Impact des pesticides sur le neurodéveloppement et la maladie d'Alzheimer

Impact of pesticides on neurodevelopment and Alzheimer's disease

• Auteur / Autrice : Lucie Salvador-Prince
• Direction : Véronique Perrier, Joan Torrent
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 03/05/2022
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des neurosciences de Montpellier
• Jury : Président / Présidente : Florence Perrin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Véronique Perrier, Joan Torrent, Florence Perrin, Juliette Godin, Benoît Schneider, Marc Dhenain
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Juliette Godin, Benoît Schneider

Mots clés

Mots clés contrôlés

Effets des pesticides

Transmission nerveuse

Troubles du spectre de l'autisme

Alzheimer, Maladie d'

Mots clés libres

Pesticides

Neurodéveloppement

Alzheimer

Corticogénèse

Transmission synaptique

Troubles du Spectre Autistique (TSA)

Pesticides

Neurodevelopment

Alzheimer

Corticogenesis

Synaptic transmission

Autism Spectrum Disorders (ASD)

Résumé

L'emploi massif de pesticides dans le monde entraîne une pollution de tous les milieux et une contamination des denrées alimentaires par de multiples résidus. De nombreuses études épidémiologiques montrent des corrélations entre une forte exposition aux pesticides et des pathologies neurodéveloppementales comme l’autisme ou le trouble du déficit de l'attention avec ou sans hyperactivité. Le neurodéveloppement correspond à une période de susceptibilité aux polluants environnementaux et selon l’hypothèse d’Arendt, des altérations au cours du neurodéveloppement, et en particulier la corticogénèse, pourraient avoir des répercussions sur le vieillissement du cerveau en favorisant le développement de maladie neurodégénératives. Cependant, il est difficile d’un point de vue épidémiologique de déterminer l’impact d’une exposition in utero aux faibles doses de pesticides et tout au long de la vie sur le cerveau humain. Il est donc important de mimer cette contamination silencieuse sur des modèles animaux. Après avoir montré qu’une exposition chronique à de faibles doses de fongicides (cyprodinil, mépanipyrim, pyriméthanil) induisait une aggravation des marqueurs de la maladie d’Alzheimer (MA) dans le modèle de souris transgénique J20, nous nous sommes demandés si une exposition in utero à ces mêmes composés pouvait induire des défauts neurodéveloppementaux et si ces défauts pouvaient conduire au cours du vieillissement à une dérégulation des marqueurs de la MA. Partant de cette hypothèse, nous avons mis en place un modèle de contamination mère-enfant, dans lequel des femelles sauvages ont été exposées durant la gestation, soit à un fongicide seul, soit au cocktail des trois fongicides (cyprodinil, mépanipyrim et pyriméthanil) à la dose de 0.1 μg/L/pesticide (dose réglementaire autorisée dans l’eau du robinet en Europe). Une première étude du cerveau des nouveau-nés, à 3 jours post-natal (P3), a montré que l’exposition gestationnelle aux fongicides a un impact sur la neurogenèse avec une augmentation des précurseurs neuraux et des neurones immatures, et une diminution des neurones matures, en lien avec la voie de signalisation PI3K/Akt et Wnt/β-caténine. Une extraction des cellules souches neurales adultes des souris traitées pendant 4 mois, a mis en évidence une augmentation de leurs propriétés de prolifération et de différenciation mais paradoxalement à une réduction de leur propriété migratoire. De plus, des modifications de l’expression de protéines post-synaptiques telle que PSD95 et les récepteurs NMDA ont été mises en évidence. Pour aller plus loin, nous avons analysé l’activité synaptique hippocampique des souris exposées in utero au cocktail de fongicides à P10, P18 et P30. Les résultats ont montré que chez les souris traitées au cocktail, on retrouve des modifications du ratio des récepteurs au glutamate NMDA/AMPA, un défaut de maturation des synapses avec un retard du switch des sous-unités GluN2a/GluN2 b au cours du développement, des signaux de type épileptique ou poly-synaptiques ainsi qu’un défaut de plasticité synaptique. Nous avons également étudié la corticogénèse chez des nouveau-nés à P10 exposés in utero au cocktail de fongicides, grâce à une technique d’électroporation in utero de traceurs fluorescents multi-couleurs « MAGIC markers » qui permet de suivre la descendance des précurseurs neuraux. Les résultats montrent que les souris traitées présentent des défauts au niveau de la morphologie et de l’organisation des neurones, ainsi que de la formation des couches corticales. Pour compléter, des études de comportement ont montré que les souris exposées in utero au cocktail de fongicides présentent une hypoactivité et des défauts de mémorisation. Enfin, des souris traitées dès la gestation et jusqu’à 6 et 9 mois de vie font l’objet d’analyses biochimiques et histologiques afin de déterminer si l’exposition aux fongicides peut avoir un impact au cours du vieillissement sur l’augmentation des marqueurs de la MA.

The massive use of pesticides in the world causes pollution of all environments and contamination of foodstuffs by multiple residues. Many epidemiological studies show some correlations between high exposure to pesticides and neurodevelopmental pathologies such as autism or ADHD (attention deficit disorder with or without hyperactivity). Neurodevelopment corresponds to a period of susceptibility to environmental pollutants and according to Thomas Arendt's hypothesis, alterations during neurodevelopment, and in particular the corticogenesis, could have repercussions on brain aging by promoting the development of neurodegenerative diseases. However, it is difficult from an epidemiological point of view to determine the impact of in utero exposure to low doses of pesticides and throughout life on the human brain. It is therefore important to mimic this silent contamination on animal models. After having shown that chronic exposure to low doses of fungicides (cyprodinil, mepanipyrim, pyrimethanil) induced an aggravation of Alzheimer's disease (AD) markers in the J20 transgenic mouse model (Lafon PA. et al., 2020), we asked whether in utero exposure to these same compounds could: (i) induce neurodevelopmental defects; and (ii) whether these neurodevelopmental defects could lead to dysregulation of AD markers during aging.Based on this hypothesis, we set up a model of mother to child contamination, in which wild-type females were exposed during gestation, either to fungicide alone, or to a cocktail of the three fungicides (cyprodinil, mepanipyrim and pyrimethanil) to the dose of 0.1 μg/L/pesticide (regulatory dose authorized in distributed water in Europe). A first study of the brains of newborns, at 3 days postnatal (P3), showed that gestational exposure to fungicides has an impact on neurogenesis with an increase in Nestin+ neural precursors and DCX+ immature neurons, and a decrease in NeuN+ mature neurons, linked to the PI3K/Akt and Wnt/β-catenin signaling pathway. An extraction of adult neural stem cells from mice treated for 4 months revealed an increase in their proliferation and differentiation properties, but paradoxically a reduction in their migration property. In addition, changes in the expression of post-synaptic proteins, such as PSD95 and NMDA receptors, have been identified (Wang et al., 2021). To go further, we analyzed the hippocampal synaptic activity of the mice exposed in utero to the cocktail of fungicides at P10, P18 and P30. The results showed that in mice treated with the cocktail of fungicides, some changes occured in the ratio of NMDA/AMPA glutamate receptors, a defect in synapse maturation with a delay in the GluN2a/GluN2b subunits switch during development, epileptic or poly-synaptic type signals and a synaptic plasticity defect (LTD). We also studied corticogenesis in newborns at P10 exposed in utero to the cocktail of fungicides, thanks to an in utero electroporation technique with multi-color fluorescent tracers "MAGIC markers" which allow to follow the progeny of neural precursors. The results showed that the treated mice exhibit defects in the morphology and organization of neurons, as well as in the formation of cortical layers. To complete, behavioral studies have shown that mice exposed in utero to the cocktail of fungicides exhibit hypoactivity and memory defects. Finally, mice treated from gestation and up to 6 and 9 months of age are subjected to biochemical and histological analyzes in order to determine whether exposure to fungicides can have an impact on the increase of Alzheimer's disease markers during aging.