Caractérisation radiobiologique de pathologies de l'oeil et premier modèle de cataractogenèse radioinduite

Radiobiological characterization of eye diseases and first model of radiation-induced cataractogenesis

• Auteur / Autrice : Joëlle Al choboq
• Direction : Nicolas Foray
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Recherche clinique, innovation technologique, sante publique
• Date : Soutenance le 19/06/2023
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interdisciplinaire Sciences-Santé (Villeurbanne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Radiations (défense, santé et environnement) (Lyon ; 2021-....)
• Jury : Président / Présidente : Carole Burillon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Foray, Carole Burillon, Nicolas Fortunel, Pierre Verrelle, Corinne Michel-Dot, Juliette Thariat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Fortunel, Pierre Verrelle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cristallin -- Maladies

Radiobiologie

Maladies

Oeil

Rayonnements ionisants

Mots clés libres

Radiosensibilité

Cassures double-brin

Oeil

Cristallin

Cataractogenèse

Protéine X

Radiation ionisante

Radiosensitivity

Ionizing radiation

Eye

Cataract

Cataractogenesis

Double-strand break

X proteins

ATM

Résumé

L’œil est un système pluritissulaire qui peut présenter après irradiation un vieillissement accéléré ou des cancers. Ces risques seraient plus élevés quand les individus sont génétiquement prédisposés. Toutefois, l’influence du facteur individuel et les bases scientifiques des doses-seuils impliquées dans les mécanismes de la cataractogenèse radioinduite restent encore méconnues. Effectués dans le cadre de l’Unité 1296 Inserm « Radiations : Défense, Santé, Environnement », les travaux de cette thèse se sont centrés sur le développement d’un modèle mécanistique de la réponse individuelle aux radiations ionisantes basé sur le transit cyto-nucléaire de la protéine ATM, acteur majeur de la réponse au stress (modèle RIANS) appliqué à diverses pathologies de l’œil et notamment au cristallin. Tout retard du transit d’ATM, causé par des protéines dites « X » surexprimées dans le cytoplasme et substrats d’ATM, peut entraîner une radiosensibilité (toxicité), une radiosusceptibilité (cancer) et ou une radiodégénérescence (vieillissement accéléré). Avec l’objectif général de mieux documenter la réponse aux radiations ionisantes de l’œil et notamment la formation des cataractes, cette thèse a été divisée en trois parties. Dans la première partie, nous avons vérifié la validité du modèle RIANS pour 4 syndromes génétiques représentatifs de pathologies de l’œil : le syndrome d’Usher (USH) (cécité), le rétinoblastome (RB) (cancer), le syndrome d’immunodéficience combinée à des aberrations chromosomiques et une dysmorphie faciale (ICF) (déformation) et le syndrome de Rothmund-Thomson (RTS) (cataractes juvéniles). Les protéines mutées responsables de ces syndromes (USH, Rb, DNMT3B, RECQL4) ont été identifiées comme étant des protéines X « syndromiques » et soulignent l’importance du facteur individuel dans la réponse anormale aux radiations. Dans la deuxième partie, nous avons procédé à la caractérisation radiobiologique du cristallin avec des cellules humaines et porcines. Nous avons identifié une protéine X, BFSP2, spécifique du cristallin, dont l’abondance dans le cytoplasme et son affinité pour ATM favoriserait la radiosensibilité et la radiodégénérescence. L’action de BFSP2, protéine X « tissulaire », s’ajouterait alors à celles des protéines X syndromiques en favorisant l’effet individuel sur la cataractogenèse radioinduite. Dans la troisième partie, nous avons quantifié l’effet du vieillissement spontané ou radioinduit en utilisant les couronnes que forme ATM autour du noyau comme biomarqueur spécifique. Evoluant suivant la dose de radiations ionisantes, le temps post-irradiation et le facteur individuel, les cinétiques d’apparition et de disparition des couronnes périnucléaires d’ATM permettent ainsi de mieux définir les scénarios d’expositions où le risque de cataractes est plus élevé. De nouvelles expériences sont en cours pour compléter ce modèle unifié.

The eye is a multi-tissue system that can show accelerated aging or cancer after irradiation. These risks would be higher when individuals are genetically predisposed. However, the influence of the individual factor and the scientific bases of the threshold doses involved in the mechanisms of radiation-induced cataractogenesis still remain unknown. Carried out within the framework of Inserm Unit 1296 ''Radiations: Defense, Health, Environment'', the work of this thesis focused on the development of a mechanistic model of the individual response to ionizing radiation based on the radiation-induced nucleo-shuttling of the ATM protein, a major actor of the response to stress (RIANS model), applied to various pathologies of the eye and in particular to the lens. Any delay in the RIANS, caused by overexpressed so-called “X” proteins in the cytoplasm and ATM substrates, can lead to radiosensitivity (toxicity), radiosusceptibility (cancer) and/or radiodegeneration (accelerated aging). With the general objective of better documenting the response to ionizing radiation of the eye and in particular the formation of cataracts, this thesis has been divided into three parts. In the first part, we checked the validity of the RIANS model with 4 genetic syndromes representative of eye pathologies: Usher syndrome (USH) (blindness), retinoblastoma (RB) (cancer), immunodeficiency combined with chromosomal aberrations and facial dysmorphism (ICF) (deformity) and Rothmund-Thomson syndrome (RTS) (juvenile cataracts). The mutated proteins responsible for these syndromes (USH, Rb, DNMT3B, RECQL4) have been identified as ''syndromic'' X proteins and underline the importance of the individual factor in the abnormal response to radiation. In the second part, we carried out the radiobiological characterization of the lens with human and porcine cells. We have identified an X protein, BFSP2, specific to the lens, whose abundance in the cytoplasm and its affinity for ATM would promote radiosensitivity and radiodegeneration. The action of BFSP2, a “tissue” X protein, would then be added to those of syndromic X proteins by promoting the individual effect on radiation-induced cataractogenesis. In the third part, we quantified the effect of spontaneous or radiation-induced aging using the crowns that ATM forms around the nucleus as a specific biomarker. Evolving according to the dose of ionizing radiation, the post-irradiation time and the individual factor, the kinetics of appearance and disappearance of ATM perinuclear crowns thus make it possible to better define the exposure scenarios where the risk of cataracts is higher. New experiments are underway to complete this unified model.