Mécanismes moléculaires impliqués dans les réponses à l'exposition in utero des cellules germinales aux bisphénols

Molecular mechanisms involved in the response to bisphenols exposure in fetal germ cells

• Auteur / Autrice : Sonia Abdallah
• Direction : Virginie Rouiller-Fabre, Marie-Justine Guerquin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé. Biologie
• Date : Soutenance le 30/10/2019
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Cellules Souches et Radiations (Fontenay-aux-Roses, Hauts-de-Seine)
• Jury : Président / Présidente : Armelle Baeza-Squiban
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Virginie Rouiller-Fabre, Marie-Justine Guerquin, Armelle Baeza-Squiban, Eric Pailhoux, Pascale Chavatte-Palmer, Nicolas Cabaton, Brigitte Boizet, Céline Guignon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Pailhoux, Pascale Chavatte-Palmer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Foetus -- Croissance

Bisphénol A

Aneuploïdie

Méiose

Différenciation cellulaire

Cellules germinales

Mots clés libres

8-oxoguanine

Résumé

Au cours de ces dernières décennies, les anomalies liées à la fonction de reproduction ont vu leur incidence augmenter. Ces défauts seraient dus à l’exposition des organismes à une large panoplie de contaminants environnementaux tels que le bisphénol A (BPA). Les études expérimentales ont montré que le développement fœtal constitue une fenêtre d’exposition extrêmement sensible à ces substances. En effet, c’est au cours de cette période que s’effectue la mise en place de la lignée germinale ainsi que sa différenciation. Ainsi, des mécanismes moléculaires complexes et hautement régulés entrent en jeu afin de faire d’une cellule précurseur non fonctionnelle une cellule germinale qui se différencie pour former un gamète haploïde hautement spécialisé. Chez la femelle, une des premières illustrations de cette différenciation germinale est l’initiation de la première division de méiose (méiose I) pendant la vie fœtale conduisant à l’obtention d’un ovocyte haploïde et fécondable à l’âge adulte. La prophase I de méiose (initiation et progression) est une période d’extrême sensibilité aux contaminants environnementaux tels que le bisphénol A (BPA) induisant des défauts irréversibles à l’âge adulte. Au regard de sa reprotoxicité, l’utilisation du BPA a été récemment interdite dans les contenants alimentaires. Toutefois, nous restons exposés à d’autres analogues structuraux dont on ignore tout de leur toxicité sur les cellules germinales. Ainsi, le but de ce travail est d’explorer les effets d’une exposition fœtale à deux bisphénols, le BADGE et le BPAF sur les cellules germinales de mammifères, en particulier sur les ovocytes et leurs précurseurs, mais également de comprendre les mécanismes mis en jeu.Pour cela, nous avons exposé des souris gestantes aux bisphénols dans l’eau de boisson pendant la seconde moitié de la gestation. L’analyse des ovaires montre que l'exposition aux bisphénols induit une déplétion ovocytaire, une formation de follicules multiovocytaires et augmente les taux d'ovocytes aneuploïdes et de chiasmas. Comme le BPA, le BADGE et le BPAF provoquent des défauts méiotiques tels qu'un retard de l'initiation et la progression en méiose. Ceci est également observé dans l'ovaire fœtal humain, étudié grâce au modèle de xénogreffe de gonades fœtales humaines développé par notre laboratoire et qui permet une exposition à long terme aux bisphénols. Les cellules germinales mâles présentent de même un délai de différenciation caractérisé par un retard d’entrée en phase de quiescence.Ces retards semblent être corrélés à l'altération de l'expression et/ou de l'épissage d’ARNm de gènes méiotiques au début du programme méiotique. Ces défauts semblent être dus à des dommages oxydatifs de l'ADN induits par les bisphénols dans les cellules précurseurs. De même, nous avons observé qu'en l'absence d'OGG1, une ADN glycosylase impliquée dans la réparation de la 8-oxoguanine, la phase de différenciation est retardée quel que soit le sexe.Dans l'ensemble, ces résultats montrent que l'exposition fœtale aux bisphénols altère les fonctions reproductrices à l'âge adulte, probablement en raison de la génération de stress oxydant dans les cellules germinales.

In recent decades, the incidence of reproductive function abnormalities has increased. These defects are believed to be due to the exposure of organisms to a wide range of environmental contaminants such as bisphenol A (BPA). Experimental studies have shown that fetal development is a highly sensitive window to the exposure to these substances. Indeed, it is during this period that the germ line is set up and differentiated. Thus, complex and highly regulated molecular mechanisms come into play in order to transform a non-functional precursor cell into a germ cell that differentiates into a highly specialized haploid gamete. In females, one of the first illustrations of this germline differentiation is the initiation of the first division of meiosis (meiosis I) during fetal life leading to the production of a haploid and fertilizable oocyte in adulthood. Prophase I of meiosis (initiation and progression) is a period of extreme sensitivity to environmental contaminants such as bisphenol A (BPA) leading to irreversible defects in adulthood. Regarding the reprotoxicity of BPA, it has recently been banned from food containers. However, we remain exposed to other structural analogues whose germ cell is unknown. Thus, the purpose of this work is to explore the effects of fetal exposure to two bisphenols, BADGE and BPAF, on mammalian germ cells, particularly on oocytes and their precursors, but also to understand the mechanisms involved in the response to exposure. To do this, we exposed pregnant mice to bisphenols in drinking water during the second half of gestation. Ovarian analysis shows that exposure to bisphenols induces oocyte depletion, formation of multiovocyte follicles and increases aneuploid oocyte and chiasmas levels. Like BPA, BADGE and BPAF cause meiotic defects such as delayed initiation and progression to meiosis. This is also observed in the human fetal ovary studied using the human fetal gonad xenograft model developed by our laboratory, which allows long-term exposure to bisphenols. Male germ cells also have a differentiation time delay characterized by a delay in entering the quiescence phase.These delays appear to be correlated with the alteration of expression and/or mRNA splicing of meiotic genes at the beginning of the meiotic program. These defects seem to be the consequence of oxidative DNA damage induced by bisphenols in precursor germ cells. Similarly, we have observed that in the absence of OGG1, a DNA glycosylase involved in the repair of 8-oxoguanine, the differentiation phase is delayed regardless of gender.All in all, these results provide further proof that fetal exposure to bisphenols impairs reproductive functions at adulthood, probably as a consequence of oxidative stress generation in germ cells.