2016TOU30082

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Délivré par:
Université Toulouse III - Paul Sabatier
Présentée et soutenue par:
Reggie SURYA
Le 5 septembre 2016
Titre:
Red Meat and Colorectal Cancer :
Lipid Peroxidation-Derived Products Induce Different Apoptosis, Autophagy and Nrf2-Related
Responses in Normal and Preneoplastic Colon Cells
Ecole doctorale et discipline ou spécialité:
ED SEVAB : Pathologie, Toxicologie, Génétique et Nutrition
Unité de recherche :
INRA UMR 1331 TOXALIM
Directeurs de thèse :
Dr . Fabrice PIERRE
Dr. Laurence HUC
Rapporteurs :
Dr. Mojgan DJAVAHERI-MERGNY
Dr. Adrien ROSSARY
Autres membres du jury :
Pr. Catherine MULLER (Présidente)
Pr. Saadia KERDINE-RÖMER
Dr . Fabrice PIERRE
Dr. Laurence HUC

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ACKNOWLEDGEMENTS
Firstly, I would like to express my sincere gratitude to my exceptional advisors
Dr. Laurence Huc and Dr. Fabrice Pierre for their continuous support for my PhD study and
related research, also for their patience, motivation and immense knowledge. Their guidance
helped me in all the time of research and writing of this thesis. I could not have imagined
having better advisors and mentors for my PhD study.
Besides my advisors, I would also like to thank the members of my thesis committee
and examination panel: Dr. Dominique Lagadic-Gossmann, Dr. Nicolas Loiseau,
Pr. Catherine Muller, Pr. Saadia Kerdine-Römer, Dr. Mojgan Djavaheri-Mergny and Dr.
Adrien Rossary, for their guidance, insightful comments, critical analyses and encouragement,
also for their questions which incented me to widen my research from various perspectives.
I thank all fellow labmates in Team E9 (Prevention and Promotion of Carcinogenesis
by Food) since my arrival in the team: Dr. Cécile Héliès-Toussaint, Dr. Françoise Guéraud,
Dr. Jacques Dupuy, Dr. Nathalie Naud, Dr. Sylviane Taché, Dr. Maryse Baradat, Dr. Sabine
Dalleau, Dr. Océane Martin, Dr. Natalie Priymenko, Dr. Vanessa Graillot, Dr. Julia Keller
and all the interns. In particular, I am grateful for Pr. Denis Corpet for supporting and
recommending me doing my internship and PhD study in this incredible team. My sincere
thanks also goes to Dr. Thierry Gauthier who helped me realize experiments related to
confocal microscopy in his sophisticated platform for the last three years.
Last but not the least, I would like to thank sincerely my family and friends, in France,
in Indonesia and all over the world, for supporting me spiritually throughout the realization of
this thesis and my life in general. I am really grateful to have you all in my life.

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ABSTRACT
Red meat is a factor risk for colorectal cancer, considered as probably carcinogenic to
humans. Red meat is associated to colorectal cancer through the oxidative properties of heme
iron released in the colon. This latter is a potent catalyst for lipid peroxidation, resulting in the
neoformation of deleterious aldehydes present in the fecal water of heme-fed rats, including
4-hydroxynonenal (HNE). Fecal water of heme-fed rats preferentially induced mortality in
mouse normal colon epithelial cells than in those harboring mutation on APC (adenomatous
polyposis coli) gene, considered as preneoplastic. This relative resistance of preneoplastic
cells to fecal water of heme-fed rats was associated with their higher activity of Nrf2 (Nuclear
factor (erythroid-derived 2)-like 2) compared to normal cells, as evidenced by Nrf2
invalidation. To investigate the importance of secondary aldehydes derived from lipid
peroxidation, depletion of carbonyl compounds in the fecal water was optimized and this
turned out to abolish the difference of mortality between normal and preneoplastic cells. By
using human colon epithelial cell (HCEC) lines to approach human physiology, we confirmed
that HNE and fecal water of heme-fed rats also induced higher mortality in normal HCECs
compared to APC-invalidated HCECs, and that higher Nrf2 activity in APC-invalidated
HCECs was also associated with such a difference. Furthermore, autophagy, found to be up-
regulated in APC-invalidated HCECs, was suggested to exert protective effects against HNE
and fecal water toxicity by activating Nrf2. Taken together, these findings suggest that Nrf2
and autophagy were potentially involved in the resistance of preneoplastic cells upon
exposure to HNE or fecal water of heme-fed rats. This different resistance could explain the
promoting effect of red meat and heme-enriched diet on colorectal cancer, by initiating
positive selection of preneoplastic cells over normal cells.
Keywords:
colorectal cancer, heme iron, lipid peroxidation, 4-hydroxynonenal, Nrf2, autophagy

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RESUME
La viande rouge est un facteur de risque du cancer colorectal, considérée comme
probablement cancérigène chez l’Homme. Le lien entre la viande rouge et le cancer colorectal
impliquerait la lipoperoxydation induite par le fer héminique, aboutissant à la formation
d’aldéhydes cytotoxiques présents dans les eaux fécales des rats ayant consommé de l’hème,
dont le 4-hydroxynonénal (HNE). Ces eaux fécales ont préférentiellement induit la mort
cellulaire dans des cellules coliques murines normales plutôt que dans des cellules coliques
murines mutées pour le gène APC (adenomatous polyposis coli), considérées comme
prénéoplasiques. Cette résistance des cellules prénéoplasiques est associée à une activité plus
élevée du Nrf2 (Nuclear factor (erythroid-derived)-like 2) par rapport aux cellules normales,
mise en evidence par l’invalidation du Nrf2. Afin de valider l’importance des aldéhydes
néoformés derives de la lipoperoxydation, nous avons optimisé la depletion des composes
carbonyls dans les eaux fécales qui a aboli le différentiel de mortalité entre les cellules
normales et prénéoplasiques. En utilisant des cellules épithéliales coliques humaines (CECH)
afin de se rapprocher de la physiologie humaine, nous avons confirmé que le HNE et les eaux
fécales des rats ayant consommé de l’hème ont aussi induit une mortalité plus élevée dans les
CECHs normales que dans celles invalidées pour APC ; et qu’une activité de Nrf2 plus élevée
est aussi observée dans ces dernières. L’autophagie, dont le niveau est plus élevé dans les
CECHs invalidées pour APC, exercerait des effets protecteurs contre la toxicité du HNE et
des eaux fécales en activant Nrf2. Globalement, nos résultats suggèrent que le Nrf2 et
l’autophagie seraient impliqués dans la résistance des cellules prénéoplasiques suite à une
exposition aux eaux fécales des rats ayant consommé de l’hème. Ce différentiel de résistance
pourrait expliquer l’effet promoteur de la viande rouge sur la cancérogenèse colorectale, en
établissant une sélection positive des cellules prénéoplasiques au détriment des cellules
normales.
Mots-clés:
Cancer colorectal, fer héminique, lipoperoxydation, 4-hydroxynonénal, Nrf2, autophagie