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Mécanismes cellulaires et physiologiques des stades de développement de l'oursin vert en réponse aux nanoparticules d'argent

Da Silva Magesky, Adriano (2016). Mécanismes cellulaires et physiologiques des stades de développement de l'oursin vert en réponse aux nanoparticules d'argent. Thèse. Rimouski, Québec, Université du Québec à Rimouski, Institut des sciences de la mer de Rimouski, 307 p.

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Résumé

RÉSUMÉ: Les nanoparticules d’argent (AgNPs) sont de plus en plus incorporées à des produits d’usage quotidien compte tenu de leurs propriétés physico-chimiques et antimicrobiennes. Il est déjà établi que l’argent relâché par ces produits se retrouve dans les eaux usées. Ainsi, la possibilité qu’une combinaison massive d’utilisation des produits de consommation puisse augmenter la concentration de l’argent dans les écosystèmes marins est nettement présente. Ceci demande donc des efforts pour comprendre la toxicité des AgNPs chez les invertébrés marins, plus spécifiquement au cours de leurs stades de développement. Les étapes de l’embryogénèse, de la métamorphose des larves échinoplutei et le développement juvénile de l’oursin vert Strongylocentrotus droebachiensis ont été utilisées comme modèles biologiques. Les objectifs du projet reposent sur les hypothèses suivantes : (1) la sensibilité aux contaminants existe en fonction des transformations morphologiques subies par les trois feuillets tissulaires de base (l'ectoderme, le mésoderme et l'endoderme), ses dérivés et les cavités cœlomiques (l’axocœle, l’hydrocœle et la somatocœle); (2) les voies d’entrée des contaminants et l’augmentation de l’espace interne des cavités coelomiques optimisent respectivement l’assimilation, la distribution et l’accumulation des xénobiotiques; (3) lors de l’exposition à des concentrations sous-létales, les organismes réagissent par des mécanismes cellulaires précis à chaque contaminant en un temps relativement court. Nous avons utilisé diverses méthodes comme la microscopie confocale, la microscopie électronique à transmission, l’analyse chimique par ICP-MS, les essais fluorimétriques, l’immunoblotting et une grande série de biotests pour arriver à nos résultats. Au cours du développement, les processus de transformation subis par les organismes expliquent le changement de toxicité des ions Ag et des AgNPs. L’ectoderme perméable de l’embryon, le tractus gastrointestinal et les cavités coelomiques secondaires des larves et des juvéniles ont montré que les contaminants peuvent arriver par différentes voies. Lorsque combiné aux nanotubes de carbone, l’argent ionique a perturbé de façon significative le développement. La cavité periviscérale et les peritoneocytes semblent être essentiels à la nano-translocation interne chez les larves et les juvéniles. En plus, le nanoAg semble être lié à l’activité phagocytaire et cytoprotective des coelomocytes. L’argent libre conduit à un processus d’oncosis suivi par la nécrose, alors que le nano-argent est relié à des processus apoptotiques. Pendant que les ions Ag+ (et ses complexes solubles) mobilisent davantage la coopération des spherulocytes et des amoebocytes avec l’expression des hsp70 dans les réactions de coagulation et réparation chez les juvéniles, les AgNPs mènent à une plus forte expression des hsp 60 et 70, du type protectif. La réponse au stress est aussi adaptée aux cohorts juvéniles : les organismes les plus petits contaminés avec l’argent libre ont exprimé les hsp70 à 24h tandis que les plus grands l’ont fait à 48h. Les mécanismes de toxicité de chaque forme chimique de l’argent sont discutés en fonction des différents groupes cellulaires et des spécificités morphologiques de chaque stade. -- Mot(s) clé(s) en français : Oursins verts, nanoparticules d’argent, mécanismes, toxicité, stress physiologique et cellulaire, microscopie confocale, MET, développement. -- ABSTRACT: Silver nanoparticles (AgNPs) are increasingly incorporated into daily use products given their antimicrobial and physicochemical properties. It has already been proven that silver released from these products will be found in wastewaters. Thus, the possibility that a combination of a massive use of products related to silver can increase its concentration in the marine ecosystems is clear. Thus, new efforts to understand the AgNP toxicity in marine invertebrates and specifically in their development stages are highly needed. The stages of embryogenesis, metamorphosis of echinoplutei larvae and juvenile development of the sea urchin Strongylocentrotus droebachiensis were used as biological models. The project was based on the following assumptions: (1) sensitivity to contaminants is based on morphological transformations of the three basic tissue layers (ectoderm, mesoderm and endoderm), its derivatives and the coelomic cavities (the axocœl, the hydrocœl and somatocoel); (2) new routes for contaminants and increasing inner space of coelomic cavities maximize assimilation, respectively, distribution and accumulation of xenobiotics; (3) exposed to sub-lethal concentrations, organisms react with specific cellular mechanisms to each contaminant in a relatively short time. We have been using a number of techniques such as confocal microscopy, transmission electron microscopy, chemical analysis by ICP-MS, fluorimetric assays, immunoblotting and several bioassays to achieve our objectives. Many transformation processes experienced by organisms explained how toxicity of Ag+ ions and AgNPs could shift during development. The permeable ectoderm of embryos, the gastrointestinal tract and secondary coelomic cavities of larvae and juveniles showed that contaminants can be uptake in different ways. When combined with carbon nanotubes, free silver significantly disturbed the development. The perivisceral cavity and peritoneocytes seem to be essential to the internal nano-translocation in larvae and juveniles. In addition, the nanoAg modulated phagocytic activity and cytoprotective mechanisms in coelomocytes. Ionic silver (and soluble complexes) seemed to lead to an oncosis process followed by necrosis, while nanosilver was associated to an apoptotic-like process. While free Ag further mobilized the cooperation of spherulocytes and amoebocytes with hsp70 expression for coagulation and repair in juveniles, AgNPs led to a stronger protective expression of both hsp 60 and 70. The timing for stress response followed juvenile cohorts: smaller individuals contaminated with Ag+ ions expressed hsp 70 at 24h while the larger ones did so at 48h. Overall, mechanisms of toxicity of each silver chemical form are discussed in terms of different cell groups and morphological features of each stage. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Sea urchins, silver nanoparticles, mechanisms, cellular toxicity, physiological mechanisms, heat schock proteins, confocal microscopy, transmission electron microscopy, development.

Type de document: Thèse ou Mémoire (Thèse)
Directeur de mémoire/thèse: Pelletier, Émilien
Informations complémentaires: Thèse présentée dans le cadre du programme de doctorat en océanographie en vue de l'obtention du grade de Philosophiae doctor.
Mots-clés: Oursin Vert Strongylocentrotus Droebachiensis Developpement Argent Nanoparticule Toxicite
Départements et unités départementales: Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER) > Océanographie
Déposé par: DIUQAR UQAR
Date de dépôt: 06 juill. 2017 14:41
Dernière modification: 06 juill. 2017 14:41
URI: http://semaphore.uqar.ca/id/eprint/1228

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