Note ABES Impact of ultrafine particles exposure as environmental factors involved in Parkinson’s disease : In vivo and in vitro application on how ultrafine particles lead to neuronal cell death Impact de l’exposition aux particules ultrafines dans la maladie de Parkinson : Application in vivo and in vitro sur les mécanismes de mort neuronale Particules ultrafine Modèle murin Cerveau Ferroptose Luhmes Maladie de Parkinson Ultrafine particles Mouse model Brain Ferroptosis Luhmes Parkinson's disease Maladie de Parkinson Étiologie Particules (matière) Toxicologie Toxicologie cellulaire Neurones dopaminergiques Ferroptose Neuro-inflammation Stress oxydatif Modèles animaux Souris de laboratoire Maladie de Parkinson étiologie Matière particulaire Neurones dopaminergiques Ferroptose Maladies neuro-inflammatoires Stress oxydatif Modèles animaux Souris de lignée BALB C La maladie de Parkinson (MP), deuxième trouble neurodégénératif lié à l’âge en termes de prévalence, se caractérise par une perte progressive des neurones dopaminergiques de la Substantia Nigra pars compacta, perte médiée par des voies de mort cellulaire régulée (MCR). Bien que le vieillissement soit le principal facteur de risque, l’étiologie de la MP est complexe. Plus de 90% des cas sont sporadiques et associés à des facteurs environnementaux ainsi qu’à des interactions gène-environnement. Bien que certaines variants génétiques (par ex., PARK2, GBA, LRRK2, SNCA) soient liés à des formes familiales de MP, les influences environnementales, telles que les particules ultrafines (PUF) issues de la pollution atmosphérique, restent peu étudiées. La ferroptose – une MCR fer-dépendante impliquant la peroxydation lipidique – s’est imposée comme un mécanisme prévalent dans la pathologie de la MP. L'objectif principal de cette these était de déterminer les effets neurotoxiques de l'exposition aux PUF, en se concentrant sur les caractéristiques liées à la MP, telles que les modifications des fonctions motrices et cognitives, le stress oxydatif neuronal, les altérations métalliques cérébrales, la neuroinflammation et la neurodégénérescence, notamment à travers les voies de MCR.Étude in vivoDes souris mâles BALB/c âgées de 10 semaines (n = 12/groupe) ont été exposées par une instillation intranasale à différentes doses de PUF (0, 10 ou 30 ?g) deux fois par semaine pendant 12 semaines. Un groupe supplémentaire a suivi le même schéma d’exposition, suivi d’une récupération de 12 semaines sans exposition aux PUF. Les tests comportementaux (actimétrie en openfield, labyrinthe en croix surélevé, Y-maze spatial, alternance spontanée en Y-maze, test d’évitement passif) n’ont révélé aucune altération significative des fonctions motrices, de l’anxiété ou des capacités cognitives. Toutefois, des analyses métalliques du cerveau, ainsi que l’expression des gènes du récepteur des hydrocarbures aromatiques (AhR) et de la métallothionéine (Mt), ont confirmé la présence de PUF dans le cerveau entier. Cette présence a été validée par microscopie électronique à transmission (TEM) et microscopie laser femtoseconde, indiquant une accumulation de PUF en particulier dans le cortex préfrontal et la Substantia Nigra (SN).Une augmentation de l’oxydation du glutathion, une activité accrue de la GPx et une régulation positive des voies Nrf2 et NF-?B, accompagnées de la libération de cytokines pro-inflammatoires, ont montré des réponses adaptatives cellulaires contre le stress oxydatif et la neuroinflammation. Fait intéressant, les marqueurs de MCR, y compris de l’apoptose (p-BAD/BAD, caspase-3), de l’autophagie (ATG7, LC3b), de la ferroptose (FTH1, 4-HNE), de la nécroptose (p-RIP3/RIP3, MLKL) et de la parthanatose (AIF, MIF), étaient supprimés dans le tissu cérébral entier, traduisant une résilience adaptative robuste. Aucune perte neuronale n’a été détectée dans les régions clés de neurodégénérescence telles que la SN (TH) ou le striatum (NeuN).Une publication est en cours de rédaction pour cette partie.Cependant, la MP se caractérise par une neurodégénérescence dopaminergique en phase terminale, précédée d’événements en amont tels que le stress oxydatif et l’inflammation. Plus spécifiquement, l’accumulation de PUF dans la SN soulève des inquiétudes quant à leur potentiel à induire une ferroptose dans les neurones dopaminergiques. L’étude in vitro permet de répondre à cette question [...]. Parkinson’s disease (PD), the second most prevalent age-related neurodegenerative disorder, involves progressive dopaminergic neuronal loss in the Substantia Nigra pars compacta, driven by regulated cell death (RCD) pathways. While aging is the primary risk factor, PD’s etiology is complex, with over 90% of cases being sporadic and linked to environmental factors and gene-environment interactions. Although genetic variants (e.g., PARK2, GBA, LRRK2, SNCA) contribute to familial PD, environmental influences such as air pollution-derived ultrafine particles (UFP) remain underexplored. Ferroptosis – an iron-dependent RCD involving lipid peroxidation – has emerged as a prevalent mechanism in PD pathology. While individual effectors, promotors, and inhibitors of ferroptosis have been studied, our lab (LilNCog) was the first to provide a comprehensive view of its role across in vitro, ex vivo, and in vivo PD models. The objective of this PhD research was to evaluate whether UFP exposure induces PD-related features, such as oxidative stress, neuroinflammation, and ultimately neuronal RCD; and to assess the possible contribution of UFP to PD-etiopathology using in vitro and in vivo models. In vivo analysis Ten-week-old male BALB/c mice (n = 12/group) were intranasally exposed to UFP-doses (0, 10 or 30 ?g) twice weekly for 12 weeks. An additional group was submitted to the same exposure schedule, followed by a 12 week recovery. Behavioral testing (i.e., open field, elevated plus-maze, Y-maze, spontaneous alternation, passive avoidance test) revealed no significant motor, anxiety, or cognitive impairments. However, brain metal analysis, aryl hydrocarbon receptor (AhR) and metallothionein (Mt) gene expression confirmed the UFP presence in whole brain tissue, followed by transmission electron (TEM) and femtosecond pulsed laser microscopy confirming UFP deposition particularly in the prefrontal cortex and SN. Increased glutathione oxidation, enhanced GPx activity, and upregulation of Nrf2 and Nf-?B pathways accompanied by the release of pro-inflammatory cytokines, indicated adaptative cellular defenses against oxidative stress and neuroinflammation. Interestingly, markers of RCD, including apoptosis (p-BAD/BAD, caspase-3), autophagy (ATG7, LC3b), ferroptosis (FTH1, 4-HNE), necroptosis (p-RIP3/RIP3, MLKL) and parthanatos (AIF, MIF) were suppressed in whole-brain tissue, reflecting robust adaptive resilience. No neuronal loss was detected in neurodegenerative key regions such as the SN (via TH staining) or the striatum (via NeuN staining). However, PD is characterized at the endpoint through dopaminergic neurodegeneration, but before upstream events such as oxidative stress and neuroinflammation take place. More specific, the accumulation of UFP in the SN raises concerns about their potential to trigger ferroptosis in dopaminergic neurons, which we answered through an in vitro approach. In vitro analysis Therefore, LUnd Human MESencephalic (LUHMES) cells (CRL-2927™), differentiated into mature dopamine-like neurons, were exposed to UFP (2 and 10 ?g/cm²) for 24 hours. Iron uptake (TfR), intracellular iron storage (ferritin), glutathione status (GSSH/GSH ratio, glutathione peroxidase activity: GPx, protein level cGPx4, xc-/SLC7A11, P53), and lipid peroxidation (4-HNE) were investigated, together with the potential inhibition by some specific ferroptotic inhibitors (liproxstatin-1: LPX, deferiprone: DFP). Additionally, selective autophagy (NCOA4), autophagic cell death (LC3b) and apoptosis (BAX, caspase-3/7, -8 and -9 activities) were studied as well to get a complete RCD overview. Comparative exposure to 5 ?M 1-methyl-4-phenylpyridinium (MPP+), a toxin widely used in PD models, was applied to assess the degree of UFP neurotoxicity in comparison to a well-characterized model of dopaminergic cell death [...]. Electronic Thesis or Dissertation Text Image en PDF 10877224 https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/EDBSL/2025/2025ULILS006.pdf https://theses.fr/2025ULILS006/abes https://theses.hal.science/tel-05576892 https://theses.hal.science/tel-05576892 https://theses.hal.science/tel-05576892 https://theses.hal.science/tel-05576892 Theerens Emma 1994-06-10 FR 285834819 0CSP5V04WT1 137977 https://theses.fr/2025ULILS006 2025ULILS006 https://doi.org/10.70675/12cc9743z4bf2z4c98zb469z5544ceba5189 2025-03-31 Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie Université de Lille (2022-....) 259265152 Doctorat Docteur es non oui Devos David MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_1 091996309 Nikasinovic Lydia MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_2 077035380 Buée Luc MADS_PRESIDENT_DU_JURY 075014068 Nikasinovic Lydia MADS_MEMBRE_DU_JURY_1 077035380 Kanninen Katja MADS_RAPPORTEUR_1 285840509 Smeets Karen MADS_RAPPORTEUR_2 285840916 Schins Roel MADS_RAPPORTEUR_3 285841211 École doctorale Biologie-Santé MADS_ECOLE_DOCTORALE_1 446 147705126 IMPact de l'Environnement Chimique sur la santé humaine (Lille) MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_1 4483 201012707 Lille Neuroscience et Cognition (Lille) MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_2 255451776 Université de Lille (2018-2021) MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_3 223446556 Hauts-de-France. Conseil régional MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_4 203650891 Impact de l'environnement chimique sur la santé humaine - ULR 4483 MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_5 171461 Lille Neurosciences & Cognition - U 1172 MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_6 1049721 ddc:570 Devos David Nikasinovic Lydia Buée Luc Nikasinovic Lydia Kanninen Katja Smeets Karen Schins Roel École doctorale Biologie-Santé IMPact de l'Environnement Chimique sur la santé humaine (Lille) Lille Neuroscience et Cognition (Lille) Université de Lille (2018-2021) Hauts-de-France. Conseil régional Impact de l'environnement chimique sur la santé humaine - ULR 4483 Lille Neurosciences & Cognition - U 1172 PDF 10877224