Analyse des effets des rayonnements ionisants sur le système nerveux central du poisson zèbre : de la molécule à l’individu

Impact of chronic exposure to low to moderate dose rates of ionizing radiation on the brain of adult zebrafish

• Auteur / Autrice : Elsa Cantabella
• Direction : Christelle Adam-Guillermin, Thierry Charlier, Olivier Armant
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'environnement. Environnement et santé
• Date : Soutenance le 10/01/2023
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences de l'Environnement (Aix-en-Provence ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en santé environnement et travail -- Rennes
• Jury : Président / Présidente : Saadia Kerdine-Römer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Roël Quintens, Laure Garrigue-Antar, Xavier Coumoul
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Diotel, Kei Yamamoto

Mots clés

Mots clés contrôlés

Danio rerio

Maladie de Parkinson

Système nerveux central -- Maladies

Rayons gamma

Effets des rayonnements

Hygiène du milieu

Mots clés libres

Sociabilité

Réponse au stress

Cerveau adulte

Chronique

Faible débits de dose

Radiation gamma

Sociability

Stress response

Adult brain

Low dose rates

Chronic

Gamma radiation

Résumé

De récentes études attestent de l’apparition d’effets neurologiques chez l’adulte tels qu’une augmentation du risque d’apparition de la maladie de Parkinson ou des défauts cérébrovasculaires associés à une exposition à des faibles débits de dose de rayonnements ionisants. Une altération de l’intégrité du système nerveux central lors d’une exposition chronique à faibles doses de RI serait donc susceptible d’affecter des processus majeurs comme la survie, la reproduction et le comportement. Afin d’évaluer l’impact des radiations sur le cerveau du poisson zèbre adulte, trois débits de doses (0,05 mGy.h-1 ; 0,5 mGy.h-1 et 5 mGy.h-1) ont été retenus et maintenus durant 36 jours. Grâce à des études transcriptomiques complétées d’hybridations d’ARN in situ, nous avons observé l’augmentation de l’expression de gènes impliqués dans la neurotransmission, dans l’axe du stress et identifié de potentiels biomarqueurs (ocytocine, arginine-vasopressine, cone rod homeobox) spécifiques d’une réponse aux expositions des RI en comparaison avec la blessure physique du stabwound. A contrario des fortes doses de RI (diminution de neurogenèse) et similairement au stabwound, l’induction de la neurogenèse dans nos conditions expérimentales suggère la mise en place d’une compensation. Ces modifications à l’échelle moléculaire ont entrainé des perturbations comportementales, en particulier l’initiation d’un stress et la diminution de la réponse sociale chez les femelles. Ces travaux soulignent l’interaction complexe entre neurohormones, neurotransmetteurs et processus de neurogenèse afin de compenser les perturbations causées et modifiant l’homéostasie cérébrale dans nos conditions expérimentales

Emerging evidence describe neurological effects on adult exposure to radiation at dose rates much lower than previously thought in humans including elevated risk of Parkinson’s disease and cerebrovascular defects. The alteration of central nervous system integrity caused by chronic exposure to low to moderate dose rates of IR could thus affect major processes such as reproduction and behavior. To evaluate the impact of IR on adult brain zebrafish, we exposed the whole organisms to three dose rates (0,05 mGy.h-1; 0,5 mGy.h-1 et 5 mGy.h-1) for 36 days. Transcriptomic studies associated with RNA in situ hybridization analysis showed the increased expression of genes with function in neurotransmission or stress and identified potential biomarkers (oxytocin, arginin-vasopressin, cone rod homeobox) specific to ionizing radiation exposure compared to physical injury through stabwound. In our experimental conditions, we observed the induction of neurogenesis contrarily to the impact of acute and high doses of IR where neurogenesis is reduced. While after stabwound injury, reactive neurogenesis is dependent on inflammatory processes, here neuro-inflammation was not initiated thus proposing a compensative system through potential anti-oxidative action of oxytocin and the anti-inflammatory role of cortisol. These modifications on the molecular scale impacted the behavioral response specifically on female zebrafish with increased stress and reduction of sociability. Altogether, these findings highlight the intricate interaction between neurohormones, neurotransmission and neurogenesis process to balance the disturbed brain homeostasis caused by our experimental conditions