Développement de la planaire comme modèle simplifié d'études in vivo du système nerveux en toxicologie et écotoxicologie

Developing the planaria as a simplified model for in vivo studies of the nervous system in toxicology and ecotoxicology

• Auteur / Autrice : Adorée Lucia Rejo Hanitrinirina
• Direction : Elsa Bonnafé, Caroline Vignet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Infectiologie, Physiopathologie, Toxicologie, Génétique et Nutrition
• Date : Soutenance le 19/01/2024
• Etablissement(s) : Université de Toulouse (2023-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biochimie et Toxicologie des Substances Bioactives (Albi ; 2016-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de délivrance conjointe : Université Toulouse 3 Paul Sabatier (1969-....)
• Jury : Président / Présidente : Vincent Fourcassié
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hervé Cadiou
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Marie-Laure Bégout Anras, Carole Cossu-Leguille

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écotoxicologie

Système nerveux

Pollution de l'eau

Triclades

Mots clés libres

Système nerveux

Planaire

Comportement

Locomotion

Récepteurs cholinergiques

Expression génique

Nervous system

Planarian

Behaviour

Locomotion

NAChRs

Gene expression

Résumé

La planaire d'eau douce, un ver plat, invertébré émerge comme un modèle animal prometteur pour évaluer la toxicité des substances chimiques susceptibles de se retrouver dans l'environnement aquatique. Leur petite taille permet un criblage in vivo à moyen et haut débit de la toxicité. Et leur système nerveux partage les mêmes sous-populations neuronales et les mêmes neurotransmetteurs que le cerveau des mammifères, ce qui en font des outils de dépistage potentiels pour prédire la toxicité de substances neurotoxiques, pour les mammifères. Cette thèse, avait pour objectif de mettre au point des tests in vivo de criblage fonctionnel simple et haut débit permettant de révéler rapidement l'effet de substances neurotoxiques. Nous avons montré la possibilité d'adapter l'usage du PMR (photomotor response), un test comportemental utilisé pour identifier les composés neuroactifs chez le poisson zèbre, à notre modèle d'étude. Puis nous avons montré que le test d'exploration, basé sur l'analyse de la locomotion par suivi du centre de masse (tracking), réalisé dans 24 plaques à 10 000 lux est robuste et fiable pour les études toxicologiques sur les planaires. Les espèces Dugesia japonica et Schmidtea mediterranea sont des modèles sensibles pour le dépistage toxicologique des pesticides organophosphorés (Coumaphos et Chlorpyrifos). Enfin nous avons évalué l'effet d'une exposition aiguë à la nicotine et à l'imidaclopride, deux agonistes des récepteurs nicotiniques à l'acétylcholine. L'exposition à 0,09 à 0,8 mM de nicotine pendant 24 heures a produit des effets biphasiques sur la stéréotypie : les S.mediterranea ont présenté des hyperkinésies de type screw-like et c-shape à T0, et des hypokinésies de type walnut de T1h à 24h. Lors de l'exposition à 0,1 à 1,7 μM d'imidaclopride, les planaires ont en majorité montré un comportement de type sauvage (wildtype) mais des hyperkinésies de type screw-like ont également été observées de façon concentration-dépendante. L'exposition à 0,08 à 0,3 mM de nicotine pendant 24 heures a diminué la mobilité des planaires de manière concentration-dépendante. Alors que 0,01 et 0,01 μM d'imidaclopride ont augmenté la mobilité, puis de 0,3 à 1,92 μM, les planaires se sont comportées comme des contrôles. Au niveau moléculaire, la réduction de la locomotion à 7,8 μM de nicotine a été accompagnée d'une légère surexpression du gène ache2 (codant pour une acetylcholine esterase putative). Et l'augmentation de la motilité à 0,01 μM d'imidaclopride a été accompagnée d'une légère sous expression du gène chat2 (Choline acetyl-transferase putative) et de deux gènes putatifs codant des sous-unités de récepteurs nicotiniques, nicor3 et nicor4. Cette étude contribue au développement de la planaire comme modèle simplifié d'études du système nerveux en (éco)toxicologie.

The freshwater planarian, an invertebrate flatworm, is emerging as a promising animal model for assessing the toxicity of chemicals that may end up in the aquatic environment. Their small size enables medium- to high-throughput in vivo toxicity screening. And their nervous system shares the same neuronal subpopulations and neurotransmitters as the mammalian brain, making them potential screening tools for predicting the toxicity of neurotoxic substances to mammals. The aim of this thesis was to develop simple, high-throughput in vivo functional screening assays to rapidly reveal the effect of neurotoxic substances. We demonstrated the possibility to adapt the use of PMR (photomotor response), a behavioral test used to identify neuroactive compounds in zebrafish, to our model. We then showed that the exploration test, based on the analysis of locomotion by center-of-mass tracking, performed in 24 plates at 10,000 lux, is robust and reliable for toxicological studies on planaria. The species Dugesia japonica and Schmidtea mediterranea were found to be sensitive models for the toxicological screening of organophosphate pesticides (Coumaphos and Chlorpyrifos). Finally, we evaluated the effect of acute exposure to nicotine and imidaclopride, two nicotinic acetylcholine receptor agonists. Exposure to 0.09 to 0.8 mM nicotine for 24 h produced biphasic effects on stereotypy: S.mediterranea exhibited screw-like and c-shape hyperkinesias at T0, and walnut hypokinesias from T1h to 24h. When exposed to 0.1 to 1.7 μM imidacloprid, planarians showed predominantly wildtype behavior, but screw-like hyperkinesias were also observed in a concentration-dependent manner. Exposure to 0.08 to 0.3 mM nicotine for 24 hours decreased planaria mobility in a concentration-dependent manner. While 0.01 and 0.1μM of imidacloprid increased mobility, and then from 0.3 to 1.92μM, planaria behaved like controls. At the molecular level, the reduction in locomotion at 7.8μM nicotine was teamed with a slight overexpression of the ache2, a putative acetylcholine esterase gene. And the increase in motility at 0.01μM imidacloprid was accompanied by a slight under-expression of the cat2 (putative choline acetyl-transferase) gene and two genes encoding putative nicotinic receptor subunits, nicor3 and nicor4. This study contributes to the development of the planarian as a simplified model for studying the nervous system in (eco)toxicology.