Etude de profils en adduits à l'ADN comme biomarqueurs potentiels d'exposition aux polluants aériens en milieu urbain dans une approche de type adductomique

Study of DNA adducts profiles as potential biomarkers of exposure to urban air pollutants in an adductomic approach

• Auteur / Autrice : Helena Alamil
• Direction : Raphaël Delépée, Zeina Dagher
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 23/10/2019
• Etablissement(s) : Normandie en cotutelle avec Université Libanaise
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Aliments bioprocédés toxicologie environnements (Caen ; 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Joseph Saab
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Raphaël Delépée, Zeina Dagher, Pauline Poinot, Saadia Kerdine-Römer, Pascale Salameh, Dominique Courcot, Mathilde Lechevrel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pauline Poinot, Saadia Kerdine-Römer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Adduits à l'ADN

Marqueurs biologiques

Cancérogenèse

Polluants atmosphériques

Aldéhydes

Stress oxydatif

Mots clés libres

Adductomique

UHPLC-ESI-MS/MS

Validation de méthode analytique

Tabac

Adductomic

Oxidative stress

Tobacco

Cancer

Exposure biomarkers

Analytical method validation

Aldehydes

Résumé

De nombreuses études dans la seconde moitié du 20ème siècle, ont mis en évidence que des génotoxiques cancérogènes réagissent avec l'ADN pour former par liaison covalente des adduits qui sont impliqués dans le processus cancérigène. Bien qu’il existe des preuves convaincantes de la présence de multiples adduits à l'ADN dans les poumons de sujets exposés au tabagisme ou en milieu professionnel à un aldéhyde donné, il est évident que c'est un domaine dans lequel des recherches supplémentaires ont été nécessaires. L’objectif de ce travail de thèse est d’établir des profils d’adduits exocycliques à l'ADN induits par le mélange d’aldéhydes, qui pourraient à terme être considérés comme un marqueur génotoxique de l’exposition aux aldéhydes, tant endogène qu’environnemental. Pour cette raison, nous avons validé une méthode en UHPLC-MS/MS rapide, sensible et précise en utilisant la dilution isotopique, pour la quantification à l’état de trace de 9 adduits exocycliques à l’ADN dérivés de 8 principaux aldéhydes exogènes et endogènes, notamment le formaldéhyde, l’acétaldéhyde, l’acroléine, le crotonaldéhyde, le malondialdéhyde, le 4-hydroxy-2-nonénal, le glyoxal et le méthylglyoxal. Ces adduits ont été synthétisés et purifiés ainsi que leurs homologues marqués au 13C10, 15N5, identifiés et quantifiés par le biais des courbes d'étalonnage allant de 0,25 à 250 ng/mL d'adduits dans l'eau et l'ADN afin de décrire les effets matrice. Des échantillons de contrôle qualité ont été préparés et analysés afin de vérifier l'exactitude et la précision de la méthode dans des situations de répétabilité et de fidélité intermédiaire. L'absence de contamination croisée a également été démontrée. La méthode est capable de différencier les 9 analytes d'intérêt et leurs étalons internes en utilisant pour chaque analyte une transition de quantification et une seconde de confirmation. Cette méthode a été validée selon les recommandations de l'Agence Européenne des Médicaments concernant les méthodes bioanalytiques. Elle répond à tous les critères essentiels pour garantir l'acceptabilité des performances et la fiabilité des résultats d'analyse. Cette méthode est la toute première validée et peut être utilisée en adductomique dans le cadre d'études sur l'exposome. En plus, nous avons simultanément mesuré par une approche in vitro les 9 adduits exocycliques dans de l’ADN de thymus de veau exposé à de différentes concentrations de chaque aldéhyde seul ou en mélanges équimolaires. Cette approche nous a permis d’établir des relations dose-dépendantes pour tous les aldéhydes à l’exception du malondialdéhyde et du méthylglyoxal. Une relation dose-réponse a également été observée avec les mélanges équimolaires d’aldéhydes. Elle a permis de définir des réactivités différentes des aldéhydes en mélange vis-à-vis de l’ADN. Les profils de ces adduits exocycliques ont été également déterminés dans l'ADN de sang de fumeurs et de non-fumeurs. La fumée de cigarette contient plusieurs aldéhydes connus de se lier par covalence aux bases de l’ADN, ainsi l’adduit à l’ADN peut être considéré comme biomarqueur d’exposition au tabac. Des différences significatives dans les niveaux d’adduits ont été obtenues entre l’ADN des fumeurs et celui des non-fumeurs à l’exception de l’adduit induit par le malondialdéhyde. Des corrélations ont été établies entre chaque adduit et les marqueurs de la consommation tabagique sans aucune corrélation significative de la totalité des adduits avec un marqueur spécifique. Par ailleurs, nous avons montré que l’exposition au formaldéhyde, au butanal et au benzaldéhyde a eu un effet sur les concentrations du MDA urinaire mesurées chez les policiers libanais stationnés au carrefour pendant 7 h par jour et après exposition de 5 jours aux émissions du trafic routier. Une augmentation du MDA plasmatique a été décrite ; les années de travail avaient une incidence sur les concentrations de ce biomarqueur.

Many studies in the second half of the 20th century have shown that genotoxic carcinogens, either directly or after metabolic activation, react with DNA to form covalently bonded adducts that are absolutely central in the carcinogenic process. Although there is compelling evidence of the presence of multiple DNA adducts in the lungs of subjects exposed to smoking or occupational exposure to a given aldehyde, it is clear that this is an area in which further research has been necessary. The aim of this thesis is to establish exocyclic DNA adducts profiles induced by the mixture of aldehydes, which could eventually be considered as a genotoxic marker of aldehyde exposure, both endogenous environmental. For this reason, we have validated a fast, sensitive and precise method on liquid chromatography coupled to mass spectrometry in tandem mode (UHPLC-MS/MS) using isotopic dilution, for trace quantification of 9 exocyclic DNA adducts derived from 8 major exogenous and endogenous aldehydes, including formaldehyde, acetaldehyde, acrolein, crotonaldehyde, malondialdehyde, 4-hydroxy-2-nonenal, glyoxal and methylglyoxal. These adducts were synthesized and purified as well as their labeled homologues, identified and quantified through standard curves ranging from 0.25 (LLOQ) to 250 ng/mL (ULOQ) adducts in water and in DNA to describe the matrix effects. Quality control (QC) samples were prepared and analyzed to verify the accuracy and precision of the method in repeatability and intermediate fidelity situations. The absence of cross-contamination has also been demonstrated. The method is able to differentiate the 9 analytes of interest and their internal standards using for each analyte a quantification transition and a confirmation transition. This method has been validated according to the recommendations of the European Medicines Agency (EMA) concerning bioanalytical methods. It meets all the essential criteria to guarantee the acceptability of the performances and the reliability of the analysis results. This method is the very first validated and can be used in adductomics in the context of studies on the exposome. In addition, the exocyclic adducts were simultaneously measured by an in vitro approach in calf thymus DNA exposed to different concentrations of each aldehyde apart or in equimolar mixtures. This approach allowed us to establish dose-dependent relationships for all aldehydes with the exception of malondialdehyde and methylglyoxal. A dose-response relationship was also observed with equimolar mixtures of aldehydes. It made it possible to define different reactivities of aldehydes in mixture versus DNA. The profiles of these exocyclic adducts were also determined in the blood DNA of smokers and non-smokers. Cigarette smoke contains several aldehydes known to covalently bind to DNA bases, so the DNA adduct may be considered as biomarker of tobacco exposure. Significant differences in adducts levels were obtained between smokers and non-smokers DNA with the exception of malondialdehyde-induced DNA adduct. Correlations were established between each adduct and smoking-related markers without any significant correlation of all adducts with a specific marker. Furthermore, we have shown that exposure to formaldehyde, butanal and benzaldehyde had an effect on the concentrations of urinary MDA measured in Lebanese police stationed at the intersection for 7 hours a day and after 5-day exposure to road traffic. An increase in plasma MDA has been described; years of work had an impact on the concentrations of this biomarker. These results are promising and it would be interesting to validate in population the profile of 9 exocyclic adducts as biomarkers of exposure to both exogenous and endogenous aldehydes as part of an adductomic approach to understand the carcinogenic risk in relation to aldehydes exposures in urban areas.