Signatures moléculaires impliquées dans la transformation des cellules Bhas 42 induite par les silices amorphes synthétiques

Molecular signatures of Bhas 42 cell transformation induced by synthetic amorphous silica nanoparticles

• Auteur / Autrice : Anaïs Kirsch
• Direction : Hervé Schohn, Hélène Schneider, Yves Guichard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 11/03/2020
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale BioSE - Biologie, Santé, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche en automatique (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Valérie Fessard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hervé Schohn, Hélène Schneider, Armelle Baeza-Squiban, Stéphane Fabre, Martine Duterque-Coquillaud, Olivier Joubert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Armelle Baeza-Squiban, Stéphane Fabre

Mots clés

Mots clés contrôlés

Expression génique

Transcriptome

Cellules -- Activation

Toxicologie

Nanoparticules de silice

Mots clés libres

Nanomatériaux

Transformation cellulaire

Transcriptomique

Bhas 42

Silice

Nanomaterials

Cell transformation

Transcriptomic

Bhas 42

Silica

Résumé

Les nanoparticules de silice amorphe synthétique (SAS) sont utilisées dans de nombreuses applications industrielles. De par leur structure amorphe, les SAS ne sont pas considérées comme cancérogènes chez l'Homme, contrairement aux silices de structures cristallines. Pourtant, des études in vivo et in vitro ont proposé que certaines SAS pourraient potentiellement être cancérogènes. Le test de transformation des cellules Bhas 42 a été développé afin d’évaluer les effets transformant des agents chimiques. Une étude menée à l’INRS a mis en évidence la capacité des SAS précipitées NM-200 et NM-201 et des SAS pyrogénées NM-202 et NM-203 à induire la transformation cellulaire. Afin d’étudier les effets moléculaires induits par les SAS conduisant à la transformation des cellules Bhas 42, nous avons effectué une analyse transcriptomique non supervisée, après exposition des cellules Bhas 42 à la SAS NM-203, et à des agents chimiques de référence, la silice cristalline Min-U-Sil 5® (témoin positif particulaire), la terre à diatomée (DE), une microparticule de silice amorphe (témoin négatif particulaire) et le 12-O-tétradécanoylphorbol-13-acétate (TPA), un agent promoteur de tumeur. Les résultats montrent un lien entre la transformation des cellules Bhas 42 induite par la SAS pyrogénée NM-203, la silice cristalline Min-U-Sil 5® et le TPA et la modification de l’expression de gènes et de voies de signalisation impliquées dans la prolifération, l’adhésion cellulaire, la réparation de l’ADN et l’inflammation. De plus, nous avons identifié une signature commune de 21 gènes impliqués dans les stades précoces de la transformation cellulaire induite par les trois agents chimiques. Parmi eux, 12 gènes ont été sélectionnés en fonction de leur niveau d'expression (sur ou sous-exprimés) 48 heures après traitement avec les agents chimiques. Des altérations géniques similaires ont été obtenues lorsque des cellules Bhas 42 sont traitées avec les SAS précipitées NM-200 et pyrogénées NM-202. En conclusion, ce travail met en évidence un lien entre la formation de foyers de transformation induits par le traitement des cellules Bhas 42 avec les SAS, la silice cristalline Min-U-Sil 5® et le TPA et des modifications des profils d'expression de gènes et de voies de signalisation. La mise en évidence de la signature des 12 gènes représente une liste de "bio-marqueurs" potentiels et communs de la transformation cellulaire induite par les SAS, la silice cristalline Min-U-Sil 5® et le TPA.

Synthetic amorphous silica nanoparticles (SAS) are used in many industrial applications. Due to their amorphous structure, SAS are not considered carcinogenic in humans, unlike silica with crystalline structures. However, in vivo and in vitro studies have proposed that certain SAS could potentially be carcinogenic. The Bhas 42 cell transformation test was developed to assess the transforming effects of chemical agents. A study carried out at the INRS highlighted the capacity of the precipitated SAS NM-200 and NM-201 and the pyrogenic SAS NM-202 and NM-203 to induce cell transformation. In order to study the molecular effects induced by SAS which lead to the transformation of Bhas 42 cells, we performed an unsupervised transcriptomic analysis, after exposure of Bhas 42 cells to SAS NM-203, and to reference chemical agents, crystalline silica Min-U-Sil 5® used as a positive particulate control, diatomaceous earth (DE), an amorphous silica microparticle used as a negative particulate control and 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate (TPA), a tumor promoter. The results show a link between the transformation of Bhas 42 cells induced by pyrogenic SAS NM-203, crystalline silica Min-U-Sil 5® and TPA and the modification of the expression of genes and signaling pathways involved in proliferation, cell adhesion, DNA repair and inflammation. In addition, we have identified a common signature of 21 genes involved in the early stages of cell transformation induced by the three chemical agents. The genes composing the common signature are involved in cell proliferation and adhesion. Among them, 12 genes were selected according to their expression level (over-expressed or under-expressed) 48 hours after treatment with chemical agents. Similar gene alterations have also been obtained when Bhas 42 cells are treated with NM-200 precipitated SAS and NM-202 pyrogenic. In conclusion, this work highlights a link between the formation of transformation foci induced by the treatment of Bhas 42 cells with SAS, crystalline silica Min-U-Sil 5® and TPA and changes in expression profiles of genes and signaling pathways. The signature of the 12 genes represents a list of potential and common "biomarkers" of cell transformation induced by SAS, crystalline silica Min-U-Sil 5® and TPA.