ANALYSE DES SPECIFICITES MOLECULAIRES DES TUMEURS RADIO-INDUITES DE LA THYROÏDE : analyse du rôle central du stress oxydatif

par Dan Mejlachowicz

Projet de thèse en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Sylvie Chevillard et de Catherine Ory.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Cancérologie, Biologie, Médecine, Santé (Villejuif, Val-de-Marne) , en partenariat avec Laboratoire de cancérologie expérimentale (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 03-10-2016 .


  • Résumé

    Le Laboratoire d'accueil, (Laboratoire de cancérogenèse Experimentale, CEA, Fontenay-aux-Roses) a identifié deux signatures transcriptomiques permettant de discriminer les tumeurs sporadiques de la thyroïde de tumeurs radio-induites : une signature « forte dose/débit de dose » en analysant des tumeurs développées secondairement à une radiothérapie pour un premier cancer pendant l'enfance, et une deuxième signature « faible dose/débit de dose » en analysant des tumeurs développées chez des enfants vivant à proximité de la centrale de Tchernobyl en 1986. Ces signatures sont suffisamment robustes pour prédire en aveugle l'étiologie d'une série indépendante de tumeurs de la thyroïde, mais les séries de tumeurs sont petites et les résultats doivent être confirmés. Néanmoins, ces premières analyses suggèrent fortement que les tumeurs post-radiothérapie (20-40Gy reçu à la thyroïde) et post-Tchernobyl (ordre de la dizaine de mGy à quelques Gy) partagent des spécificités moléculaires indépendamment de la dose et du type d'exposition (exposition externe, contamination par les iodes radioactifs, respectivement). En particulier 5 gènes sont retrouvés dans les deux signatures. Ces 5 gènes communs ont été décrits dans la littérature comme impliqués de façon précoce, ou à plus long terme, dans la réponse à l'irradiation et/ou au stress oxydatif dans la thyroïde ou d'autres tissus. De plus, l'analyse in silico des mécanismes moléculaires associés aux signatures d'étiologie a permis d'identifier le stress oxydatif comme un des mécanismes majeurs dérégulés dans les tumeurs radio-induites qui suggère que l'établissement d'un stress oxydatif chronique participerait au développement des tumeurs radio-induites. Le but du travail de thèse sera de mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans le développement des cancers radio-induits. Nous analyserons la réponse à l'irradiation des cellules/tissus normaux de la thyroïde à forte et faible dose et chercherons à comprendre le rôle des 5 gènes communs dans cette réponse au cours du temps, en particulier pour la régulation du stress oxydatif. Pour appréhender la séquence des évènements moléculaires se produisant dans la thyroïde suite à une exposition aux radiations ionisantes, le développement et l'analyse de différents modèles complémentaires seront envisagés : des modèles de cultures 2D ou 3D (cultures primaires de thyrocytes humains, culture de cellules de la thyroïde en nodules à l'interface air/liquide, culture organotypique) et des xénogreffes de tissu normal de la thyroïde dans les souris NOD/SCID. Ces modèles permettront d'analyser la régulation des 5 gènes après irradiation à forte et faible dose, et l'impact du niveau d'expression de ces gènes dans la radiosensibilité des cellules de la thyroïde et l'établissement d'un stress oxydant chronique sur une période de quelques jours/semaines (cultures 2D/3D), à quelques années (xénogreffes). Cette étude permettra de mieux comprendre la tumorigenèse radio-induite dans la thyroïde humaine. La comparaison de la réponse des cellules/tissus normaux de la thyroïde à forte et à faible dose d'irradiation permettra éventuellement d'identifier des gènes/mécanismes moléculaires dérégulés aux faibles doses et d'évaluer si ces faibles doses d'irradiation présentent un risque pour le développement de cancers de la thyroïde.

  • Titre traduit

    Analysis of the molecular specificities of radiation-induced thyroid tumors : analysis of the central role of oxidative stress


  • Résumé

    The host laboratory, (Laboratory of experimental cancerology, CEA, Fontenay-aux-Roses) identified two transcriptomic signatures discriminating sporadic and radiation-induced thyroid tumors: a first signature “high dose/dose rate” by analyzing tumors developed consecutively to a radiotherapy for a first cancer during childhood, and a second signature “low dose/dose rate” by analyzing tumors developed in children living next to Chernobyl power station in 1986. These signatures are robust enough to predict in blind the etiology of an independent set of thyroid tumors, but the tumors series were small and the results should be confirmed. Nevertheless, these analyses suggested strongly that post-radiotherapy tumors (20-40Gy to the thyroid) and post-Chernobyl tumors (tens of mGy to a few Gy) share molecular specificities independently of dose and type of exposure (external exposure, contamination by radioactive iodine, respectively). In particular 5 genes were found in the two signatures. These 5 common genes were described in literature as involved in the early, and/or longer term response to radiation exposure and/or to oxidative stress in the thyroid or other tissues. Furthermore, the in silico analysis of the molecular mechanisms associated with the etiology signatures pointed out the oxidative stress as one of the major mechanisms deregulated in radiation-induced tumors suggesting that the establishment of a chronic oxidative stress may participate in the development of radiation-induced tumors. The aim of the thesis is to better understand the molecular mechanisms involved in radiation-induced tumors development. We will analyze the response of normal thyroid cells/tissues to high and low doses of ionizing radiation exposure. We will analyze the role of the 5 common genes in this response over time, especially their implication for the regulation of the oxidative stress. To decipher the sequence of the molecular events occurring in the thyroid after exposure to ionizing radiation, we will develop and analyze complementary models: in vitro 2D or 3D cultures (primary cultures of human thyrocytes, culture of thyroid cells into nodules at air/liquid interface, organotypic culture) and xenografts of normal thyroid tissue in NOD/SCID mice. Using these models we will analyze the regulation of the 5 genes after high and low doses of irradiation, the effect of the expression level of these genes in the radiosensitivity of the thyroid cells and on the establishment of a chronic oxidative stress over a period of a few days/weeks (2D/3D cultures) to several years (xenografts). This study will provide a better understanding of the radiation-induced tumorigenesis in the human thyroid. By comparing the response of normal thyroid cells/tissues to high and low-dose of radiation exposure, we will potentially identify low doses deregulated molecular genes/mechanisms and evaluate whether these low doses may represent a risk to thyroid cancers development.