Etude du potentiel oxydant des PM2,5 et du stress oxydant induit sur les cellules épithéliales bronchiques BEAS-2B

Study of PM2.5 oxidative potential and oxidative stress in bronchial epithelial BEAS-2B cells

• Auteur / Autrice : Lamia Moufarrej
• Direction : Dominique Courcot, Frédéric Ledoux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie théorique, physique, analytique
• Date : Soutenance le 22/02/2021
• Etablissement(s) : Littoral
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de chimie environnementale et interactions sur le vivant - Unité de Chimie Environnementale et Interactions sur le Vivant
• Partenaire(s) de recherche : financeur : Pôle métropolitain de la Côte d'Opale
• Jury : Président / Présidente : Pascal Flament
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Armelle Baeza-Squiban, Ignacio Fernández Olmo, Christelle Monteil
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Armelle Baeza-Squiban, Ignacio Fernández Olmo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Effets de la pollution atmosphérique

Pollution atmosphérique -- Effets physiologiques

Mots clés libres

Particules fines

Hydrocarbures aromatiques polycycliques

Eléments majeurs et traces métalliques

Stress oxydant

Potentiel oxydant

Inflammation

Cytotoxicité

PM₂,₅

Fine particulate matter

Polycyclic aromatic hydrocarbons

Major elements and trace metals

Oxidative stress

Oxidative potential

Inflammation

Cytotoxicity

PM₂,₅

Résumé

La pollution atmosphérique par les particules en suspension « PM » dans l’air constitue une préoccupation actuelle majeure en raison de ses effets délétères sur la santé humaine. Aujourd’hui, un manque de connaissances demeure vis-à-vis du rôle spécifique de certains constituants des particules et des différentes fractions des PM sur l’apparition du stress oxydant. La capacité des PM à déclencher la production d’espèces réactives de l’oxygène (ERO) en cause dans le stress oxydant peut également être renseignée par des méthodes chimiques de potentiel oxydant. Cette thèse vise à étudier le potentiel oxydant et le stress oxydant induit par les différentes fractions d’échantillons de particules PM₂,₅ collectées sur des sites de typologies urbaine, trafic routier et industrielle. Le potentiel oxydant (OP) a été évalué par la mesure de la vitesse d'oxydation de l’acide ascorbique (AA) et du dithiothréitol (DTT). Il a été montré que les deux tests de potentiel apportaient des informations complémentaires, OP-AA normalisé au volume étant relié aux concentrations de PM₂,₅ et aux sources de combustion, tandis que OP-DTT s’avère être sensible aux sources de particules émettant des métaux. Le stress oxydant a été étudié en quantifiant les ERO, les atteintes oxydatives aux protéines (protéines carbonylées), à la membrane plasmique (8-isoprostane) et à l’ADN (8-OHdG). Les particules totales sont capables d'induire la surproduction des ERO et de causer des dommages aux protéines, à des niveaux plus élevés que les autres fractions. Des altérations plus grandes de la membrane plasmique et de l’ADN ont été constatées avec la fraction particulaire et les extraits organiques des échantillons de PM₂,₅-₀,₃ provenant du site urbain. Il n’a pas été trouvé de corrélation entre le potentiel oxydant et les dommages oxydatifs aux macromolécules biologiques, ce qui signifie que ces mesures de OP ne permettraient pas de prédire les dommages cellulaires in vitro que nous avons suivis dans cette étude. Une approche plus globale, considérant notamment la mobilisation du système anti-oxydant dans la réponse cellulaire, pourrait permettre de mieux appréhender l’apport de la mesure du potentiel oxydant dans la compréhension des effets des PM en lien avec le stress oxydant cellulaire.

Air pollution by airborne particulate matter (PM) is a current major concern because of its harmful effect on human health. Nowadays, a lack of knowledge remains regarding the specific role of certain PM components, and the different PM fractions on the occurrence of oxidative stress. The ability of PM to trigger the production of reactive oxygen species (ROS) involved in oxidative stress can also be assessed by chemical methods of oxidative potential (OP). This thesis aims at studying the oxidative potential and the oxidative stress induced by the different fractions of PM₂,₅ samples collected in urban, traffic, and industrial sites. OP was evaluated by measuring the depletion rate of ascorbic acid (AA) and dithiothreitol (DTT). Both tests were shown to provide complementary information, with volume normalized OP-AA being related to PM₂,₅ concentrations and combustion sources, while OP-DTT was found to be sensitive to metal-emitting particle sources. Oxidative stress was studied by quantifying ROS, oxidative damage to proteins (carbonyl proteins), cell membrane (8-isoprostane) and DNA (8-OHdG). Total particles are capable of inducing ROS overproduction, causing damage to proteins, at higher levels than other fractions. Higher cell membrane damage and DNA damage were found with the particulate fraction and organic extracts of PM₂,₅-₀,₃ samples from the urban site. No correlation was found between oxidative potential and oxidative damage to biological macromolecules, which means that these OP measurements are not predictive of the in vitro cellular damages that were followed in this study. A more global approach, considering the mobilization of the antioxidant system in the cellular response, could allow a better understanding of the contribution of the oxidative potential in the understanding of PM effects, in relation to cellular oxidative stress.