Toxicity of the cocktail of contaminants deoxynivalenol & cadmium to mammals with in vitro models

par Thanh Huong Le

Thèse de doctorat en Pathologie, toxicologie, génétique et nutrition

Sous la direction de Isabelle Oswald et de Philippe Pinton.

  • Titre traduit

    Toxicité du cocktail de contaminants deoxynivalenol & cadmium chez les mammifères avec des modèles in vitro


  • Résumé

    Le Cd est un métal lourd toxique très répandu. L'homme peut être exposé à ce contaminant environnemental par la fumée, la nourriture et l'eau. Le déoxynivalénol (DON) est l'une des mycotoxines les plus répandues dans les céréales. Si de nombreuses études ont étudié la toxicité du DON et du Cd individuellement, leur toxicité combinée est très peu connue. Cependant, les consommateurs peuvent être exposés à un mélange DON et Cd. Dans la présente étude, nous nous sommes concentrés sur les effets du DON et du Cd, seuls ou en combinaison, en utilisant une approche in vitro. Différentes lignées cellulaires humaines provenant du rein (HEK-293), de l'intestin (Caco-2), du sang (HL-60) et du foie (HepG2) ont été exposées à une gamme de doses de DON et Cd seuls et en combinaison. La toxicité induite a été évaluée avec le test CellTiter-Glo(r) Luminescent Assay, basé sur la mesure de la teneur en ATP, proportionnelle au nombre de cellules viables. Les interactions entre DON et Cd ont été analysées à l'aide de la méthode de l'indice de combinaison /isobologramme basée sur de l'équation à effet médian de la loi d'action de masse de Chou et Talalay (2006). Les cellules HEK-293 ont été exposées à des doses croissantes de DON, Cd et leur combinaison à différents ratios (DON / Cd de 2/1, 1/1, 1/2 et 1/8). Indépendamment du ratio, le type d'interaction observé dans les cellules HEK-293 allait de l'antagonisme modéré à presque additif. Dans les cellules Caco-2, les interactions variait de la légère synergie à l'antagonisme, quel que soit le ratio. Au ratio 1/1, dans les cellules HL-60 et HepG2, les interactions variaient de la synergie à l'antagonisme en fonction du niveau de cytotoxicité. Dans le milieu additionné de 1% de sérum de veau fœtal (FCS), la nature des interactions entre le DON et Cd sur les cellules HEK-293 et Caco-2 n'a pas montré de différence significative par rapport au milieu avec 10% de FCS. Les effets du DON et du Cd sur la fonction barrière intestinale et l'expression des gènes ont été évalués. Sur la perméabilité des monocouches de Caco-2, le DON et le mélange DON / Cd ont montré un effet dose-dépendant tandis qu'aucun effet n'a été observé pour le Cd. Le DON a induit une altération significative des cytokines inflammatoires alors que le Cd a montré une surexpression des gènes de la métallothionéine. Dans le milieu supplémenté avec 1% de FCS, nos résultats préliminaires ont montré des effets du Cd sur la fonction de barrière intestinale. Les effets combinés du DON et du Cd sur l'intégrité de barrière des cellules Caco-2 différentiées variait d'un antagonisme modéré à presque additif. En conclusion, notre étude indique que l'exposition combinée au DON et au Cd est spécifique à l'organe cible et au stade de développement de la cellule. De plus, les interactions entre le DON et le Cd devront être étudiées dans des expériences ex vivo et in vivo pour confirmer ces résultats.


  • Résumé

    Cadmium (Cd) is a common and widespread toxic heavy metal. Human can be exposed to this environmental contaminant through smoke, food and water. Deoxynivalenol (DON) is one of the most prevalent mycotoxins in cereals. If numerous studies investigated the toxicity of DON and Cd individually, very little is known about their combined toxicity. However, consumers can be exposed to a cocktail DON and Cd. In the present study, we focused on the effects of DON and Cd, alone or in the mixture using in vitro approach. Different human cell lines from kidney (HEK-293), intestine (Caco-2), blood (HL-60) and liver (HepG2) were exposed to a range of doses of DON and Cd alone and in combination. The induced toxicity was evaluated with CellTiter-Glo(r) Luminescent Assay, based on the measure of ATP content, proportional to the number of viable cells. Interactions between DON and Cd were analyzed with isobologram-combination index method derived from the Median-Effect Equation of the Mass Action Law of Chou and Talalay (1984). HEK-293 cells were exposed to increasing doses of DON, Cd and their combinations at different ratios (DON/Cd of 2/1; 1/1; 1/2 and 1/8). Regardless of the ratio, the type of interaction observed in HEK-293 cells ranged from moderate antagonism to nearly additive. In Caco-2 cells, the interactions ranged from slight synergy to antagonism whatever the ratio. At ratio 1/1, in HL-60 and HepG2 cells, interactions ranged from synergy to antagonism depending on the cytotoxicity level. In the medium supplemented with 1% Fetal Calf Serum (FCS), the interaction of DON and Cd on HEK-293 and Caco-2 cells did not show a significant difference compared to medium with 10% FCS. Then, the effects of DON and Cd on the barrier function and gene expression were evaluated. On Caco-2 monolayers permeability, DON and DON/Cd mixture showed a dose- dependent effect while no effect was observed with Cd. DON-induced a significant alteration of inflammatory cytokines whereas Cd showed overexpression of metallothionein genes. In medium supplemented with 1% FCS, our preliminary results showed effects of Cd on intestinal barrier function. The combined effects of DON and Cd on Caco-2 cells barrier function ranged from moderate antagonism to nearly additive. In conclusion, our study indicates that the combined exposure to DON and Cd is specific to the target organ and development stage of the cells. Moreover, the interactions between DON and Cd will have to be investigated in ex vivo and in vivo experiments to confirm these results.

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Cette thèse a donné lieu à une publication en 2018 par Université Paul Sabatier à Toulouse

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Informations

  • Sous le titre : Toxicity of the cocktail of contaminants deoxynivalenol & cadmium to mammals with in vitro models
  • Détails : 1 vol. (137 p.)
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