Contribution des fractions chimiques et des voies de signalisation à la toxicité pulmonaire des PM2.5 et à la production des vésicules extracellulaires

Contribution of chemical fractions and signaling pathways to PM2.5 pulmonary toxicity and extracellular vesicle production

• Auteur / Autrice : Stéphanie Alkoussa
• Direction : Sylvain Billet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie, médecine et santé. Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 23/03/2022
• Etablissement(s) : Littoral
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de chimie environnementale et interactions sur le vivant
• Partenaire(s) de recherche : financeur : Pôle métropolitain de la Côte d'Opale
• Jury : Président / Présidente : Armelle Baeza-Squiban
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Huaux, Christophe Lefebvre, Odile Sergent
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Huaux, Christophe Lefebvre

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pollution atmosphérique -- Effets physiologiques

Effets de la pollution atmosphérique

Pollution -- Effets physiologiques

Mots clés libres

Pm2.5

Vésicules extracellulaires

Inflammation

Stress oxydant

Activation métabolique

Pm2.5

Extracellular vesicles

Inflammation

Oxidative stress

Metabolic activation

Résumé

Les particules fines, dont le diamètre aérodynamique équivalent est inférieur à 2,5 μm (PM2.5), sont spécialement nocives car elles peuvent pénétrer profondément dans les poumons et induire une toxicité locale et systémique via divers mécanismes de toxicité. Ce travail de thèse est axé sur quatre objectifs majeurs : (1) évaluer le rôle des PM2.5 ainsi que celui de leurs fractions organique et hydrosoluble dans la toxicité induite par les PM2.5, (2) déchiffrer les mécanismes toxicologiques sous-jacents, (3) étudier les interactions entre ces mécanismes et enfin (4) identifier les fractions et les voies de signalisation impliquées dans la stimulation de la libération des VE après exposition aux PM2.5. Des cellules BEAS-2B ont été exposées aux PM2.5 et à leurs extraits en présence ou non d’inhibiteurs spécifiques du stress oxydant et des voies TLR4 et AhR. Des différences au niveau des mécanismes activés en fonction des fractions soulignent l’impact de la composition chimique sur la toxicité particulaire. Le rôle de la voie AhR et du stress oxydant dans l’induction de la réponse pro-inflammatoire a été identifié. D’autre part, l’interférence entre la voie TLR4 et la voie AhR a été mise en évidence via la quantification du CYP1A1. En plus, les résultats issus de ce travail suggèrent que Nrf2 est activé uniquement après exposition à la fraction organique des PM2.5, et que ces trois voies de signalisation étudiées régulent son activation. Concernant les VE, le rôle des différentes fractions de PM2.5 ainsi que par les trois mécanismes de toxicité étudiés dans la stimulation de la sécrétion des VE par les cellules BEAS-2B exposées aux PM2.5 a été mis en évidence, en particulier l’importance du stress oxydant.

Fine particles, with an aerodynamic equivalent diameter less than 2.5 μm (PM2.5), are known for their harmful health effects. They can penetrate deep into the lungs and induce local and systemic toxicity through various toxicity mechanisms. This thesis project focuses on four major objectives: (1) to evaluate the role of PM2.5 as well as its organic and water-soluble fractions in PM2.5-induced toxicity, (2) to decipher the underlying toxicological mechanisms, (3) to study the interactions between these mechanisms, and finally (4) to identify the fractions and signaling pathways involved in stimulating the release of EVs after PM2.5 exposure. For this purpose, BEAS-2B cells were exposed to PM2.5 and its organic and water-soluble extracts in the presence or absence of specific inhibitors of oxidative stress, TLR4 and AhR pathways. According to our results, the complex chemical composition of PM2.5 was the main cause of its toxic effects, although each fraction contributes in a different way depending on the toxicity parameter studied. The role of the AhR pathway and oxidative stress in the induction of the pro-inflammatory response was identified. On the other hand, the interference between the TLR4 and AhR pathways was highlighted via the quantification of CYP1A1. In addition, the results of this work suggested that Nrf2 is activated only after exposure to the organic extract, and that these three signaling pathways studied regulate its activation. Concerning EVs, the role of the different PM2.5 fractions as well as the three toxicity mechanisms studied in the stimulation of EVs secretion by BEAS-2B cells exposed to PM2.5 has been demonstrated, in particular the importance of oxidative stress.