépendant de la protéin MRE11 mais indépendante de la phosphorylation de H2AX a été mise en évidence suite à une étude des artéfacts de la techniqued'immunofluorescence et à une analyse de la radiosensibilité des cellules humaines. De plus, des études sur les effets de voisinage ont montré l'importance de flux ioniques radioinduits qui seraient responsables d'une seconde vague de stress sous la forme de cassures double-brin de l'ADN tardives. 2) Des expériences sur la toxicité du plomb et du cadmium ont permis de démontrer que les métaux lourds induisent les mêmes types biochimiques de dommages de l'ADN que les radiations ionisantes. Seuls leur moment d'apparition, leur fréquence et leur réparabilité diffèrent. 3) nous avons modélisé toutes conditions de co-toxicités afin de décrire la dynamique des dommages de l'ADN. 4) En utilisant la technique des irradiations séparées, des cellules humaines et des molécules photoactivables ont été soumises au rayonnement séparément puis mises en contact, une production tardive de dommages de l'ADN a été observée sur les cellules irradiées ou environnantes, suggérant l'existence d'un stress différé spécifique des co-toxicités. Nos observations concerneraient notamment toutes les conditions de photoactivation tant dans les thérapies anti-cancéreuses que lors d'examens de radiodiagnostic impliquant des produits de contraste iodés.

To date, the photoactivation of biomolecules containing heavy elements is an innovating approach in the field of anti-cancer therapy and tumour imaging. However, the physical, chemical and biochemical events involved in this modality remains to be c1arified. Ln parallel, the knowledge of the early radiobiological events has considerably progressed in the last few years. This thesis aims to provide new insights in the molecular and cellular response of human cells subjected to photoactivation. This thesis was divided into four stages. Stage 1: a novel DNA double-strand breaks repair pathway depending on the MREll protein but independent of the phosphorylation of H2AX emerged from the study of artefacts of the immunofluorescence technique and a systematic analysis of the radiosensitivity of human cells. Furthermore, study of bystander effects has highlighted the impact of radiation-induced calcium flux that would be responsible for a secondary stress with the formation of late DNA double-strand breaks. Stage 2: Experiments about lead and cadmium toxicity has able to demonstrate that heavy metals induce the same biochemical types of DNA damage that ionising radiation. Gnly the moment of their occurrence, their frequency and their reparability are different. Stage 3: we have modelised any condition of co-toxicity to describe the dynamic of DNA damage formation. Etape 4: By applying separated irradiations of cells and photoactivable compounds, late DNA damage occurred, suggesting the existence of delayed stress specific to co-toxicities. Our findings would concem any conditions of photoactivation inc1uding anti-cancer therapy and diagnotic exam involving iodinated contrast agents.