Study of action mechanisms of Strontium 90 on the immune system after a chronic contamination

A la suite des catastrophes nucléaires d’importantes quantités de radionucléides ont été rejetés dans l’environnement. Le Strontium 90 (90Sr) fait partie de ces rejets. Du fait de sa demi-vie de 29 ans, c’est un polluant persistant qui conduit à la contamination des populations vivant autour des territoires contaminés via l’ingestion chronique de faibles quantités de ce radionucléide. Les études épidémiologiques ont mis en évidence des effets au niveau du système immunitaire, du système hématopoïétique et de la physiologie osseuse chez l’homme. Le 90Sr qui s’incorpore principalement dans l’os pourrait contribuer à l’apparition de ces effets. Le but de ce travail a été de comprendre quels sont les mécanismes d’action du 90Sr qui permettent d’expliquer de tels effets. Un premier modèle in vitro utilisant une lignée de cellules stromales murines (MS5) contaminées par le milieu de culture à 1 ou 10 kBq.ml-1 a été utilisé. Il a permis de montrer que le 90Sr était capable d’induire des cassures double-brin de l’ADN dès 30 minutes d’exposition avec une induction de la senescence et une altération de la fonction de support aux progéniteurs hématopoïétiques. Dans le deuxième modèle in vivo d’effet dose, des souris Balb/c ont été contaminées durant 24 semaines à des concentrations de 90Sr de 4, 20 et 100 kBq.l-1 dans l’eau de boisson. Cette expérience a permis d’observer une augmentation des marqueurs de la résorption osseuse en fonction de la contamination au 90Sr ainsi et une augmentation de l’expression génique des enzymes impliquées dans la défense antioxydante. Une augmentation de p21, marqueur de la senescence et une diminution d’IL-6 ont également été observées. Les implications de ces résultats sur la physiologie osseuse, le système immunitaire et hématopoïétiques sont discutées. Globalement, l’ensemble de ce travail complète les données déjà existantes sur le 90Sr et permet de mieux comprendre les mécanismes d’action du 90Sr sur les cellules stromales médullaires qui sont au centre de la régulation immuno-hématopoïétique.Abstract : After nuclear disasters, large amounts of radionuclides were released into the environment. Strontium 90 (90Sr) is part of these wastes. Because of its half-life of 29 years, it is a persistent pollutant which leads to the contamination of surrounding populations through the chronic ingestion of low quantities of this radioelement. Epidemiologic studies have demonstrated some effects on immune system, hematopoietic system and bone physiology in humans. 90Sr accumulates mostly in bones and could contribute to the appearance of such effects. The aim of this work is to understand the action mechanisms which could explain the previous observations. In the first in vitro model, a murine stromal cell line (MS5) contaminated through the culture medium with 1 or 10 kBq.ml-1 of 90Sr was used. Thank to this model, an increased number of DNA double-strand breaks in cells after 30 minutes of exposure, a senescence induction and a modification in the support of hematopoietic progenitors were observed. In the second model, Balb/c mice were contaminated during 24 weeks through drinking water containing 90Sr at 4, 20 and 100 kBq.l-1. Both an increase in genic expression of bone resorption markers and in antioxydative enzymes were observed. An increase in p21 expression, marker of senescence, and a decrease in IL-6 were also seen. The implications of these results on bone physiology, immune and hematopoietic systems are discussed. As a whole, all this work completed the preexistent data about 90Sr and contributes to a better understanding of the action mechanisms of 90Sr on marrow stromal cells which have a pivotal function in the regulation of the immune and hematopoietic system