Étude du métabolisme et du mode d'action des pesticides organochlorés

Study of organochlorine pesticides metabolism and mode of action

• Auteur / Autrice : Gulminyam Baratzhanova
• Direction : Céline Cakir-kiefer, Leyla Djansugurova, Agnès Fournier
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences agronomiques
• Date : Soutenance en 2024
• Etablissement(s) : Université de Lorraine en cotutelle avec Université Nationale Kazakh Al-Faribi
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : L2A_Laboratoire Animal et Agroécosystèmes
• Jury : Président / Présidente : Eric Battaglia
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Céline Cakir-kiefer, Annick Mejean, Pascal Degraeve, Sholpan Askarova, Amangeldy Bissenbaev
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Annick Mejean, Pascal Degraeve

Mots clés

Mots clés libres

Pesticides organochlorés

Mécanisme moléculaire

Lignées cellulaires HepG2

Transport

Détoxification

Métabolisme

Organochlorine pesticides

Molecular mechanism

HepG2 cell line

Transport

Detoxification

Metabolism

Résumé

Les pesticides organochlorés (OCPs) sont classés parmi les polluants organiques persistants (POP) et la plupart d'entre eux sont interdits dans de nombreux pays. Cependant, on peut encore les trouver dans l'environnement et ils présentent des risques pour la santé humaine. Actuellement, la toxicité des OCPs est bien comprise, mais les mécanismes précis responsables de cette toxicité chez l'homme et l'animal ne sont pas entièrement élucidés. Ma thèse s'est concentrée sur la compréhension des modes d'action de diverses classes de OCPs à l'aide de différentes approches moléculaires. Trois insecticides organochlorés dichlorodiphenyltrichloroethane (DDT), gamma-hexachlorocyclohexane (γ-HCH), chlordécone (CLD) et leurs métabolites dichlorodiphenyldichloroethylene (DDE), β-HCH, chlordecone alcohol (CLD-OH) ont été sélectionnés en fonction de leur impact sur l'écosystème et la santé humaine. Tout d'abord, nous avons réalisé une étude cas-témoins à l'aide d'études d'association à l'échelle du génome auprès de personnes exposées de manière chronique aux OCPs au Kazakhstan et avons établi des marqueurs génétiques associés à l'exposition aux OCPs et aux risques pour la santé. En fonction de ces résultats et des données existantes dans la littérature, nous avons sélectionné certains gènes associés au métabolisme et à la détoxification des OCPs, et évalué l'effet et le mécanisme d'action de la CLD et des dérivés des OCPs in vitro en utilisant une lignée cellulaire d'hépatocarcinome humain HepG2 comme modèle. Nous avons montré que le CLD et son métabolite ont une toxicité similaire sur la viabilité cellulaire ; cependant, ils exercent un effet différent sur l'expression des gènes cibles. Nous avons remarqué que le CLD-OH et le β-HCH augmentent l'expression des gènes PXR, CYP3A4, par rapport au DDE et au CLD. Dans la suite de l'étude, la CLD a été particulièrement étudiée en tant que composé modèle ayant un comportement particulier chez les animaux, contrairement aux autres OCPs. Nous avons étudié la transformation la CLD en CLD-OH en utilisant le cytosol de foie d'animaux (porc, mouton) et l'enzyme recombinante humaine Aldo-Céto Réductase famille 1 membre C4 (ACR1C4), qui est connue dans la littérature pour avoir une activité chlordécone réductase. Un autre intérêt de ce travail de thèse a été de montrer si les OCPs et ler dérivés peuvent se lier à l'albumine, qui est la principale protéine de transport dans les organismes animaux, en utilisant des techniques complémentaires (technologie switchSENSE® et technique de Thermo Shift Assay). Pour la première fois, nous avons caractérisé et décrit l'interaction entre l'albumine sérique humaine et certains dérivés de pesticides, tels que le CLD-OH et le β-HCH. En conclusion, cette étude explore le mode d'action des OCPs et de leurs dérivés et montre que le transport et le métabolisme varient même entre les isomères des OCPs, mais qu'il existe certaines similitudes entre le CLD-OH et le β-HCH. D'autres études complémentaires sont nécessaires pour mieux comprendre les mécanismes moléculaires par lesquels les OCPs agissent dans les organismes animaux

Organochlorine pesticides (OCPs) are classified as persistent organic pollutants (POPs) and most of them are banned in advanced countries. However, they still can be found in the environment and create risks to human health. Currently, there is a comprehensive understanding of the toxicity of OCPs; however, the precise mechanisms responsible for this toxicity in human and animals are not fully elucidated. My thesis focused on understanding the mode of action of various classes of OCPs using different molecular approaches. Three organochlorine insecticides such as dichlorodiphenyltrichloroethane (DDT), gamma-Hexachlorocyclohexane (HCH), and chlordecone (CLD) and their metabolites dichlorodiphenyldichloroethylene (DDE), β-HCH, chlordecone alcohol (CLD-OH) were selected, regarding their impact on ecosystem and human health. First, we have performed a case-control study using genome-wide association studies with people chronically exposed to OCPs in Kazakhstan and established genetic markers that are associated with OCPs exposure and health risks. According to these results and existing data in the literature, we have selected some genes associated with the metabolism and detoxification of OCPs, and evaluated the effect and mechanism of action of chlordecone and OCPs` derivatives in vitro using a human hepato-carcinoma HepG2 cell line as a model. We have shown that chlordecone and its metabolite have similar toxicity on cell viability; however, they exert a different effect on the expression of target genes. We have noticed that the CLD-OH and β-HCH increase the expression of PXR, CYP3A4 genes, compared to DDE and CLD. In further study, CLD was particularly studied as a model compound having a particular behaviour in the animals in contrast to other OCPs. We have studied the transformation of CLD into CLD-OH using cytosol from animals' liver (pig, sheep) and human recombinant enzyme Aldo-Keto Reductase family 1 member C4 (AKR1C4), which is known in the literature to have chlordecone reductase activity. Another interest of the thesis work was to check if the OCPs and their derivatives can bind to albumin, which is the main transport protein in animal organisms, by using complementary techniques (switchSENSE® technology and Thermal Shift Assay). For the first time, we characterised and described the interaction between human serum albumin with the derivatives of some pesticides, such as CLD-OH and β-HCH. To conclude, this study explores the mode of action of OCPs and their derivatives and shows that the transport and metabolism vary even among isomers of OCPs, however, there are some similarities observed between CLD-OH and β-HCH. Further experiments are necessary to better understand the molecular mechanism by which the OCPs act in the animal bodies.