Étude et compréhension d’une exposition à la pollution atmosphérique sur l’homéostasie intestinale murine

Understanding and study of the effects of exposure to atmospheric pollution on gut homeostasis

• Auteur / Autrice : Eva Guilloteau
• Direction : Mathilde Body
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie, biologie cellulaire et moléculaire, physiologie et nutrition
• Date : Soutenance le 09/03/2022
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institute for Translational Research in Inflammation (Lille) - Institute for Translational Research in Inflammation - U 1286
• Jury : Président / Présidente : Xavier Coumoul
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fatima Smagulova
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Armelle Baeza-Squiban, Luc Ferrari

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles animaux de maladie humaine

Effets différés de l'exposition prénatale à des facteurs de risque

Microbiome gastro-intestinal

Inflammation

Nanoparticules

Système immunitaire

Homéostasie

Maladies inflammatoires intestinales

Exposition par inhalation

Exposition environnementale

Pollution de l'air

Expérimentation animale

Modèles animaux

Flore intestinale

Intestins

Nanoparticules

Système immunitaire

Homéostasie

Maladies inflammatoires chroniques de l'intestin

Maladies de l'environnement

Pollution atmosphérique -- Effets physiologiques

Mots clés libres

Intestin

Particules de l'air

Homéostasie intestinale

Pollution de l'air

Système immunitaire

Microbiote

Gut

Gut homeostasis

Atmospheric pollution

Immune system

Microbiota

Air pollution

Résumé

Notre société du 20ème siècle a connu la mondialisation, l’urbanisation, une modernisation et une industrialisation. Elle a évolué et a changé en devenant de plus en plus moderne,industrielle, innovante, forte de créations chimiques, biologiques et mécaniques. La société du 21ème siècle est source d’innovations techniques et technologiques révolutionnant le monde et modifiant l’environnement. Par exemple, les émanations des industries, du trafic routier, de la dispersion dans l’air d’éléments manufacturés, sont des facteurs importants de la pollution de l’air. Ces éléments ont un impact sur l’environnement et sur la Santé Humaine,et deviennent un problème de Santé Publique.Depuis quelques années, il est observé une augmentation des cas d’hospitalisations suite à des épisodes de pollution atmosphérique. Une augmentation de la prévalence des maladies respiratoires, cardiovasculaires, métaboliques, neuronales est apparue à travers le globe. Une augmentation du nombre de cas de Maladies Inflammatoires Chroniques de l’Intestin en lien avec des épisodes de pollution atmosphérique est observée. Ces maladies sont la Maladie de Crohn et la Rectocolique Hémorragique, des maladies autoimmunes présentant une inflammation d'une partie du tube digestif, due à une dérégulation du système immunitaire intestinal. Leurs causes sont multifactorielles, 20% sont d’origine génétique et le reste aurait une origine environnementale.L’objectif principal de ce travail de thèse est d’essayer de comprendre les effets d’une exposition à la pollution de l’air sur leur développement, autrement dit, d’étudier leurs effets sur la pathogenèse des MICI.Nos travaux ont été effectués sur des modèles murins exposés via une inhalation corps entier,à différents types de pollution, pour reproduire le plus fidèlement possible une exposition humaine.Une première étude a été effectuée et a permis d’étudier les effets de la pollution intérieure.Cette pollution est modélisée par un cocktail de nanoparticules, les plus fréquemment retrouvées dans l’environnement quotidien des individus. Cette étude sur des souris saines ou présentant une colite induite chimique, de 28 jours (exposition subchronique) a été effectuée, avec une dose représentative de la limite d’exposition professionnelle au TiO2.Une seconde étude a permis d’analyser et étudier les effets d’une exposition gestationnelle par inhalation à une pollution atmosphérique complexe, type Pékin, sur le développement, la maturation du système intestinal de la descendance. Il y a de plus en plus de preuves de l’existence d’une fenêtre de susceptibilité gestationnelle. Une exposition in utero semble induire et prédisposer au développement de maladies retrouvées dans la population adulte.Dans ces deux études, l’inflammation au niveau génétique, protéique et histologique a été analysée, sur des populations mâles et femelles. La composition du microbiote intestinal a été analysée afin d’observer si une dysbiose intestinale était induite.Une exposition gestationnelle induit une microinflammation chez le mâle et la femelle, la perméabilité iliaque est augmentée chez le mâle, le développement, la maturation intestinale et la composition microbienne est modifiée.L’exposition à notre cocktail de NP induit également une microinflammation chez le mâle,aggrave la colite initialement présente chez la femelle, modifie le microbiote fécal. Enfin, nos EN présentent chacune des effets, lors de test in vitro, individualisés.Les travaux réalisés au cours de cette thèse démontrent l’importance d’étudier des effets de la pollution atmosphérique sur l’homéostasie intestinale. La structure du système intestinal,sa composition microbienne et sa fonctionnalité semblent en effet être impactées suite à une exposition par inhalation à deux types de pollution atmosphérique [...]

At 20th century, the beginnings of globalization, urbanization, modernization and significantindustrialization have been done. Society has evolved and changed, becoming a modern,industrial, innovative society in chemical, biological and mechanical creations. The society ofthe 21st century is a source of technical, technological innovations, revolutionizing the world.Human has used of these new techniques and technologies inducing environmental alterations. Air pollution is one of these, and present various origins from industries, road traffic. Air pollution contains different pollutant, as PM, gazous constituents, manufactured nanoparticles. These pollutants released in the atmosphere have an impact on the environment and on Human Health, which has become a Public Health problem.In recent years, there has been an increase of hospitalization following episodes of air pollution. An increase of the prevalence of respiratory, cardiovascular, metabolic and neuronal diseases is observed across the globe. In addition, an increase of cases of Inflammatory Bowel Disease related to episodes of air pollution is observed. These diseases include Crohn's disease and Ulcerative Colitis, which are autoimmune. Patients present inflammation of part of the digestive tract, due to deregulation of the intestinal immune system. Their causes are multifactorial. It seems that 20% is of genetic origin and the rest would have an environmental origin.In this scientific context, studying and understanding the effects of exposure to air pollution on the development and pathogenesis of IBD seems to be very interesting and constitutes the main objective of my thesis. Our work was carried out on murine models exposed by whole body inhalation to different types of pollution. We have chosen this exposure to reproduce human exposure as faithfully as possible.A first study was carried out and studied the effects of indoor pollution. A cocktail of nanoparticles models this pollution. This cocktail contains the most frequent manufactured NP found in the environment and in the daily life of individuals. Healthy mice or mice present a colitis induced chemically were exposed during 28 days (subchronic exposure), with a dose representative of the occupational exposure limit to TiO2.A second study analysed and studied the effects of gestational exposure. Pregnant female were exposed by inhalation to a complex air pollution: Beijing pollution. The study of the effects of this exposure on the development and maturation of the offspring's intestinal system was performed. There is more and more evidence of the existence of a gestational susceptibility window. In utero exposure would seem to induce and predispose to the development of diseases found in the adult population.In both studies, an analysis of intestinal inflammation in male and female populations wasperformed at genetic, protein and histological level. The composition of the gut microbiota was analysed in order to observe if a dysbiose was induced.Gestational exposure induces microinflammation in young males and females, iliac patency is increased in males, intestinal development, maturation, and microbial composition is altered too.Exposure to our cocktail of NP also induces microinflammation in males, aggravates colitis initially present in females, and modifies the faecal microbiota. Finally, our manufacturednanoparticles tested individually, presents in vitro immune effects.Our work demonstrates the importance of studies showed effects of air pollution on intestinal homeostasis. Indeed, the structure of the intestinal system, its microbial composition and its functionality seem to be impacted by an inhalation to two different types of air pollution. The lung-intestine axis seems to be a real asset for understanding, studying the mechanisms,which are implicated in the development of IBD or respiratory diseases.