Etude de l'activation métabolique par la fraction organique d'un aérosol atmosphérique particulaire et de ses conséquences génotoxiques dans un modèle de co-culture de cellules pulmonaires humaines

Study of metabolic activation by the organic fraction of atmospheric particle aerosol and its genotoxic effects in a model of co-culture of human lung cells

• Auteur / Autrice : Imane Abbas
• Direction : Pirouz Shirali, Guillaume Garçon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Toxicologie
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Littoral

Mots clés

Mots clés contrôlés

Toxicologie génétique

Toxicologie cellulaire

Lavage bronchoalvéolaire

Cycle cellulaire

Macrophages -- Activation

Effets de la pollution atmosphérique

Appareil respiratoire

Pollution atmosphérique -- Effets physiologiques

Mots clés libres

Cellules L132

Particules fines

Macrophages alvéolaires

Activation métabolique

Adduits à l'ADN

Perte d'hétérozygotie

Résumé

La pollution de l’atmosphère, qu’elle soit d’origine anthropique ou naturelle, est décrite comme un des facteurs de risque majeurs pour la santé de l’homme. Une grande partie de cette pollution est due à la présence dans l’air des particules fines (PM2. 5). L’objectif de notre projet de recherche a consisté à déterminer la toxicité pulmonaire d’aérosols atmosphériques particulaires (PM2. 5) collectés à Dunkerque en termes d’activation métabolique, de génotoxicité et d’altérations du cycle cellulaire dans deux modèles de cellules : des cellules embryonnaires d’épithélium pulmonaire humain (L132) et des Macrophages Alvéolaires (MA) humains isolés à partir de lavages bronchiolo-alvéolaires réalisés chez des patients sains. En outre, un modèle de co-culture de ces deux types cellulaires a été développé afin de mieux intégrer l’hétérogénéité cellulaire des alvéoles pulmonaires. Les particules atmosphériques se sont avérées capables d’induire l’expression des différentes enzymes de la phase I et II de métabolisation (CYP1A1, CYP2E1, CYP2F1, EHm, NQO1, GSTµ1 et GSTµ3) dans les MA en mono- et co-culture et dans les cellules L132, principalement en mono-culture. Nos résultats ont montré l’effet génotoxique des aérosols via la formation d’adduits encombrants à l’ADN dans les MA en mono- et co-culture ainsi que dans les cellules L132 en co-culture, contrairement aux cellules L132 en mono-culture. Par ailleurs, une perte d’hétérozygotie et/ou une instabilité de certains microsatellites situés sur le chromosome 3p ont été observées dans 30 à 40 % des L132 en mono-culture après 72 heures d’exposition aux PM2. 5 provoquant des altérations significatives du cycle cellulaire, et notamment de la voie de signalisation P53/RB. Ce travail a, par conséquent, contribué à l’amélioration des connaissances quant à l’impact pulmonaire des expositions environnementales à la pollution atmosphérique particulaire de proximité. Cependant, le chantier des mécanismes d’action des polluants atmosphériques sur le système respiratoire reste ouvert et devrait être complété.

Whether it is from anthropogenic or natural origin, air pollution is described as one of the major risk factors affecting the human health. Fine Particulate Matter (PM2. 5) is the main responsable to this atmospheric pollution. The objective of our research project consisted to determine the toxicity of the PM2. 5 collected in Dunkerque in terms of metabolic activation, genotoxicity, and cell cycle alterations, in two cell models : a human embryonic lung epithelial cell line (L132) and human Alveolar Macrophages (AM) isolated from broncho-alveolar lavages within healthy outpatients. Therefore, we developed a co-culture model using these two cell types in order to better integrate the cell heterogeneity of the alveoli. The atmospheric particles proved to be able to induce the gene expression of various phase I and phase II metabolism enzymes (CYP1A1, CYP2E1, CYP2F1, EHm, NQO1, GSTµ1 et GSTµ3) in human MA in both mon and co-culture and in L132 cells, only in monoculture. Our results showed also the genotoxicity of the aerosol through the formation of the DNA bulky adducts in human MA in mono and co-culture as well as in L132 cells in co-culture. In contrast, no DNA bulky adduct was reported in L132 cells in monoculture. In addition, a Loss of Heterozygosity (LOH) and/or a MicroSatellite Instability (MSI) of some microsatellites located on the short-arm of the chromosome 3 were observed in 30 to 40% of L132 cells in monoculture 72 hours after their exposure to PM2. 5. As a consequence, significant alterations of the gene expression and/or protein concentration of some of the key protein controllers involved in the TP53-RB gene signaling pathway were reported in the two cell models, in mono-cultures or in co-cultures. This work consequently contributed to the improvment of the knowledge about the adverse lung effects of environmental exposure. However, the better understanding of the underlying mechanisms of action involved in the toxicity of the atmospheric pollutants on the respiratory system still remains opened and should be completed.