Utilisation de l'approche métabolomique sans a priori des métabolites urinaires issus de composés électrophiles pour comprendre la relation viande rouge et cancer colorectal

Use of untargeted metabolomics on urinary metabolites derivating from electrophilic compounds to understand the relationship between red meat and colorectal cancer

• Auteur / Autrice : Loic Mervant
• Direction : Laurent Debrauwer, Françoise Guéraud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Infectiologie, Physiopathologie, Toxicologie, Génétique et Nutrition
• Date : Soutenance le 17/03/2022
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Toxalim (Toulouse ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Anne Nègre-Salvayre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Serge Rudaz, Véronique Santé-Lhoutellier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Laprévote, Jean-Charles Martin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métabolomique

Boeuf (viande)

Cancer colorectal

Mots clés libres

Métabolomique

Toxicologie

Cancer colorectal

Viande rouge

Spectrométrie de masse

Metabolomics

Toxicology

Colorectal cancer

Red meat

Mass Spectrometry

Résumé

Les méthodes actuelles de bio-monitoring pour évaluer notre exposition aux différents contaminants chimiques se concentrent sur quelques familles de composés, alors que la toxicologie au sens large impose de s'intéresser à l'exposition à des mélanges de produits, parfois inconnus, de toxicité et de quantités variables. Les travaux proposés dans cette thèse ont pour objectif le développement d'une approche sans à priori, adaptée à l'analyse de mélanges de composés connus ou non, par spectrométrie de masse à haute résolution (HRMS) couplée à la chromatographie liquide avec une attention particulière aux métabolites issus de composés réactifs. Pour cela une propriété commune à la plupart des métabolites réactifs a été utilisée : l'électrophilie. Les composés électrophiles sont souvent toxiques en raison de leur réactivité vis-à-vis des sites nucléophiles des biomolécules (ADN, protéines...). La principale ligne de défense cellulaire vis-à-vis de ces composés consiste en la conjugaison au glutathion puis, après métabolisation, l'excrétion dans les urines sous forme de conjugués mercapturiques (CM). Afin d'exploiter la similarité structurale entre les CM et pour faciliter leur détection en HRMS, le mode d'acquisition MSE, qui correspond à la fragmentation de tous les ions en même temps sans sélection préalable du parent, a été utilisé. Durant cette thèse cette approche a été appliquée au problème de la toxicologie alimentaire lié à la consommation de produits carnés et au développement du cancer colorectal (CCR). En effet la consommation de viande rouge et charcuterie induit la production de métabolites électrophiles, donc de CM, dont la caractérisation complète et la mise en relation statistique avec le développement du CCR est indispensable pour enrichir les connaissances sur le toxome et obtenir une meilleure compréhension de la promotion du CCR par la consommation de viande rouge. Les travaux décrits dans cette thèse proposent le développement de cette méthodologie et son application à des échantillons humains et murins afin de mettre en correspondance les résultats obtenus chez l'Homme et chez l'animal. Les résultats issus de ces analyses ont permis de mettre en avant la diversité des CM induits par la consommation de viande rouge, jusqu'ici peu décrite dans la littérature. De plus, cette approche a permis de suspecter d'autres effets induits par la consommation de viande rouge, en particulier au niveau du microbiote intestinal à la fois chez l'Homme et chez l'animal. Enfin l'effet promoteur de la consommation de viande rouge sur la carcinogénèse a été mis en évidence chez l'animal.

Current biomonitoring methods for assessing our exposure to various chemical contaminants focus on a few families of compounds, whereas global toxicology requires to assess exposure to mixtures of products, sometimes unknown, of varying toxicity and quantity. The aim of the work proposed in this thesis is to develop an untargeted approach, adapted to the analysis of mixtures of known and unknown compounds, by high-resolution mass spectrometry (HRMS) coupled with liquid chromatography, with a particular focus to metabolites originating from reactive compounds. For this purpose, a common property to most reactive metabolites was used: electrophilicity. Electrophilic compounds are often toxic because of their reactivity towards nucleophilic sites of biomolecules (DNA, proteins...). The main line of cellular defence against these compounds involves conjugation to glutathione and then, after metabolisation, excretion in the urine as mercapturic conjugates (MCs). In order to exploit the structural similarity between the MCs and to facilitate their detection in HRMS, the MSE acquisition mode, which corresponds to the fragmentation of all ions at the same time without prior selection of the parent, was used. During this thesis, this approach was applied to the problem of food toxicology related to the consumption of meat products and the development of colorectal cancer (CRC). Indeed, the consumption of red and processed meat induces the production of electrophilic metabolites, thus of MC, whose complete characterisation and statistical relationship with the development of CRC is essential to enrich the knowledge on the toxome and to obtain a better understanding of the promotion of CRC by red meat consumption. The work described in this thesis proposes the development of this methodology and its application to human and murine samples in order to match human and animal results. The methodological developments carried out enabled to propose a dual approach, allowing the exploration of both the whole of the MCs in an untargeted way, via the use of the MSE mode, and also the urinary metabolome, all in a single analysis. The results of these analyses highlighted the diversity of MCs induced by the consumption of red meat, which has so far been little described in the literature. In addition, this approach allowed us to suspect other effects induced by red meat consumption, in particular at the level of the intestinal microbiota in both humans and animals. Finally, the promoting effect of red meat consumption on carcinogenesis has been demonstrated in animals.