Contaminants alimentaires et cancer colorectal : études mécanistiques de multiples voies de cancérogenèse (génotoxicité, reprogrammation métabolique) selon la susceptibilité génétique

Food contaminants and colorectal cancer : mechanistic studies of multiple carcinogenesis pathways (genotoxicity, metabolic reprogramming) according to genetic susceptibility

• Auteur / Autrice : Liana Arnaud
• Direction : Laurence Huc, Elisa Boutet-Robinet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Pathologie, Toxicologie, Génétique et Nutrition
• Date : Soutenance le 28/10/2021
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Toxalim (Toulouse ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Béatrice Morio
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurence Huc, Elisa Boutet-Robinet, Béatrice Morio, Sylvain Billet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Caroline Aninat, Etienne Blanc

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aliments -- Teneur en pesticides

Cancer -- Recherche

Mots clés libres

Cancérogenèse colorectale

Susceptibilité génétique

4-hydroxynonenal

Pesticides

Génotoxicité

Mécanismes non génomiques de cancérogenèse

Colorectal carcinogenesis

Genetic susceptibility

4-hydroxynonenal

Pesticides

Genotoxicity

Non-genomic mechanisms of carcinogenesis

Résumé

Le cancer colorectal (CCR) est un problème de santé publique majeur qui touche 1,9 million de personnes dans le monde tous sexes confondus en 2020. Le CCR est une pathologie d’évolution progressive, en plusieurs étapes, dépendante de facteurs génétiques et environnementaux. L’étiologie du CCR est d’abord décrite selon une succession de mutations génétiques spordaiques, qui favorisent la progression tumorale. Parmi ces mutations, la perte des gènes suppresseurs de tumeur APC et TP53, l’activation du proto-oncogène KRAS, sont des évènements décisifs. De plus, les travaux sur l’exposome et épidémiologiques ont mis en évidence que les facteurs environnementaux, tels que le manque d’activité physique, l’obésité, le tabagisme mais également l’alimentation, sont associés au CCR. L’humain est exposé quotidiennement via l’environnement ou l’alimentation, à une multitude de mélanges complexes de contaminants chimiques, à des doses variables et en mélanges. Parmi ces contaminants, mon projet de thèse s’est focalisé sur les suivants : des pesticides retrouvés dans les fruits, les légumes et les eaux contaminées ; le 4-Hydroxynonénal (HNE), composé néoformé pendant de digestion de viande rouge ; les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) (Benzo([a]pyrène (B[a]P) et Pyrène (PYR)) et les dioxines (TCDD), polluants environnementaux et produits formés lors de la cuisson des aliments. Le CCR résulte de l’interaction entre des facteurs génétiques et environnementaux : c’est pourquoi, mon projet s’est attaché à examiner l’impact de polluants sur la cancérogenèse colorectale en évaluant également les interactions gènes-environnement. Dans un premier temps, des modèles in vitro de cellules épithéliales humaines coliques, les HCECs, ont été caractérisés comme outils pertinents pour l’étude de la cancérogenèse colorectale et des interactions gène-environnement. Ce système d’étude in vitro implique six lignées isogéniques, qui expriment une ou les trois mutations driver APC, KRAS et TP53, présentes dans la cancérogenèse colorectale. Ainsi, ces six lignées miment de façon simplifiée, les différentes étapes de la cancérogenèse colorectale : l’initiation, la promotion, la progression. Des différences au niveau de la morphologie, des capacités migratoires, du métabolisme énergétique, de la sensibilité aux stress génotoxiques et aux stimuli de mort cellulaire ont été observées entre les lignées cellulaires en fonction de leurs caractéristiques génétiques. Ces cellules ont ensuite été utilisées pour mener une étude de l’impact des contaminants alimentaires. Ces travaux ont démontré un effet initiateur et promoteur des pesticides seuls ou en mélange avec le HNE de la cancérogenèse colorectale, après une exposition longue de trois semaines. Ces effets cancérigènes sont associés avec des mécanismes de génotoxicité mais aussi à des modifications cellulaires comme la croissance, la reprogrammation du métabolisme énergétique, la mobilité cellulaire et la transition épithélio-mésenchymateuse. Ces mécanismes tumorigènes varient en fonction de la susceptibilité génétique au CCR. De plus, suite à une exposition de deux semaines au PYR ou au mélange B[a]P-PYR-TCDD, un effet initiateur du CCR été observé. Un effet promoteur du CCR a été observé suite à une exposition au B[a]P, PYR et TCDD seuls ou en mélange. En conclusion, cette thèse apporte : (i) une caractérisation d’un système de six modèles cellulaires in vitro comme outil original et pertinent pour l’étude de la cancérogenèse colorectale et des interactions gène-environnement ; (ii) la mise en évidence de potentiels effets cancérigènes des pesticides et du HNE dans la cancérogenèse colorectale ; (iii) une meilleure caractérisation de l’impact cellulaire du HNE, des pesticides, des HAP et de la dioxine TCDD, en fonction de la susceptibilité génétique au CCR.

Colorectal cancer (CRC) is a major public health problem affecting 1.9 million people worldwide in 2020. CRC is a progressive pathology with several stages, depending on genetic and environmental factors. The etiology of CRC is first described according to a succession of spordotic genetic mutations, which promote tumor progression. Among these mutations, the loss of the tumor suppressor genes APC and TP53 and the activation of the KRAS proto-oncogene are decisive events. In addition, work on the exposome and epidemiology has shown that environmental factors, such as lack of physical activity, obesity, smoking and diet, are associated with CRC. Humans are exposed daily, via the environment or food, to a multitude of complex mixtures of chemical contaminants, at variable doses and in mixtures. Among these contaminants, my thesis project focused on the following: pesticides found in fruits, vegetables and contaminated water; 4-Hydroxynonenal (HNE), a compound formed during the digestion of red meat; Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) (Benzo[a]pyrene (B[a]P) and Pyrene (PYR)) and dioxins (TCDD), environmental pollutants and products formed during the cooking of food. CRC results from the interaction between genetic and environmental factors: this is why, my project aimed at examining the impact of pollutants on colorectal carcinogenesis by also evaluating gene-environment interactions First, in vitro models of human colonic epithelial cells, HCECs, were characterized as relevant tools for the study of colorectal carcinogenesis and gene-environment interactions. This in vitro study system involves six isogenic lines, which express one or all three driver mutations APC, KRAS and TP53, present in colorectal carcinogenesis. Thus, these six lines mimic, in a simplified way, the different stages of colorectal carcinogenesis: initiation, promotion, progression. Differences in morphology, migratory capacities, energy metabolism, sensitivity to genotoxic stress and to cell death stimuli were observed between the cell lines according to their genetic characteristics. These cells were then used to study the impact of food contaminants. This work demonstrated an initiating and promoting effect of pesticides alone or in mixture with HNE on colorectal carcinogenesis, after a long exposure of three weeks. These carcinogenic effects are associated with genotoxicity mechanisms but also with cellular modifications such as growth, reprogramming of energy metabolism, cell mobility and epithelial-mesenchymal transition. These tumorigenic mechanisms vary according to genetic susceptibility to CRC. In addition, following a two-week exposure to PYR or the B[a]P-PYR-TCDD mixture, a CRC initiating effect was observed. A CCR- promoting effect was observed following exposure to B[a]P, PYR and TCDD alone or in combination. In conclusion, this thesis provides: (i) a characterization of a system of six in vitro cell models as an original and relevant tool for the study of colorectal carcinogenesis and gene-environment interactions; (ii) the identification of potential carcinogenic effects of pesticides and HNE in colorectal carcinogenesis; (iii) a better characterization of the cellular impact of HNE, pesticides, PAHs and dioxin TCDD, as a function of the genetic susceptibility to CRC.