La fibrose hépatique est une réponse de cicatrisation excessive induite par des lésions chroniques. Elle se caractérise par une accumulation de matrice extracellulaire (MEC), principalement constituées de collagène 1 (COL1), qui augmente la rigidité des tissus et entraîne un grave dysfonctionnement du foie. L'activation des cellules étoilées du foie (CEF), induite par le facteur de croissance TGFB1, est le principal processus à l'origine de la fibrose hépatique. Afin d'étudier la dynamique des CEF durant le développement et la réversion de la fibrose, nous avons développé un modèle multi-échelle intégrant les différents états des CEF ainsi que leur production de COL1, sous influence du TGFB1. Ce modèle est implémenté avec le langage Kappa, qui est un langage de réécriture de graphes à sites. En plus d'être le premier modèle multi-échelle de Kappa, ce modèle nous a permis de capturer la plasticité des cellules étoilées durant le développement et la réversion la fibrose. Les prédictions du modèle montrent que l'état d'inactivation des CEF joue un rôle essentiel dans le développement de la fibrose. Le modèle a été validé par de nouvelles expériences chez la souris et les prédictions ont été validées avec des données de RNAseq chez des patients fibrotiques.

Le développement fœtal est une période particulièrement vulnérable aux déséquilibres du milieu dans lequel il se déroule. Le testicule fœtal joue un rôle capital dans la masculinisation des organes reproducteurs via sa fonction endocrine, et toute altération peut engendrer un spectre de malformations pouvant impacter la fertilité future de l’homme. Au cours du développement, l’embryon puis le fœtus va être exposé à un l’environnement chimique complexe qu’est l’exposome maternel. Parmi les familles de substances constituant l’exposome se trouvent les médicaments que la femme enceinte consomme pour soigner une pathologie chronique ou de façon aigue pour traiter un symptôme lié à la grossesse. Nous nous sommes intéressés à deux classes de médicament : les antiépileptiques (AEs) d’une part, et les antalgiques d’autre part car des études épidémiologiques ont rapporté un risque accru d’hypospadias chez les nouveau-nés exposés in utero à l’acide valproïque, un AE, et de malformations de l’appareil reproducteur chez ceux exposés au paracétamol et à l’ibuprofène notamment. Or la survenue de ces altérations pourrait être liée à des perturbations de l’équilibre hormonal. Nous avons utilisé un modèle de culture organotypique d’explants testiculaires fœtaux humains afin de comparer les profils de perturbation générés par une exposition courte, de 3 jours, aux antalgiques et une exposition courte et longue - 28 jours - pour les AEs. Pour cela, nous avons adapté et optimisé notre modèle pour nous rapprocher de la chronicité du traitement in vivo. Ces études utilisant des cultures organotypiques de testicules fœtaux humains ont permis de démontrer que trois AEs pouvaient à plus ou moins longue échéance induire une altération de la fonction endocrine de cet organe, ce qui laisse ouverte la possibilité qu’avec un traitement chronique, l’imprégnation androgénique du fœtus puisse être affectée, et que cela puisse avoir des conséquences sur les organes cibles. Pour les antalgiques de la famille des AINS étudiés, s’ils semblent avoir des effets moins spectaculaires sur la fonction endocrine du testicule fœtal humain en développement, leur utilisation pendant la grossesse continue de présenter un risque sur d’autres organes dont le développement est sensible ou dépend des prostaglandines.

La Transplantation Utérine (TU) est en pleine essor dans le monde depuis la 1ère naissance issue d’une TU en 2014. A ce jour 90 TU ont été réalisées et 50 enfants sont nés. Celle-ci peut être réalisée à partir d’une donneuse vivante dans les 3⁄4 des cas et à partir de donneuses en état de mort encéphalique dans 1⁄4 des cas. Dans cette dernière configuration le temps d’ischémie froide est plus long environ 6h (vs 1h30 en cas de donneuse vivante). Il nous faut donc optimiser la préservation des greffons utérins afin de limiter les lésions d’ischémie- reperfusion. Ainsi dans un 1er temps, à l’aide de dissections de sujets anatomiques, nous allons voir comment optimiser le prélèvement utérin et ainsi le meilleur retour veineux. Dans un second temps nous allons évaluer le nombre potentiel de greffon utérin disponible et notamment en cas de donneuse en état de mort encéphalique. Nous poursuivrons par l’étude des phénomènes d’ischémie- reperfusion et les moyens de préservations des greffons en général et de l’utérus (solution de conservation, machine de perfusion, transporteurs d’oxygène). Nous développerons les modèles animaux mis en place : modèle d’autotransplantation utérine orthotopique et modèle d’allotransplantation utérine hétérotopique. Dans ce dernier modèle nous avons fait la preuve de concept de la possibilité d’utiliser la machine de perfusion hypothermique sans induire de lésions vasculaires utérines. Nous allons poursuivre ces travaux de recherche en cherchant à évaluer l’intérêt des transporteurs d’oxygène et de la perfusion en normothermie.

Les troubles de la fertilité et les anomalies du tractus uro-génital sont en augmentation. Afin de mieux comprendre ce déclin de la santé reproductive, il est important d’approfondir nos connaissances sur la gamétogenèse et sur le développement et la physiologie des gonades car nombre de ces anomalies tirent leur origine au cours du développement. Dans un premier axe de recherche, j’ai activement contribué la compréhension de la transition mitose-méiose, au cours de la spermatogénèse. Mes travaux ont permis la caractérisation à l’échelle de la cellule unique d’un troisième mécanisme d’inactivation transcriptionnelle pangénomique retrouvé en début de prophase I de méiose chez la souris appelé Early Meotic Low Transcription (EMLT). J’ai ainsi démontré que ce mécanisme est conservé au cours de l’évolution chez les mammifères et qu’il s’accompagne d’une stabilisation des ARNm. Dans un deuxième axe de recherche, j’ai établi une méta-cartographie à l’échelle de la cellule unique des gonades au cours du développement. Ce méta-atlas inter-espèce, composé de plus d’un million de cellules humaines et souris provenant de 25 études, constitue la ressource la plus exhaustive concernant le développement et la physiologie des gonades. Ces données ont été rendues disponibles sur la troisième génération du ReproGenomics Viewer (RGV3, https://rgv.genouest.org). J’ai ainsi contribué à la refonte complète de RGV3 dont la nouvelle interface interactive facilite l’exploration des données de scRNA-seq et est compatible avec les données de transcriptomique spatiale.

Les perturbateurs endocriniens (PEs) sont soupçonnés d’affecter le système reproducteur féminin. Cependant, peu d'attention a été accordée à leur impact potentiel sur la réserve ovarienne, un élément clé de la fertilité féminine. L'objectif principal de cette thèse était d'étudier l'impact des PEs sur la réserve ovarienne. Plus précisément, nous avons examiné les effets de quatre familles de PEs (53 polluants organiques persistants (POPs), 4 métaux lourds, 4 phénols et 8 phtalates), en tant qu'expositions individuelles et en mélange, sur différents indicateurs de la réserve ovarienne, dont les hormones anti-Müllériennes (AMH), le nombre de follicules antraux (AFC), les hormones folliculostimulantes (FSH) et la diminution de la réserve ovarienne (DOR). De plus, nous avons exploré si l'exposition in utero aux POPs était associée aux niveaux d'AMH chez les adolescentes. Nous avons mené notre recherche auprès de deux populations de femmes en recherche d'aide à la procréation dans deux pays (France et États-Unis) et dans la cohorte mère-enfant française PELAGIE. Dans l'ensemble, nous avons trouvé peu d’associations entre PEs et les marqueurs de la réserve ovarienne ou la DOR, individuellement ou en mélange. Dans l'étude cas-témoins française AROPE, le p,p'-DDE était significativement associé à un risque accru de DOR, tandis que le β-HCH était significativement associé à un risque réduit de DOR. De plus, nous avons observé des risques non significativement accrus de DOR pour le cadmium et le chrome, avec une association proche de la significativité pour le deuxième tercile de cadmium. Nous avons également observé que des niveaux accrus de PCB 180 mesurés dans le sang du cordon augmentaient significativement les niveaux d'AMH chez les adolescentes de la cohorte PELAGIE. Dans la cohorte américaine EARTH, les phénols et les phtalates n'ont pas été associés à divers indicateurs de réserve ovarienne (AFC, FSH ou DOR). Ce travail comprend les premières études sur les associations entre les POP et les métaux lourds, et la DOR. D'autres études sont nécessaires pour valider nos résultats et explorer l'influence des PEs pendant différentes fenêtres de susceptibilité sur la réserve ovarienne à différentes étapes de la vie.

La fibrose pulmonaire idiopathique (FPI) est une maladie pulmonaire chronique et irréversible caractérisée par un déclin progressif des fonctions respiratoires. L'approche thérapeutique actuelle ralentit mais n'arrête pas la progression de la maladie. Récemment, il a été démontré que la vitamine D (VD) réduit le développement de la fibrose pulmonaire dans des modèles murins et que la carence en VD peut être associée au déclin des fonctions respiratoires des patients atteints de FPI. Au cours de cette thèse, nous avons démontré pour la première fois qu'in vitro, la VD bloque des fonctions fibrosantes fondamentales des fibroblastes pulmonaires humains primaires dérivés de patients atteints de FPI. À des concentrations physiologiquement atteignables, la VD diminue la prolifération basale comme induite par le PDGF-BB. Bien que la VD n’ait impacté que partiellement la différenciation induite par le TGF-β1, elle a fortement inhibé l’altération glycolytique induite par le TGF-β1. Des études récentes suggèrent que la reprogrammation glycolytique des fibroblastes peut participer à la progression de la FPI et que cibler ce cette voie pourrait être efficace dans le traitement des maladies fibrotiques. Enfin, nous avons démontré que les effets protecteurs de la VD sont probablement médiés par l’activation de son récepteur nucléaire. Dans l'ensemble, nos résultats démontrent que de faibles concentrations de VD réduisent, in vitro, les fonctions pro-fibrotiques des fibroblastes pulmonaires humains, et suggèrent qu’une supplémentation des patients atteints de FPI en VD pourrait être étudiée à l'avenir pour confirmer ses avantages thérapeutiques dans la gestion de la fibrose pulmonaire chez l'homme.

La préoccupation croissante concernant les perturbateurs endocriniens (PEs) et leurs effets sur la santé humaine et environnementale a stimulé de manière significative la recherche dans ce domaine. Ce projet se concentre sur l'analyse et l'intégration de donné "omiques" pour évaluer les risques toxiques des perturbateurs endocriniens (PEs) sur les fonctions de reproduction. J’ai examiné l'impact des PEs sur le développement de l'ovaire et sur la stéroïdogenèse, en utilisant des méthodes alternatives à la toxicologie classique. L'hypothèse sous-jacente de ce travail est que les données de toxicogénomique peuvent contribuer à la compréhension des mécanismes de toxicité des PEs et à l'identification de biomarqueurs potentiels de perturbation endocrine. L'analyse des changements transcriptionnels dans l'ovaire en développement après une exposition intra-utérine aux perturbateurs endocriniens, diéthylstilbestrol et kétoconazole a permis de mettre en évidence des gènes différentiellement exprimés significatifs dont de potentiels biomarqueurs soulignant les effets de ces composés sur la santé reproductive féminine. Une approche multiomique a été utilisée pour explorer les effets anti-androgéniques de composés organiques semi-volatils étudiés à équipotence. En plus des approches classiques et individuelles de transcriptomique et métabolomique, l’analyse intégrée de ces données a permis de tenir compte des spécificités de chacune des approches et rend les résultats plus robustes. Toutes les données générées seront accessibles pour la communauté scientifique dans le cadre du principe FAIR, et viennent contribuer à l’amélioration des outils présents dans la base de données TOXsIgN.

Un défaut de placentation peut induire différentes pathologies telles que la pré-éclampsie et le retard de croissance intra-utérin. La pré-éclampsie est responsable de plus de 70 000 morts maternelles par an dans le monde et 500 000 décès fœtaux et néonataux. Sur le plan fœtal, le retard de croissance intra-utérin est responsable d’une augmentation de la morbi-mortalité néonatale et de complications à long terme (pathologies endocrines, cardiovasculaires, troubles du neurodéveloppement…). Les expositions chimiques pendant les grossesses sont nombreuses. Deux classes s’illustrent particulièrement de par leur fréquence et leur potentiel toxique : les pesticides et les solvants. Au moins une partie d’entre eux traversent la barrière placentaire. L’objectif de cette thèse était d’explorer les conséquences des expositions prénatales domestiques aux pesticides et professionnelles aux solvants sur le risque de développer une pré-éclampsie et sur la croissance fœtale. Nous avons ainsi mis en évidence un risque plus important de développer une pré-éclampsie lorsque les femmes habitaient à proximité des cultures associées à l’utilisation de prochloraz. Nous avons également observé une augmentation du risque d’être petit pour l’âge gestationnel chez les nouveau-nés dont les mères étaient professionnellement exposées aux solvants oxygénés et pétroliers. Enfin, le risque de pré-éclampsie était plus élevé chez les femmes exposées professionnellement aux solvants oxygénés et pétroliers.

Ces dernières années, l’implication des perturbateurs endocriniens (PE) dans l’augmentation des maladies métaboliques a été démontrée. Il est important de disposer de tests robustes et fiables pour les identifier et comprendre les mécanismes responsables des désordres métaboliques, tels que la stéatose hépatique non alcoolique (NAFLD), la stéatohépatite, le diabète et l'obésité. Dans cette thèse, en utilisant le modèle cellulaire d’hépatocytes humains en 3D hautement différencié Hepoid® nous avons étudié la capacité de 10 PE reconnus issus des familles des bisphénols, phthalates, parabènes, PFAS, organochlorés ainsi que celle du cadmium à perturber le métabolisme lipidique dans le foie. Après estimation de leur cytotoxicité après un traitement aigu ou chronique, nous avons observé une augmentation de la formation de gouttelettes lipidiques après un traitement par le BPA, DDE, DEHP et PFOA et une augmentation de la sécrétion de triglycérides après traitement par le BPA et le DDE, en présence ou non d’acides gras. De plus, nos travaux montrent qu’un traitement avec le BPA, le DEHP et le PFOA diminue la β-oxydation des acides gras, un mécanisme important dans le métabolisme lipidique permettant la dégradation des acides gras. Des analyses transcriptomiques et métabolomiques ont permis d’identifier des variations dans le métabolisme cellulaire, des glycérophospholipides et des sphingolipides après un traitement des Hepoid® par la plupart des PE d’intérêt. Ces données ont été confirmées par l’expression des ARNm codant les gènes CD36, APOA4 et CPT1a surtout après traitement des Hepoid® avec Cd, DDE et BPF. Ces résultats montrent que notre modèle Hepoid® d’hépatocytes humains en 3D est un modèle cellulaire pertinent pour étudier les effets de la dysrégulation lipidique liés à l'exposition de différents PE et décrypter les mécanismes impliqués dans les désordres métaboliques sous-jacents.

Les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) sont des polluants environnementaux majeurs présentant des effets toxiques sur la santé humaine. Parmi les types cellulaires ciblés par les HAP, se trouvent les cellules mononucléaires circulantes du sang (PBMC). La présente étude vise à 1) étudier l'effet du B[a]P, HAP de référence, sur le profil d'expression des microARN (miRNA)in vitro dans les PBMC, ainsi que dans les vésicules extracellulaires (EV) sécrétées par ces cellules, en utilisant une approche de small RNA-seq, 2) Confirmer la présence de miRNA vésiculaires in vivo dans le plasma de rats traités par le B[a]P, 3) analyser, par une approche bioinformatique, les cibles potentielles des miRNA cellulaires et vésiculaires et caractériser, leurs voies de signalisation et fonctions biologiques et 4) comprendre le rôle des EV et de leurs miRNA sur la fonction et le phénotype des cellules endothéliales adjacentes. Nos résultats ont identifié les miARN régulés par le B[a]P dans les PBMCs et l'ontologie a montré que leurs gènes cibles étaient principalement impliqués dans les processus de mort et survie cellulaires. Des études plus approfondies ont révélé l’importance du miR-132, régulé par le B[a]P de manière dose- et temps-dépendants et qui nécessite l’activation du récepteur aryl hydrocarbon (AhR). Nous avons aussi démontré que ce miR-132 était impliqué dans la mort cellulaire induite par le B[a]P, en modifiant la balance des cytochromes P-450 (CYP) de la famille 1, classiquement régulés par l’AhR. Nos résultats rapportent ensuite une augmentation de la libération d'EV à la fois in vitro à partir de PBMC exposées et in vivo dans le plasma de rats exposés au B[a]P et proposent un panel de miRNA vésiculaires régulés par l'exposition aux HAP. Enfin, l'analyse ontologique a révélé différents profils d'expression de miRNA entre les PBMC et leurs EV, en lien avec un adressage sélectif des miRNA à l'intérieur des EV. Cette dernière analyse nous a conduit à nous intéresser au rôle des EV issues des PBMC après exposition aux HAP sur les cellules endothéliales voisines. Nos premiers résultats montrent une internalisation de ces EV associée à une modification de l’expression des gènes endothéliaux impliqués dans l'inflammation, le stress oxydatif et la migration. Au total, ces études proposent les EV et les miRNA comme de nouveaux outils non seulement pour étudier les mécanismes de toxicité des HAP mais aussi pour identifier des marqueurs d’exposition à ces polluants environnementaux.