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Epigenetic mechanisms regulate many cellular processes and they are critical for establishing cell identity. The work performed during my Ph.D. aimed to determine whether exposure to an environmental pollutant, chlordecone (CD), could affect the major epigenetic marks in the reproductive system in directly-exposed mice and whether these changes could be inherited by subsequent generations through epigenetic transgenerational inheritance. Our work revealed that direct developmental exposure to CD leads to impairment of meiosis in male and female mice, causes a reduction in viable reproductive cells, i.e., both spermatogonia and spermatozoid, and oocytes in females. The altered morphological changes were accompanied by altered histone H3K4me3 occupancy in the genes related to pluripotency regulation. We also performed studies in the umbilical cord blood of males from the TIMOUN cohort with the known internal concentration of CD. We found that exposure to CD causes epigenetic changes in major histone trimethylation marks important for the maintenance of genetic stability. Using whole exome-sequencing, we detected de novo mutations in genes encoding proteins with important functions, such as DNA repair and metabolic genes. Comparative analysis of mice and human exposures revealed some common genes to be altered in both organisms, notably genes related to chromosome organization, transcription factors, and metabolic functions. In summary, our studies brought some evidence for the ability of CD to induce epigenetic and genetic alterations. Identified genes and molecular mechanisms affected by CD will be further investigated using in vivo and in vitro model systems., Les mécanismes épigénétiques régulent de nombreux processus cellulaires et sont essentiels pour en établir l'identité. Le travail effectué pendant mon doctorat visait à déterminer si l'exposition à un polluant environnemental, le chlordécone (CD), pouvait affecter les principales marques épigénétiques du système reproducteur chez la souris et si ces changements pouvaient être hérités par les générations suivantes par héritage épigénétique transgénérationnel. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont révélé qu'une exposition développementale au CD conduit à une altération de la méiose chez les souris mâles et femelles, entraîne une réduction des cellules reproductrices viables, à la fois la spermatogonie et les spermatozoïdes chez les mâles, et les ovocytes chez les femelles. Les modifications morphologiques sont accompagnées d'une modification de l'occupation de l'histone H3K4me3 dans les gènes liés à la régulation de la pluripotence. Par ailleurs des études ont été menées sur le sang du cordon ombilical des garçons de la cohorte TIMOUN dont la concentration interne en CD est connue. Ces travaux ont permis de constater que l'exposition au CD provoque des changements de tri-méthylation des principales marques histones impliquées dans le maintien de la stabilité génétique. Le séquençage de l’exome complet a permis la détection des mutations de novo dans des gènes codant pour des protéines ayant des fonctions importantes, telles que la réparation de l'ADN et le métabolisme. L'analyse comparative des données d’exposition des souris et des humains a révélé que certains gènes étaient modifiés dans les deux organismes, notamment les gènes liés à l'organisation des chromosomes, aux facteurs de transcription et aux fonctions métaboliques. En résumé, nos études ont apporté des preuves de la capacité du CD à induire des altérations épigénétiques et génétiques. Il reste nécessaire d’étudier plus en détail les gènes identifiés et les mécanismes moléculaires affectés par le CD à l'aide de modèles in vivo et in vitro.

Additional file 1. Additional Figures S1–S10 and Tables S1–S2.

Epigenetic mechanisms regulate many cellular processes and they are critical for establishing cell identity. The work performed during my Ph.D. aimed to determine whether exposure to an environmental pollutant, chlordecone (CD), could affect the major epigenetic marks in the reproductive system in directly-exposed mice and whether these changes could be inherited by subsequent generations through epigenetic transgenerational inheritance. Our work revealed that direct developmental exposure to CD leads to impairment of meiosis in male and female mice, causes a reduction in viable reproductive cells, i.e., both spermatogonia and spermatozoid, and oocytes in females. The altered morphological changes were accompanied by altered histone H3K4me3 occupancy in the genes related to pluripotency regulation. We also performed studies in the umbilical cord blood of males from the TIMOUN cohort with the known internal concentration of CD. We found that exposure to CD causes epigenetic changes in major histone trimethylation marks important for the maintenance of genetic stability. Using whole exome-sequencing, we detected de novo mutations in genes encoding proteins with important functions, such as DNA repair and metabolic genes. Comparative analysis of mice and human exposures revealed some common genes to be altered in both organisms, notably genes related to chromosome organization, transcription factors, and metabolic functions. In summary, our studies brought some evidence for the ability of CD to induce epigenetic and genetic alterations. Identified genes and molecular mechanisms affected by CD will be further investigated using in vivo and in vitro model systems., Les mécanismes épigénétiques régulent de nombreux processus cellulaires et sont essentiels pour en établir l'identité. Le travail effectué pendant mon doctorat visait à déterminer si l'exposition à un polluant environnemental, le chlordécone (CD), pouvait affecter les principales marques épigénétiques du système reproducteur chez la souris et si ces changements pouvaient être hérités par les générations suivantes par héritage épigénétique transgénérationnel. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont révélé qu'une exposition développementale au CD conduit à une altération de la méiose chez les souris mâles et femelles, entraîne une réduction des cellules reproductrices viables, à la fois la spermatogonie et les spermatozoïdes chez les mâles, et les ovocytes chez les femelles. Les modifications morphologiques sont accompagnées d'une modification de l'occupation de l'histone H3K4me3 dans les gènes liés à la régulation de la pluripotence. Par ailleurs des études ont été menées sur le sang du cordon ombilical des garçons de la cohorte TIMOUN dont la concentration interne en CD est connue. Ces travaux ont permis de constater que l'exposition au CD provoque des changements de tri-méthylation des principales marques histones impliquées dans le maintien de la stabilité génétique. Le séquençage de l’exome complet a permis la détection des mutations de novo dans des gènes codant pour des protéines ayant des fonctions importantes, telles que la réparation de l'ADN et le métabolisme. L'analyse comparative des données d’exposition des souris et des humains a révélé que certains gènes étaient modifiés dans les deux organismes, notamment les gènes liés à l'organisation des chromosomes, aux facteurs de transcription et aux fonctions métaboliques. En résumé, nos études ont apporté des preuves de la capacité du CD à induire des altérations épigénétiques et génétiques. Il reste nécessaire d’étudier plus en détail les gènes identifiés et les mécanismes moléculaires affectés par le CD à l'aide de modèles in vivo et in vitro.

International audience; Genetic studies traditionally focus on DNA as the molecule that passes information on from parents to their offspring. Changes in the DNA code alter heritable information and can more or less severely affect the progeny's phenotype. While the idea that information can be inherited between generations independently of the DNA's nucleotide sequence is not new, the outcome of recent studies provides a mechanistic foundation for the concept. In this review, we attempt to summarize our current knowledge about the transgenerational inheritance of environmentally induced epigenetic changes. We focus primarily on studies using mice but refer to other species to illustrate salient points. Some studies support the notion that there is a somatic component within the phenomenon of epigenetic inheritance. However, here, we will mostly focus on gamete-based processes and the primary molecular mechanisms that are thought to contribute to epigenetic inheritance: DNA methylation, histone modifications, and non-coding RNAs. Most of the rodent studies published in the literature suggest that transgenerational epigenetic inheritance through gametes can be modulated by environmental factors. Modification and redistribution of chromatin proteins in gametes is one of the major routes for transmitting epigenetic information from parents to the offspring. Our recent studies provide additional specific cues for this concept and help better understand environmental exposure influences fitness and fidelity in the germline. In summary, environmental cues can induce parental alterations and affect the phenotypes of offspring through gametic epigenetic inheritance. Consequently, epigenetic factors and their heritability should be considered during disease risk assessment.

Additional file 1: Fig. S1. Gestational CD exposure increases H2Aub in embryonic ovaries. Fig. S2. Increased levels of H3K27me3 in meiotic cells following embryonic CD exposure. Fig. S3. Gestational exposure to CD leads to decrease in expression of developmental genes. Fig. S4. Gestational exposure to CD leads to decrease in expression of genes associated with signaling, transcription regulation and DNA repair in three-month-old ovaries. Fig. S5. Decrease in the levels of AMH in adult ovaries after gestational CD exposure. Fig. S6. Gestational exposure to CD leads to decrease in body and ovarian weights in 5-month-old animals. Fig. S7. CD induces increased H3K4me3 occupancy at ZBTB17 binding site. Table S1. H3K4me3 differential peaks identified in CD exposed ovaries. Table S2. Targets of ZFP57 identified by ChEA. Table S3. Targets of TRIM28 identified by ChEA. Table S4. Oligonucleotides used for RT-qPCR.

Additional file 1: Fig. S1. Gestational CD exposure increases H2Aub in embryonic ovaries. Fig. S2. Increased levels of H3K27me3 in meiotic cells following embryonic CD exposure. Fig. S3. Gestational exposure to CD leads to decrease in expression of developmental genes. Fig. S4. Gestational exposure to CD leads to decrease in expression of genes associated with signaling, transcription regulation and DNA repair in three-month-old ovaries. Fig. S5. Decrease in the levels of AMH in adult ovaries after gestational CD exposure. Fig. S6. Gestational exposure to CD leads to decrease in body and ovarian weights in 5-month-old animals. Fig. S7. CD induces increased H3K4me3 occupancy at ZBTB17 binding site. Table S1. H3K4me3 differential peaks identified in CD exposed ovaries. Table S2. Targets of ZFP57 identified by ChEA. Table S3. Targets of TRIM28 identified by ChEA. Table S4. Oligonucleotides used for RT-qPCR.

Based on the wide literature searches conducted inside WP14, and together with toxicological and adverse outcome pathway (AOP) information collected in WP13, both classic and novel effect biomarkers were selected to be implemented in the HBM4EU aligned studies as well as in some existing prospective European birth cohorts. Among the novel biomarkers are the brain-derived neurotrophic factor (BDNF) protein to be measured in urine, serum and DNA methylation in blood; Kisspeptin protein to be assessed in serum and DNA methylation in blood; the oxidative stress biomarker 8OHdG in urine, and several classic hormonal and metabolic parameters in serum samples. The objective of this deliverable is to present the fine-tuning process and quality controls followed for each effect biomarker; in order to validate the technical measurements performed providing data on assay performance, especially regarding intra- and inter-assay variability.