Etude de la pathogénicité pulmonaire des polluants atmosphériques nanoparticulaires

Effect of the atmospheric ultrafine particles on the respiratory system

• Auteur / Autrice : Yara Saleh
• Direction : Jean-Marc Lo-Guidice
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Pharmacie sciences du médicament et autres produits de santé
• Date : Soutenance le 03/07/2019
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IMPact de l'Environnement Chimique sur la santé humaine (Lille) - Impact de l'environnement chimique sur la santé humaine

Mots clés

Mots clés contrôlés

Inflammation

Transcriptome

Maladies pulmonaires

Souris

Nanoparticules

Dissertation universitaire

Polluants atmosphériques

Inflammation

Transcriptome

Toxicologie pulmonaire

Poumon -- Maladies

Pathogénicité

Nanoparticules

Polluants atmosphériques

Mots clés libres

Particules ultrafines

Souris

Poumons

Toxicité

Transcriptome

Inflammation

Fine particles

Mice

Lungs

Toxicity

Transcriptome

Inflammation

Résumé

Introduction : Des études épidémiologiques montrent que les polluants atmosphériques particulaires augmentent le risque de morbidité et de mortalité liées à des maladies respiratoires. La toxicité des particules dépend de leur composition chimique, leur conférant des propriétés mutagènes et/ou cancérogènes, mais également de leur granulométrie qui va conditionner leur pénétration et rétention dans les voies respiratoires.Les particules fines (PF<2,5μm) et surtout les particules ultrafines (PUF<0,1μm) peuvent ainsi atteindre les voies aériennes les plus profondes où leur épuration s’effectuera lentement par clairance macrophagique. Bien que les PUF possèdent une réactivité de surface et donc une toxicité potentielle plus élevées que les PF, leur impact toxicologique réel reste à déterminer.Matériels et méthodes : Pour ce projet, nous avons comparé l’impact sur la santé respiratoire d’une exposition prolongée à des PF et PUF collectées sur un même site urbano-industriel. Après caractérisation physico-chimique des particules (granulométrie, composition surfacique, élémentaire, en HAP), nous avons exposé des souris BALB/c par voie intranasale de manière aiguë à des doses uniques croissantes de PF ou de PUF (10, 50 ou 100 μg) et de manière subchronique pendant 1 mois ou 3 mois, à raison de 3 doses de 10 μg de particules par semaine. Les souris ont été ensuite sacrifiées, des lavages broncho-alvéolaires (LBA) ont été réalisés et différents tissus (sang, poumons, foie, fémurs) ont été prélevés pour effectuer des analyses toxicologiques.Résultats : La composition chimique élémentaire des PF et PUF n’a pas montré de différences majeures mais atteste leur origine industrielle par leur richesse en certains métaux. Par ailleurs, une teneur légèrement supérieure en HAP a été détectée dans les PF par rapport aux PUF. Pour toutes les conditions expérimentales, aucun effet génotoxique et/ou mutagène in vivo n’a été mis en évidence (tests des comètes, des micronoyaux, Pig-A négatifs). En revanche, l’étude de la cellularité des LBA, la quantification de l’expression génique des cytokines et l’analyse histologique des tissus pulmonaires suggèrent la survenue d’une inflammation chronique chez les souris exposées. L’apparition de zones lésionnelles étendues3est cependant plus précoce et plus marquée dans les poumons des souris exposées aux PUF. Des analyses transcriptomiques ont montré d’une part que le nombre de gènes dérégulés croît avec la dose et le temps d’exposition, et d’autre part que ce nombre est largement supérieur chez les souris exposées aux PUF par rapport à celles exposées aux PF. L’identification des principales voies de signalisation les plus significativement impactées confirme que les PUF induisent une réponse des tissus pulmonaires plus intense et plus précoce que les PF.En ce qui concerne les études épigénétiques, une dérégulation de la méthylation de l’ADN, des modifications d’histones et de l’expression génique de certains miARN était plus prononcée chez les souris exposées aux PUF. L’analyse fonctionnelle en cours des miARN spécifiquement dérégulés par les PUF, ou dérégulés communément par les PUF et les PF, devrait permettre l’identification de leurs ARNm cibles.Conclusion : Les résultats issus de ce projet suggèrent que les PUF ont un impact plus nocif sur la santé respiratoire que les PF, et devraient permettre l’identification de nouveaux biomarqueurs d’atteintes tissulaires. Les informations issues de ce projet pourront être transmises aux différents organismes en charge des polluants atmosphériques et de leurs effets sur la santé [...]

Background: Air pollution is one of the leading causes of premature death worldwide. Among air pollutants, particulate matter (PM) is a major health risk factor, through the development of pulmonary diseases. The toxicity of PM depends on their chemical composition and size which increases their mutagenic and/or carcinogenic properties and determine their penetration and retention in the respiratory tract. Fine particles (FP <2,5μm) and ultrafine particles (UFP <0,1μm) can thus reach the deepest airways where their purification will be carried out slowly by macrophage clearance. Compared to FP, less is known about the toxicological impact of UFP.Methods: We first compared the impact of prolonged exposure to PF and PUF collected on the same urban-industrial site on the respiratory health in mice. After physicochemical characterization of the particles (granulometry, surface composition, elementary composition, PAH), BALB/c mice were intranasally exposed to increasing single doses of PF or PUF (10, 50 or 100 μg) and subchronically for 1 month or 3 months, to 3 doses of 10 μg of particles per week. Mice were then sacrificed, bronchoalveolar lavages (BAL) were performed and different samples (blood, lungs, liver, femurs) were taken for toxicological analyses.Results: The elemental chemical composition of FP and UFP did not show any major differences but highlights their industrial origin due to their high content of metals. On the other hand, a slightly higher PAH content was detected in FP compared to PUF. For all experimental conditions, no in vivo genotoxic and / or mutagenic effects were detected (comet, micronucleus, Pig-A negative tests). However, the study of the cellularity of BAL, the quantification of cytokine gene expression and histological analysis of lung tissue suggest the occurrence of chronic inflammation in exposed mice lungs. More extended lesioned areas were, however, observed in the UFP-exposed mice. Transcriptomic analyses have shown, on the one hand, that the number of deregulated genes increases with the dose and the time of exposure, and on the other hand that this number is much higher in mice exposed to UFP compared to those exposed to FP. The identification of the main signalling pathways most5significantly impacted confirms that UFP induce greater and earlier lung tissue response than PF. Concerning the epigenetic analyses, deregulation of DNA methylation, histone modifications, and gene expression of some miRNAs was more pronounced in PUF-exposed mice. The ongoing functional analysis of miRNAs specifically deregulated by PUFs, or commonly deregulated by PUFs and PFs, should allow the identification of their target mRNAs.Conclusion: The results of this study suggest that UFP have greater impact on the respiratory system than FPs which would allow the identification of new biomarkers of tissue damage. The information resulting from this project can be transmitted to the different organizations in charge of air pollutants and their effects on health, to the concerned authorities and to the industries in order to contribute to make better decisions regarding the reduction of emissions of particulate pollutants of greatest concern. They will thus help to update the current regulations in order to include UFP and limit their emissions.