Effets des faibles doses de rayonnements ionisants γ dans la pathologie athéromateuse : étude des mécanismes de modulation de l’inflammation.

Effects of low doses of ionizing radiation γ in atherosclerosis : study of the mechanisms modulating inflammation.

• Auteur / Autrice : Nicolas Rey
• Direction : Stéphanie Lehoux, Teni Ebrahimian
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Toxicologie
• Date : Soutenance le 05/02/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Radiotoxicologie Expérimentale (Fontenay-aux-Roses, Hauts-de-Seine)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université Paris-Saclay. Faculté de pharmacie (Orsay, Essonne ; 2020-....)
• Jury : Président / Présidente : François Coudoré
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Potteaux, Sarah Baatout, Karl Balabanian, Serge Candeias
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Potteaux, Sarah Baatout

Mots clés

Mots clés contrôlés

Immunomodulation

Inflammation

Athérosclérose

Dosimétrie

Mots clés libres

Irradiation

Faibles doses

Débit de dose

Athérosclérose

Inflammation

Immunomodulation

Irradiation

Low doses

Dose rate

Atherosclerosis

Inflammation

Immunomodulation

Résumé

Il est bien établi que l’exposition aux fortes doses de rayonnements ionisants favorise le développement de l’athérosclérose, une pathologie inflammatoire chronique qui affecte la paroi des vaisseaux de gros et moyens calibres. Cependant les mécanismes biologiques des faibles doses de rayonnements ionisants sur cette pathologie sont moins bien documentés. Plusieurs travaux ont néanmoins mis en évidence que dans un contexte d’athérosclérose, l’exposition aux doses faibles pouvait, contrairement aux doses fortes, entrainer une réponse en faveur d’une modulation de l’inflammation et une hausse de la stabilité des plaques d’athérome (Le Gallic et al. 2015a; T. G. Ebrahimian et al. 2017; Mancuso, Pasquali, Braga-TanakaIII, et al. 2015; Mitchel et al. 2011). Ces études suggèrent que la dose et le débit de dose sont déterminants dans la survenue de cette réponse adaptative. L’objet de cette thèse est donc d’étudier les mécanismes adaptatifs immunomodulatoires mis en jeu dans l’athérosclérose après exposition à des doses faibles et modérées. A cette fin, l’évaluation de l’impact de la dose et du débit de dose dans cette réponse a été étudiée, puis les mécanismes immunitaires précoces et leurs conséquences à long terme sur la pathologie athéromateuse ont été explorés. Une première approche expérimentale a été réalisée sur un modèle de souris prédisposées à l’athérosclérose (ApoE-/-) exposés à des doses faibles et modérées d’irradiations γ à débit de doses chroniques et aiguës. Nous avons ainsi pu observer que les populations immunitaires ont une réponse non linéaire en fonction de la dose et dépendante du type cellulaire étudié. Les populations monocytaires pro-inflammatoires étaient diminuées à l’ensemble des doses tandis que des populations pro-inflammatoires lymphocytaires étaient diminuées uniquement à très faible dose et débit de dose. Dans un second temps, une autre approche expérimentale sur un modèle ApoE-/- fut dédiée à l’étude des mécanismes précoces post-irradiations (24 heures et 10 jours) sur principalement la polarisation des macrophages ainsi que les conséquences tardives sur le phénotype des plaques. Ainsi, 24 heures après irradiation, nous avons constaté une régulation à la hausse de gènes à action anti-inflammatoire (Chil-3 et Retnla) ainsi qu’une augmentation concomitante de la sécrétion eninterleukine-10 chez les macrophages de type M2. Concernant les études à long terme, nous n’avons pas observé de modifications par rapport à la stabilité des plaques d’athérome, néanmoins, la teneur en macrophages intra plaques était significativement abaissée à la plus forte des doses appliquées. Par ailleurs la proportion en monocytes spléniques était significativement augmentée après 100 jours, laissant entrevoir une hausse possible du stockage splénique des monocytes à long terme enclenchée par l’irradiation. L’ensemble de ces résultats confirme l’occurrence d’un mécanisme adaptatif immunomodulatoire à doses faibles et modérées dans le contexte de l’athérosclérose. Cette réponse est néanmoins dépendante du type cellulaire étudié et a des conséquences différentes en fonction de la dose et du débit de dose étudié. De plus, lors de l’application d’une dose modérée, nous avons mis en évidence la présence d’un mécanisme adaptatif observé plusieurs mois après irradiation au niveau de la plaque d’athérome et au niveau du système immunitaire.

It is well established that exposure to high doses of ionizing radiation promotes the development of atherosclerosis, a chronic inflammatory pathology that affects the walls of large andmedium-gauge vessels. However, the biological mechanisms of low doses of ionizing radiation on this pathology are less well documented. Several studies have nevertheless shown that in a context of atherosclerosis, exposure to low doses can, unlike high doses, lead to a response in favor of modulation of inflammation, and an increase in the stability of atheromatous plaques (Le Gallic et al. 2015; Ebrahimian et al. 2017; Mancuso et al. 2015; Mitchel et al. 2011). These studies suggest that dose and dose rate are critical to the occurrence of this adaptive response. The purpose of this thesis is therefore to study the immunomodulatory adaptive mechanisms involved in atherosclerosis after exposure to low and moderate doses. To this end, the evaluation of the impact of dose and dose rate in this response has been studied, then the early immune mechanisms and their long-term consequences have been explored. A first experimental approach was performed on a model of atherosclerotic predisposed mice (ApoE-/-) exposed to low and moderate doses of radiation γ at chronic and acute dose rates. We were able to observe that immune populations have a non-linear response to dose and were dependent on the cell type studied. Pro-inflammatory monocyte populations were decreased at all doses while lymphocyte pro-inflammatory populations were decreased only at very low doses and dose rates. In a second step, another experimental approach on ApoE-/- model was dedicated to the study of early post-irradiation mechanisms (24 hours and 10 days) on primary monocytes and macrophages. In addition, the late consequences in pathologyby external exposure to ionizing radiation γ; at low and moderate doses (100 days) were also explored. Thus, 24 hours after irradiation, we observed an upregulation of genes with anti-inflammatory action (Chil-3 and Retnla) as well as a concomitant increase in interleukin-10 secretion in M2 macrophages. In the long-term studies, we did not observe any changes with respect to the stability of the atheroma plaques, however, the intra-plaque macrophage content was significantly lowered at the highest of the applied doses. In addition, the proportion of splenic monocytes was significantly increased after 100 days, suggesting a possible increase in long-term splenic monocyte storage triggered by irradiation. All these results confirm the occurrence of an adaptive immunomodulatory mechanism at low and moderate doses in the context of atherosclerosis. This response is nevertheless dependent on the cell type studied and has different consequences depending on the dose and dose rate studied. Moreover, when a high dose rate is applied at a moderate dose, we have demonstrated the presence of an adaptive mechanism observed several months after irradiation at the level of the atheroma plaque and at the level of the immune system.