Séquençage de 3ème génération appliqué à une analyse multi-échelles des effets biologiques induits par les rayonnements ionisants et les nanoparticules d'oxyde métallique

Abstract

Les méthodes de séquençage ADN/ARN ont connu des progrès technologiques fulgurants et sont aujourd’hui des outils majeurs d’analyse. Leur utilisation permet ainsi d’étudier l’impact cellulaire causé par l’exposition à des facteurs environnementaux depuis la séquence de l’ADN jusqu’à l’expression des gènes. Cette technologie est appliquée du cas particulier de l’étude des dommages radio- et nano-induits. Cependant, de par la nature particulière et aléatoire des interactions physico-chimiques des rayonnements ionisants (RI) et des nanoparticules(NPs) avec les organismes vivants aux différentes échelles moléculaires et cellulaires (hétérogénéité du dépôt d’énergie, hétérogénéité de l’internalisation des NPs), il reste difficile de définir précisément les mécanismes radio- et nano-induits. Ainsi, l’opportunité de combiner des expériences de micro-irradiation ciblée et contrôlée, de micro-analyse chimique quantitative et des simulations/modélisations Monte Carlo (Geant4/Geant4DNA) permet de mieux caractériser les doses délivrées à l’échelle cellulaire en conditions in vitro et in vivo. Dans ce contexte interdisciplinaire, mon projet de thèse a consisté à intégrer l’ensemble des outils et méthodes nécessaires à l’application d’une technologie de séquençage de 3ème génération (MinION, Oxford Nanopore Technologies) afin d’étudier les conséquences sur l’ADN et sur l’ARN d’expositions radio- et nano-induites.J’ai ainsi introduit et validé les outils bio-informatiques qui m’ont permis : (i) d’exploiter les potentialités du séquençage « long-read » sur des molécules ADN de référence afin de quantifier la fragmentation radio-induite et de confronter ces données expérimentales aux données de simulation Monte Carlo ; (ii) d’analyser les réponses transcriptomiques de populations de nématodes Caenorhabditis elegans sélectivement irradiées en dose contrôlée (cellules souches progénitrices des gonades) ou bien exposées à des nanoparticules de dioxyde de titane ; (iii) d’évaluer sur des lignées de sarcomes génétiquement caractérisées, les réponses cellulaires induites in vitro par des expositions combinées aux rayonnements ionisants et aux nanoparticules d’oxydes métalliques ; (iv) d’aborder l’étude du transcriptome à l’échelle de la cellule unique (« Single-Cell RNA-Seq ») dans l'objectif de futures applications à l’analyse des réponses radio- et nano-induite à l'échelle de la cellule d’un organisme.