Impact de différentes classes de pesticides sur les fonctions immunitaires innées des macrophages et des kératinocytes humains HaCaT : mise en évidence de la contribution des kératinocytes dans le contrôle de la polarisation des macrophages

Impact of different classes of pesticides on the innate immune functions of human macrophages and keratinocytes HaCaT : demonstration of the contribution of keratinocytes in controlling the polarization of macrophages

• Auteur / Autrice : Mélissa Parny
• Direction : Michel Treilhou, Bernard Pipy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Pathologie, Toxicologie, Génétique et Nutrition
• Date : Soutenance le 25/08/2020
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• 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-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Kératinocytes

Macrophages

Pesticides -- Toxicologie

Mots clés libres

Pesticides

Macrophages

Kératinocytes

Inflammation cutanée

Polarisation

ROS

Cytokines/chimiokines

Pesticides

Macrophages

Keratinocytes

Skin inflammation

Polarization

ROS

Cytokines/chemokines

Résumé

L'utilisation des pesticides en agriculture a permis une énorme avancée en termes de rendements, de contrôle des ravageurs et des vecteurs de maladies. Cependant, des études épidémiologiques suggèrent que l'exposition cutanée aux pesticides, leur ingestion et leur inhalation pourrait affecter la santé humaine à travers une dérégulation des cellules du système immunitaire. Parmi ces cellules, les macrophages jouent un rôle clé dans la défense anti-infectieuse, anti-tumorale et dans le maintien de l'homéostasie cellulaire. Le dysfonctionnement par des pesticides, de l'une de ces fonctions pourrait avoir des conséquences graves sur le déclenchement et le développement de maladies infectieuses, auto-immunes, neurodégénératives et de cancers. Le premier objectif de cette thèse a consisté à évaluer l'impact de 7 pesticides de différentes classes chimiques, utilisés en arboriculture fruitière, sur les fonctions effectrices des macrophages dérivés de monocytes humains. Parmi ces pesticides seuls le boscalide n'a eu aucun effet. Le thiaclopride a favorisé la capacité des macrophages à produire des espèces réactives de l'oxygène (ROS) et de l'IL-10 en réponse à un stimulus inflammatoire. Le chlorpyrifos, le thiophanate et le zirame ont augmenté la production de ROS à faibles doses (0,01-0,1 µM) tandis qu'à fortes doses (10 µM) le chlorpyrifos, le zirame, le captane et le dithianon ont montré des effets immunosuppresseurs en réduisant la production de ROS et les cytokines pro-inflammatoires (IL-1ß, TNF-a). Ces données suggèrent qu'une exposition au chlorpyrifos, zirame, captane et dithianon, peut compromettre l'élimination des agents pathogènes microbiens par les macrophages. Le deuxième objectif a été de déterminer le mécanisme par lequel le zirame (diméthyldithiocarbamate de zinc) inhibe les fonctions effectrices des macrophages. Pour évaluer le rôle du zinc dans le mécanisme d'action de ce fongicide, nous avons comparé les effets du zirame à ceux du disulfirame, (dithiocarbamate sans zinc) en co-incubation ou non avec du sulfate de zinc. Nous avons montré que le zirame à 10 µM a complètement inhibé la fonction phagocytaire, l'hyperactivité oxydative et la production de TNF-a, IL-1ß, IL-6, CCL2 par des macrophages en conditions inflammatoires. Le disulfirame a eu les mêmes effets uniquement combiné avec du sulfate de zinc (10 µM). Le rôle du zinc dans l'effet du zirame a aussi été confirmé par la mise en évidence d'une induction dans les macrophages de l'expression (i) des gènes antioxydants HMOX1, SOD2, CAT, (ii) de gènes marqueurs d'une polarisation des macrophages vers un phénotype anti-inflammatoire M2 qui est souvent associé à diverses maladies liées à la suppression des défenses de l'hôte. Le troisième objectif a été de déterminer une exposition cutanée aux pesticides.[...]

The use of pesticides in agriculture has led to enormous progress in terms of yields, pest and disease vector control. However, epidemiological studies suggest that dermal exposure, ingestion and inhalation of pesticides could affect human health through deregulation of immune system cells. Among these cells, macrophages play a key role in anti-infectious and anti-tumor defense and in the maintenance of cell homeostasis. Dysfunction of any of these functions by pesticides could have serious consequences on the initiation and development of infectious, autoimmune, neurodegenerative diseases and cancers. The first objective of this thesis consisted in evaluating the impact of 7 pesticides of different chemical classes, used in fruit arboriculture, on the effector functions of human monocyte-derived macrophages (h-MDM). Among these pesticides, only boscalid had no effect. Thiacloprid promoted the ability of macrophages to produce reactive oxygen species (ROS) and IL-10 in response to an inflammatory stimulus. Chlorpyrifos, thiophanate and ziram increased ROS production at low doses (0.01-0.1 µM) while at high doses (10 µM) chlorpyrifos, ziram, captan and dithianon showed immunosuppressive effects by reducing ROS production and pro-inflammatory cytokines (IL-1ß, TNF-a). These data suggest that exposure to chlorpyrifos, ziram, captan and dithianon may compromise the elimination of microbial pathogens by macrophages.The second objective was to determine the mechanism by which ziram (zinc dimethyldithiocarbamate) inhibits the effector functions of macrophages. To assess the role of zinc in the mechanism of action of this fungicide, the effects of ziram were compared to those of disulfiram, (zinc-free dithiocarbamate) whether or not co-incubated with zinc sulfate. We showed that ziram at 10 µM completely inhibited phagocytosis, oxidative hyperactivity and the production of TNF-a, IL-1ß, IL-6, CCL2 by macrophages under inflammatory conditions. Disulfiram had the same effects only in combination with zinc sulfate (10 µM). The role of zinc in the effect of ziram was also confirmed by the demonstration of induction in macrophages of the expression of (i) antioxidant genes HMOX1, SOD2, CAT, (ii) marker genes for a polarization of macrophages towards an anti-inflammatory phenotype M2 which is often associated with various diseases related to the suppression of host defenses. The third objective was to determine dermal exposure to pesticides. Using monoculture and coculture models associating (or not) keratinocytes and hMDM on either side of a permeable membrane, we showed that dithianon at 10 µM, positively regulated TNF-a, IL-1ß, IL-6, IL-10, TGF-ß mRNAs after 48h in monoculture of keratinocytes and after only 24h in coculture with hMDM. We also established that keratinocytes exposed to 10 µM dithianon triggered ROS production by hMDM after 48 and 72 h of coculture.[...]