Génotoxicité et potentiel perturbateur endocrinien de contaminants de l'aliment : modèle cellulaire Hep-G2 - mécanismes moléculaires

par Coralie Dumont

Thèse de doctorat en Sciences de l'alimentation

Sous la direction de Marie-Christine Chagnon.

Soutenue le 15-10-2010

à Dijon , dans le cadre de École doctorale E2S Environnements, Santé, STIC (Dijon) , en partenariat avec Centre des Sciences du Goût et de l’Alimentation (Dijon) (laboratoire) .

Le président du jury était Dominique Parent-Massin.

Le jury était composé de Mustapha Cherkaoui Malki, Gilles-Eric Seralini, Jean-Pierre Cravedi.

Les rapporteurs étaient Claude Lambre, Valérie Fessard.


  • Résumé

    L’alimentation peut être à l’origine d’une exposition aux xénobiotiques. Les différentes étapes entre la production et la consommation peuvent être sources de contaminations de cet aliment. L’objectif de ce travail de thèse est de vérifier deux toxicités s’exprimant à faible dose : la génotoxicité et la perturbation endocrinienne. Les xénobiotiques étudiés sont une dioxine (la TCDD, polluant de l’environnement), le glyphosate et ses formulations de Roundup (pesticides), le 5-hydroxyméthylfurfural (molécule néoformée) et le bisphénol F (contaminant d’emballage). Le modèle cellulaire choisi est la lignée cellulaire HepG2, issue d’un hépatocarcinome d’origine humaine. Ces cellules sont un modèle pertinent car elles possèdent des capacités métaboliques bien caractérisées et que les contaminants étudiés sont tous hépatotoxiques. Les résultats ont permis de montrer, avec un test d’activation transcriptionnelle, que les quatre formulations de Roundup étaient antioestrogèniques et antiandrogèniques. Le glyphosate ne présentait que des effets antiandrogèniques. De plus, les formulations modifient l’activité de l’aromatase dans les cellules HepG2. Après quatre heures de contact, le Roundup à 400 g/L présente des effets génotoxiques mais non liés à un stress oxydatif, dans le test des comètes. Il présente également des effets apoptotiques. Les différences observées entre les formulations et les différents éléments de la formulation (le glyphosate et l’adjuvant POEA) suggèrent un « effet mélange ». Le modèle HepG2 a également permis de montrer que le 5-HMF est une molécule progénotoxique à des concentrations non cytotoxiques dans le test des comètes. De plus, il a permis de mettre en évidence le fait que le BPF est la molécule la plus active en matière de génotoxicité et de perturbation endocrinienne, par comparaison avec ses métabolites. Parallèlement, la mise en place d’un modèle stablement transfecté issu des cellules HepG2 a été initiée pour vérifier les potentiels effets (anti)oestrogèniques. Parallèlement, les mécanismes cellulaires et moléculaires à l’origine des effets toxiques observés ont été étudiés. Ainsi, il a été montré que les cellules HepG2 métabolisent le BPF (30% à 25 μM) en sulfoconjugué alors que les hépatocytes humains le métabolisent en sulfoconjugué et/ou glucuroconjugué (100% à 25 μM) avec une différence interindividuelle. Enfin, il a été vérifié, in vitro et dans les conditions expérimentales de l’étude le rôle de ERalpha dans les effets toxiques de la TCDD. Ainsi, un effet anti-oestrogènique de la TCDD sur ERE et un effet potentialisateur de E2 sur l’effet de la TCDD sur XRE ont été mis en évidence. Les tests in vitro ont permis la mise en évidence d’effets toxiques de contaminants de l’alimentation et ont ainsi leur place dans l’évaluation du risque.

  • Titre traduit

    Genotoxicity and endocrine disruptor effects of food contaminants : hepG2 cell model - molecular mechanisms


  • Résumé

    Food can expose Human to xenobiotics. Indeed, the various steps between production and consumption can be at the origin of food contaminations, either with natural or chemical substances. The objective of this work was to test two toxicities exhibited at low doses: genotoxicity and endocrine disruption. Xenobiotics studied are a dioxin (TCDD, environmental pollutant), glyphosate and different Roundup formulations (pesticides), 5-hydroxymethylfurfural (neoformed compound) and bisphenol F (food packaging contaminant). The model is the HepG2 cell line derived from a human hepatocarcinoma. These cells are chose because they have well-characterized metabolic capacities and all contaminants studied are hepatotoxic. Using transcriptional activation assay, we have shown that the four formulations of Roundup were anti-estrogenic and anti-androgenic. Glyphosate was only anti-androgenic. Furthermore, formulations were able to modify the aromatase activity in HepG2 cells. After 4 hours of contact, the formulation at 400g/L induced genotoxic effect (comet assay) which was not correlated to an oxidative stress or an apoptotic effect (caspase 3,7 activation). The differences observed between the formulation and its components (glyphosate and POEA) suggest a “mixture effect”. We have shown that 5-HMF is a progenotoxic molecule at noncytotoxic concentrations in the comet assay. Also, we have demonstrated that BPF is the most active molecule in genotoxicity and endocrine disruption assays compared to its metabolites. In parallel, the establishment of a stably transfected HepG2 cell line in order to assess the potential (anti)estrogenic effects was initiated.Cellular and molecular mechanisms involved in the toxic effects was also studied. Thus, HepG2 cells metabolized BPF to sulfate metabolite (30% at 25μM), whereas human hepatocytes produced the sulfate and / or glucuronide conjugates (100% at 25μM) with aninterindividual difference. Finally, in vitro and in our experimental conditions, the role of ERin the toxic effects of TCDD was investigated. Using transcriptional activity, TCDD was shown anti-estrogenic on ER. Furthermore, a potention of E2 on transcriptional activity of TCDD induced via AhR was demonstrated. Finally, in vitro assays was used to assess xenobiotic toxicity. They are relevant to in risk assessment.

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