Le 4-hydroxynonénal, un produit d'oxydation des lipides alimentaires : étude du métabolisme et du rôle dans l'inflammation et la cancérogénèse colorectale

4-hydroxynonenal, an oxidation product of dietary lipids by heme iron : study of metabolism and role in inflammation and colorectal carcinogenesis

• Auteur / Autrice : Julia Keller
• Direction : Françoise Guéraud, Vassilia Theodorou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Pathologie, Toxicologie, Génétique et Nutrition
• Date : Soutenance le 08/12/2016
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Toxalim (Toulouse ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean Daydé
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Françoise Guéraud, Vassilia Theodorou, Blandine Comte, Sylvia Pietri, Anne Meynier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Blandine Comte, Sylvia Pietri

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cancer colorectal

Enzymes héminiques

Cancérogenèse

Mots clés libres

4-hydroxynonénal

Fer héminique

Lipoperoxydation

Métabolisme

Cancer colorectal

Inflammation

4-hydroxynonenal

Heme iron

Lipoperoxydation

Metabolism

Colorectal cancer

Inflammation

Résumé

Le 4-hydroxy-2-nonénal (HNE), un aldéhyde --insaturé, produit secondaire de la peroxydation des acides gras polyinsaturés en n-6 qui est cytotoxique et génotoxique in vitro. Cet aldéhyde a été largement étudié dans divers états pathologiques dans lesquels sa formation est la conséquence d’un stress oxydant associé à un état inflammatoire. Cependant, outre sa formation endogène, le HNE peut également être formé à partir des lipides alimentaires, entraînant sa présence dans les aliments mais également sa néoformation dans le tractus digestif. Ainsi, le rôle du HNE est suspecté dans la cancérogénèse colorectale induite par le fer héminique. L’effet promoteur du fer héminique, présent en grande quantité dans la viande rouge, a été démontré dans des modèles animaux, aux stades prénéoplasique et tumoral et a également été associé à la lipoperoxydation luminale. Ce travail a eu pour vocation la caractérisation du métabolisme du HNE alimentaire et l’étude de son rôle dans la cancérogénèse colorectale associée à la consommation de viande rouge, en explorant un possible effet proinflammatoire. Au préalable, nous avons démontré expérimentalement l’effet initiateur du fer héminique dans la cancérogénèse colorectale en plus de l’effet promoteur déjà validé. Concernant l’étude de métabolisme, nous avons identifié et caractérisé les métabolites du HNE présents dans l’urine suite à une exposition par voie orale chez le rat grâce à une méthode de suivi isotopique. Les voies majeures de métabolisation du HNE ont été identifiées et quantifiées. De plus, de nouveaux métabolites urinaires tel que des conjugués thiométhyles et glucuronides ont été mis en évidence pour la première fois. Les études de cancérogénèse ont porté sur les effets co-initiateurs ou promoteurs des régimes. De plus, les liens entre l’inflammation et le cancer du côlon étant souvent évoqués dans la littérature, nous avons également testé les effets du HNE sur l’inflammation colique. Au cours d’études court terme chez le rat F344, nous avons démontré l’absence d’effet du HNE sur l’inflammation et la perméabilité colique. Dans l’étude de co-initiation testant l’effet d’un régime alimentaire contenant du fer héminique ou du HNE pendant 15 jours suivi d’une initiation chimique par l’azoxyméthane, nous avons démontré pour la première fois un effet co-initiateur du fer héminique mais pas du HNE sur la cancérogénèse colorectale, au stade prénéoplasique. Dans l’étude de promotion de la cancérogénèse colorectale sur rats chimio-induits, nous avons également démontré une absence d’effet au stade prénéoplasique d’un régime riche en HNE donné pendant 100 jours après la chimio-induction. En conclusion, cette thèse apporte : (i) une description précise des métabolites urinaires du HNE absorbé par voie orale, (ii) une première démonstration expérimentale de l’effet co-initiateur du fer héminique sous forme hémine, (iii) une démonstration de l’absence d’effet du HNE seul et aux doses testées sur la cancérogénèse colorectale et l’inflammation colique.

This thesis focuses on 4-hydroxynonenal (HNE), an --unsaturated aldehyde by-product of polyunsaturated fatty acids n-6 peroxidation, which is demonstrated to be cytotoxic and genotoxic in vitro. This aldehyde has been extensively studied in various pathological conditions in which its formation is the result of oxidative stress associated to inflammation. However, in addition to its endogenous formation, the HNE can also be formed from dietary fats, leading to its presence in food but also to its new formation in the digestive tract. The role of HNE is suspected in heme iron induced colorectal carcinogenesis. Indeed, it has been experimentally shown that heme iron, found in large amounts in red meat, increases the incidence of preneoplastic lesions in animal models concomitantly with luminal lipoperoxidation. This work aims at characterizing the metabolism of dietary HNE and at studying its role in colorectal carcinogenesis associated with red meat consumption, because HNE is suspected to be one of reactive intermediates between heme iron and the development of this cancer. Suspected pro-inflammatory effects have also been tested. Beforehand, we have experimentally validated the initiating effect of heme iron in colorectal carcinogenesis in addition to its promoting effect already demonstrated. Regarding the metabolism study, we identified and characterized HNE metabolites in urine following oral exposure in rats using a stable isotope tracking method. The major routes of metabolism of HNE were identified as oxidation of carbons 1 and 9 (ALDH and P450 CYP 4A), - oxidation and mercapturic acids derivatives. In addition, new urinary metabolites such as glucuronide conjugates and thiomethyl were highlighted for the first time. Regarding carcinogenicity studies on the co-initiating or promoting effect of diet, we used doses of heme iron or HNE that are representative of a diet rich in meat or of a highly peroxidized diet. Furthermore, as the links between inflammation and colon cancer are often mentioned in the literature, we also tested the effects of HNE on colonic inflammation. First of all, during 2 short term studies of 2 and 3 weeks in F344 rats, we demonstrated the lack of effect of HNE on colonic inflammation and permeability. In the co-initiation study in which rats where fed for 15 days with a diet rich in heme iron or HNE, followed by chemical initiation azoxymethane, we demonstrated a co-initiating effect of heme iron but not of HNE on colorectal carcinogenesis. In the promotion study, we also have shown the lack of effect of a diet rich in HNE given for 100 days using a chemically-induced carcinogenesis model in rats. In conclusion, this thesis provides: (i) a precise description of urinary metabolites of HNE absorbed orally, (ii) a first experimental demonstration of the co-initating effect of heme iron in hemin form, (iii) a demonstration of the lack of effect of HNE on colorectal carcinogenesis and inflammation.