Étude in vitro de la toxicité de l’uranium sur les cellules osseuses en vue de la recherche de nouveaux agents décorporants

In vitro study of uranium toxicity on bone cells in search of new decorporating agents

• Auteur / Autrice : Lucile Hurault
• Direction : Georges Carle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Interactions moléculaires et cellulaires
• Date : Soutenance le 30/11/2018
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Nice ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Nice (1965-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Transporteurs en Imagerie et Radiothérapie en Oncologie - Mécanismes biologiques des Altérations du Tissu Osseux - Transporteurs en Imagerie et Radiothérapie en Oncologie
• Jury : Président / Présidente : Anny Cupo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anny Cupo, Jaime F. Angulo-Mora, Jean Vacher, Alain Cazoulat, Gaëlle Creff
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jaime F. Angulo-Mora, Jean Vacher

Mots clés

Mots clés contrôlés

Autophagie

Ostéoclastes

Ostéoblastes

Os

Ostéocytes

Uranium

Mots clés libres

Uranium

Ostéocytes

Os

Toxicité

Décorporants

Ostéoblastes

Ostéoclastes

Autophagie

Uranium

Osteocytes

Bone

Toxicity

Decorporating agents

Osteoblasts

Osteoclasts

Autophagy

Résumé

L’exposition à l’uranium, qu’elle soit naturelle ou accidentelle, est un sujet de préoccupation de santé publique. Cet actinide est utilisé dans de nombreuses applications civiles ou de défenses. Il est également présent de façon naturelle dans l’eau de boisson et dans l’alimentation. Sa toxicité chimique cible en majorité le rein, organe de stockage à court terme, et les tissus squelettiques, où l’uranium est retenu pendant des années. L’uranium induisant une perte osseuse à long terme, il est susceptible d’affecter les cellules impliquées dans le processus de remodelage osseux : les ostéoclastes (OCs) qui résorbent la matrice osseuse, les ostéoblastes (OBs), qui la reconstitue via la minéralisation, et les ostéocytes (OSTs), les capteurs mécano-sensibles, orchestrant le cycle de remodelage. Par ailleurs, aucune thérapie de chélation (comme il en existe pour d’autres métaux lourds) n’est véritablement efficace pour diminuer l’exposition interne et éliminer cet actinide en cas de contamination à l’uranium. Dans l’optique de comprendre les mécanismes de toxicité mis en jeu sur les cellules osseuses, la première partie de cette thèse est ainsi consacrée à l’étude des effets moléculaires et fonctionnels d’une exposition aiguë et chronique à l’uranium sur une lignée ostéocytaire, les cellules MLO-A5. Nous avons d’abord montré que ces cellules présentent une IC50 plus élevée que les OCs et les OBs et qu'une exposition aiguë stimule le processus autophagique. Dans un second temps, nous avons analysé la réponse de ces cellules lors d’une exposition chronique à des concentrations sub-toxiques d’uranium, et observé une inhibition drastique de leur capacité de minéralisation, sans toutefois affecter leur viabilité.Dans une seconde partie, nous nous sommes intéressés aux effets d’un décorporant potentiel de l’uranium, le 3,4,3-LI(1,2-HOPO), sur les OBs et les OCs, dans le but de mettre au point une méthode de criblage de nouveaux décorporants. Les résultats ont montré que le 3,4,3-LI(1,2-HOPO) permet une restauration partielle des capacités de différenciation et de résorption des OCs exposés à l'uranium. Ces résultats permettront d’adapter cette méthode pour le criblage de futurs décorporants dans une démarche de valorisation. Ainsi, ces travaux ont permis d’accroître les connaissances de la toxicité chimique de l’uranium sur les cellules osseuses, et ont apporté de nouvelles données toxicologiques in vitro concernant les effets d’un agent décorporant, le 3,4,3-LI(1,2-HOPO), dans ces modèles cellulaires.

Natural or accidental uranium exposure is a health care concern. Uranium is a natural metal found in the environment and is both used for civil or military applications. It is also naturally present in food and water. It exhibits both a radiological and a chemical toxicity, the latter being considered largely predominant for natural uranium. Kidneys and bones are the main targeted organs of its toxicity. The skeleton is the storage organ of uranium and can be retained there for years, causing a long-term bone loss. Bone cells, osteoclasts cells in charge of bone resorption, osteoblasts involved in matrix production and mineralization, and osteocytes, considered the major orchestrators of bone remodeling, are therefore likely to exhibit impaired functions. Furthermore, current chelation therapy treatments failed to demonstrate a true decorporating efficiency after internal uranium contaminations.The first part of this study describes molecular and cellular effects of acute and chronic uranium exposure on a murine osteocytic cell line MLO-A5. Acute exposure enhanced their autophagic process and CI50 determination shows less toxicity on osteocytes than on osteoclasts and osteoblasts. Moreover, mineralization capacity of these cells was strongly inhibited after a chronic exposure without affecting cell viability. In a second part, we determined the in vitro effects of 3,4,3-LI(1,2-HOPO), a potential decorporating agent, on osteoclasts and osteoblasts with the intend to develop methods for decorporating agent screening. This molecule shows an ability to partly restore differentiation and resorption function of exposed osteoclasts to uranium. These results constitute a step forward in the development of screening methods to evaluate the potential of new decorporating agent.Taken together, these results enhanced our knowledge of uranium toxicity mechanisms on bone cells and brought new toxicological data regarding the use of 3,4,3-LI(1,2-HOPO) in our cellular models.