Etude des différences structurelles et fonctionnelles des interactions entre les récepteurs nucléaires humains et de poisson-zèbre avec les composés environnementaux

Study of structural and functional differences in the interactions between human and zebrafish nuclear receptors with environmental compounds

• Auteur / Autrice : Anna Toso
• Direction : Patrick Balaguer
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 26/09/2023
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IRCM - Institut de Recherche en Cancérologie de Montpellier
• Jury : Président / Présidente : Elena Gomez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick Balaguer, Pascal Carato, Xavier Coumoul, Aurélie Escande, Tiziana Schilirò
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pascal Carato, Xavier Coumoul

Mots clés

Mots clés libres

Récepteurs nucléaires

Composés environnementaux

Poisson-zèbre

Nuclear receptors

Environmental compounds

Zebrafish

Résumé

L'augmentation de la production de produits chimiques fabriqués par l'homme au cours des dernières décennies et leur rejet dans l'environnement suscitent des inquiétudes, car certains d'entre eux sont susceptibles d'affecter à la fois l'homme et la faune. Certaines de ces substances chimiques environnementales sont des perturbateurs endocriniens (PE) qui peuvent interférer avec la signalisation hormonale et avoir des effets néfastes sur la santé. L'un des mécanismes par lesquels les PE exercent leur action est l'interaction avec les récepteurs nucléaires (RN), des facteurs de transcription activés par des ligands impliqués dans le développement, l'homéostasie et le métabolisme. Le lien entre l'exposition environnementale aux PE et les effets néfastes sur la santé fait l’objet d’études épidémiologiques, cliniques et de laboratoire. Néanmoins, l'évaluation de l'exposition environnementale aux PE est rendue compliquée par le fait qu'il est difficile de déterminer le moment et la durée de l'exposition et le nombre de substances auxquelles nous sommes exposés. Pour tenter de mieux comprendre les effets que les PE ont sur les organismes vivants, la technique cellulaire du gène rapporteur a été développée dans le but de réduire les tests animaux et de permettre de tester un grand nombre de composés chimiques. Parmi les NR, les récepteurs stéroïdiens (SR), tels que les récepteurs des œstrogènes α and β (ERα et ERβ) et le récepteur des androgènes (AR) ont été largement étudiés en tant que cibles des PE, mais d'autres SR, tels que le récepteur de la progestérone (PR), le récepteur des glucocorticoïdes (GR) et le récepteur des minéralocorticoïdes (MR) l'ont moins été. C'est pourquoi nous avons développé des lignées cellulaires rapportrices exprimant les RN humains afin de tester les PE pour leur effet de pertubation endocrinienne. En outre, étant donné que les lignes directrices de l'OCDE (Organisation de coopération et de développement économiques) pour l'essai des PE exigent l'utilisation de tests in vitro exprimant les RN uniquement humains (niveau 2 du cadre conceptuel), les données toxicologiques sur les mammifères sont souvent extrapolées à d'autres espèces. Afin d'étudier des possibles différences inter-espèces, mon projet de recherche doctorale a consisté à développer des lignées cellulaires rapportrices exprimant les RS de poisson zèbre, et étudier les interactions structurelles et fonctionnelles entre les RS de l'homme et du poisson zèbre avec les PE afin de permettre de mieux extrapoler les données toxicologiques entre les espèces. Mon groupe de recherche avait déjà montré que Erα et ERβ présentaient de légères différences de sélectivité entre les sous-types humains et de poisson zèbre, alors que de nombreux progestatifs se sont révélés être des agonistes du récepteur PR humain et des antagonistes du récepteur du poisson zèbre. Les résultats de mon travail de recherche ont montré que si AR et GR présentaient peu de différences inter-espèces avec les stéroïdes testés, ce n’était pas le cas de MR et PR. Le deuxième objectif de ma thèse était d'étudier si tous les SR sont des cibles des produits chimiques environnementaux. Mes résultats ont montré que tout comme ERα, ERβ et AR, MR et PR sont également des cibles de produits chimiques environnementaux alors que GR ne l’est pas. En conclusion, mon travail de thèse a permis de mieux comprendre les interactions des PE avec les RS humains et de poisson-zèbre et de démontrer l’intérêt des lignées cellulaires rapportrices pour effectuer ces études.

The increase in the production of man-made chemicals in recent decades and their subsequent release into the environment has raised concern as some of them are capable of affecting both humans and wildlife. Some of these environmental chemicals can act as endocrine disrupting chemicals (EDCs), that is, substances that can interfere with the endogenous hormone pathways of living organisms and cause adverse health effects. One of the mechanisms by which EDCs exert their action is by interacting with nuclear receptors (NRs), ligand-activated transcription factors that control a wide range of processes such as development, homeostasis, and metabolism in living organisms through gene regulation. The link between environmental exposure to EDCs and adverse health effects has been investigated by epidemiological, clinical and laboratory studies but nevertheless, the assessment of environmental exposure to EDCs is often very complicated, both because it is difficult to determine the time and duration of exposure and because we are exposed to a mixture of substances whose effects are unknown. To try to better understand the effects that EDCs can have on living organisms, in vitro experiments using cells with NR-expressing reporter genes have been developed with the aim of considerably reducing animal testing, which is especially important because of the large number of molecules suspected to be EDCs. Among NRs, members of the steroid receptor (SR) subfamily, such as estrogen receptors (ERs) and androgen receptor (AR), have been extensively studied as targets of EDCs, but other SRs, such as progesterone receptor (PR), glucocorticoid receptor (GR) and mineralocorticoid receptor (MR), have been less so. Therefore, we developed selective stable cell lines expressing human SRs to test environmental chemicals for their endocrine disrupting activities. In addition, because the OECD (Organization for Economic Cooperation and Development) guideline for testing EDCs requires the use of in vitro tests expressing only human SRs (level 2 of the conceptual framework), in many cases mammalian toxicological data are extrapolated to other species. Therefore, we set out to develop stable reporter gene cell lines expressing zebrafish SRs to study possible interspecies differences. My doctoral research project aimed to study the structural and functional interactions between human and zebrafish SRs with environmental chemicals in order to investigate possible interspecies differences between humans and zebrafish in EDC risk assessment and, consequently, to refine the extrapolation of toxicological data between the species. My research group had already pointed out that the ERs show slight differences in selectivity between human and zebrafish subtypes and that many progestins tested on PR-selective cell lines proved to be agonists on the human receptor and antagonists on the zebrafish receptor. The results of my experiments showed that AR and GR revealed few interspecies differences when tested with steroids on the respective SR-selective cell lines. On the contrary, PR and MR show great interspecies differences between human and zebrafish. The second objective of my thesis was to study how SRs can be differently targeted by environmental chemicals. The results showed that not only ERs and AR can be targeted by chemicals in the environment, but also MR and PR, while GR does not seem to be affected. The results of my thesis work complemented other studies on the interactions of EDCs with human and zebrafish NRs and demonstrated the value of reporter cell lines in this context.