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Résistance aux xénobiotiques et stress environnementaux dans les coelomocytes d'échinodermes du Saint-Laurent

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Doussantousse, Émilie (2012). Résistance aux xénobiotiques et stress environnementaux dans les coelomocytes d'échinodermes du Saint-Laurent. Thèse. Rimouski, Québec, Université du Québec à Rimouski, Institut des sciences de la mer de Rimouski, 203 p.

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Résumé

RÉSUMÉ: Tous les organismes vivants ont la capacité de se débarrasser, dans une certaine
mesure, des molécules toxiques grâce à leur système de biotransformation. Le mécanisme
de résistance cellulaire aux xénobiotiques (MXR) permet d'expulser les molécules
indésirables avant la biotransformation (phase 0) ou après (phase III). Il s'agit d'un
véritable mécanisme de protection cellulaire de première ligne. Les mélanges toxiques de
contaminants présents dans l'environnement peuvent compromettre ce mécanisme de
défense lorsqu'ils interfèrent avec le transport de molécules indésirables par les protéines
MXR. Dans ce cas, ils permettent aux substances toxiques normalement expulsées de
s'accumuler dans la cellule. Les échinodermes de notre écosystème froid du Saint-Laurent
ont un rôle écologique très important à jouer et peu d'études sont disponibles sur leur
physiologie et leur toxicologie. Étant donné l'intérêt et l'importance des coelomocytes
autant pour l'organisme (système circulatoire responsable, entre autres, du système
immunitaire) que pour l'écotoxicologue (outils potentiels d'évaluation de la santé d'une
population), nous avons étudié la résistance aux xénobiotiques dans ces cellules. L'objectif
général de ce projet était d'étudier le mécanisme de résistance cellulaire aux xénobiotiques
dans les coelomocytes de l'étoile de mer polaire Leptasterias polaris, de l'oursin vert
Strongylocentrotus droebachiensis et du concombre de mer commun Cucumaria frondosa.
Nous avons aussi relié l'activité MXR avec les stress environnementaux que sont la
température et les contaminants.
Dans un premier temps, nous avons pu établir la présence d'un mécanisme de
protection cellulaire (MXR) dans les coelomocytes de L. polaris, de S. droebachiensis et de
C. frondosa. Les résultats nous indiquent qu'il y a très probablement un transporteur de la
famille des protéines associées à la résistance multiple (MRPs) et qu'au moins une
deuxième protéine MXR est présente, peut être une P-glycoprotéine (Pgp). Nous avons
utilisé deux méthodes de mesure. La première méthode en cytométrie en flux a donné
d'excellents résultats et nous a amené à poser l'hypothèse qu'une protéine de type MRPs
était probablement présente dans la membrane d'un organite cellulaire. La deuxième
méthode d'identification était une mesure directe et devait nous indiquer plus précisément
la nature de la ou des protéines MXR impliquées. Les résultats ont été moins significatifs
probablement par manque de spécificité des anticorps (pour l'analyse de transfert de type
Western) et le manque de purification des échantillons (pour l'analyse en spectrométrie de
masse). Cela nous a cependant permis de confirmer la présence d'activité MXR et de
trouver une protéine MVP (Major Vault Protein) dans les coelomocytes de l'oursin vert, S.
droebachiensis.
Dans un deuxième temps, nous avons confirmé le profil des acides gras particulier
des échinodermes dans les coelomocytes de L. polaris et S. droebachiensis : forte présence
des acides gras eicosapentoenoic (20:5n-3), 20:2 NMI et gadoleic (20: In-11). Nous
démontrons également une capacité de réorganisation des phospholipides membranaires
chez ces deux espèces en diminuant le degré d'insaturation des membranes,
particulièrement le 20 :5n-3 lors d'une augmentation de la température. Cependant, le
cholestérol ne participe pas au réarrangement des membranes puisque sa quantité reste
invariable, indépendamment de la température. Ainsi, L. polaris et S. droebachiensis sont
partiellement capables d' adaptation homéovisqueuse sans grande différence entre elles. De
plus, l'augmentation de la température ne semble pas avoir d' incidence sur la sortie de la
période de ralentissement métabolique observée l'hiver et mesurée sur les coelomocytes par
la méthode du sel de tétrazolium (MTT). La température n'est assurément pas le seul
facteur faisant sortir les échinodermes de leur ralentissement métabolique hivernal, d'autant
plus que la disponibilité de la nourriture était déficiente. Pour finir, en remodelant les
lipides, l'environnement physique membranaire des transporteurs MXR devrait être
maintenu malgré le changement de température et leur permettre d'assurer leur fonction
protectrice de la cellule.
Dans un troisième temps, en travaillant avec un stress toxique induit par un composé
simple ou une combinaison de deux contaminants, nous avons pu établir que les
coelomocytes de L. polaris étaient moins sensibles au tributylétain (TBT) que des cellules
analogues d' autres espèces d'invertébrés ou de vertébrés et n' étaient pas sensibles, ni au
phénanthrène (Phe) ni au dibultylétain (DBT). De plus, le TBT, en concentration nontoxique,
semble avoir pour effet d'augmenter la toxicité du Phe sur les coelomocytes de L.
polaris. D' une part, le Phe serait probablement directement impliqué dans le mécanisme de
transport MXR car il a engendré une augmentation de l'incorporation de la calcéine-AM
dans les coelomocytes. D'autre part, le TBT aurait plutôt un effet indirect sur le mécanisme
MXR puisque qu'il n a pas d 'effet détectable sur l'incorporation d' aucun substrat mais
plutôt un effet toxique supplémentaire lorsqu'il est combiné à la cyclosporine A.
L'étude de la contamination multiple est difficile et l'interprétation en est toujours
ardue. Nous pensons que l'étude des transporteurs MXR et du potentiel de
chimiosensibilisation des contaminants est très importante dans le suivi (de la description à
la prise de décisions politiques) de la qualité de l'environnement. La recherche sur l' aspect
environnemental des produits chimiques agissant comme des chimiosensibilisateurs n'en
est encore qu'à ses balbutiements. -- ABSTRACT: Allliving organisms have the ability, to sorne extent, to get rid of toxic molecules due
to their biotransformation system. The multixenobiotic resistance (MXR) can expel the
unwanted molecules out of the cell before biotransformation (phase 0) or later on (phase
III). The MXR transporters act as a first line of defence for the cell. Mixtures of
environmental contaminants can compromise this defence mechanism when they interact
with MXR proteins and the active transport of molecules. Toxic substances can then be
accumulated into cells instead of being expelled. Among marine invertebrates, echinoderms
of the cold St. Lawrence play a very important ecological role in ecosystem and few studies
are available on their physiology and ecotoxicology. Given the interest and importance of
coelomocytes for the echinoderm body itself (circulatory system responsible for, among
other things, the immune system) and for ecotoxicologists (potential tools for assessing a
particular population health), we studied the resistance of these cells to xenobiotics. The
overall objective of this project was to study the biochemical mechanisms of cellular
resistance to xenobiotics in coelomocytes of Leptasterias polaris, Strongylocentrotus
droebachiensis and Cucumaria frondosa. We also examined MXR activity in connection
with environmental stressors such as temperature and contaminants.
In a first step, we established the presence of a MXR mechanism in coelomocytes of
L. polaris, S. droebachiensis and C. frondosa. Results indicated a probable presence of a
family of transporters of multidrug resistance-associated proteins (MRPs) and at least one
additional MXR prote in, may be a P-glycoprotein (Pgp). Proteins were determined by two
different methods. The first method using flow cytometry was very successful and led us to
the hypothesis that a MRP-like protein was probably present in a membrane inside an
unidentified cell organelle. The second method of identification was a direct measurement
and should tell us more precisely which MXR protein was involved. The results were less
significant, probably due to a lack of specificity of sorne antibodies (Western blot analysis)
and an incomplete purification of samples (mass spectrometry analysis). MXR activity was
however confirmed in coelomocytes and a protein MVP (Major Vault Prote in) has been
detected in coelomocytes of the sea urchin, S. droebachiensis.
In a second step, we confirmed a particular fatty acids (F A) profile in the
coelomocytes of echinoderms L. polaris and S. droebachiensis; with a high proportion of
FA: eicosapentcenoic acid (20:5n-3), 20:2 NMI and gadoleic acid (20: ln-11). We also
demonstrated the capacity for the reorganization of membrane phospholipids in both
species by reducing the degree of membrane insaturation, especially FA 20:5n-3 wh en
temperature is increasing. However, cholesterol was not involved in the membrane
remodeling because its amount remained unchanged with temperature increase. Thus,
coelomocytes of L. polaris and S. droebachiensis are partially capable of an homeoviscous
adaptation with no difference between species. ln addition, a temperature increase did not
seem to contribute to a re-activation of the winter metabolic slowdown (measured on
coelomocytes by the method of the microculture tetrazolium salt assay). Temperature is
certainly not the only factor bringing echinoderms out their winter metabolic slowdown,
especially wh en food is not available. Finally, by remodeling their membrane Iipids, the
physical environment of membrane MXR transporters, and thus their protective function of
the cell, should be maintained.
In a third step, working with a toxic stress induced by a single contaminant or a
combination of two, we established that the L. polaris coelomocytes were less sensitive to
tributyltin (TBT) than similar cells from invertebrate species or vertebrates, and were not
sensitive, to either phenanthrene (Phe) or dibultytin (DBT). In addition, a non-toxic
concentration of TBT appeared to increase Phe toxicity in L. polaris coelomocytes. In first
instance, Phe is probably directly involved in the transport by MXR proteins because it led
to an increase of calcein-AM incorporation in the coelomocytes. On the other hand, TBT
would seem to have an indirect effect on the MXR mechanism, since no detectable effect
on the incorporation of any substrate was recorded, but rather an additional toxic effect was
observed when combined with cyclosporin-A.
The study of multiple contamination and its interpretation is a difficult task. We
believe that the study of MXR transporters and the potential for chemosensitization of
contaminants is a very important topic in environmental biomonitoring (from the
descriptive level to the decision-making level). Research on the environmental behavior of
chemicals that act as chemosensitizers is still in its enfancy.

Type de document : Thèse ou Mémoire (Thèse)
Directeur(trice) de mémoire/thèse : Pelletier, Émilien
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse : Beaulieu, Lucie
Information complémentaire : Thèse présentée à l'Université du Québec à Rimouski dans le cadre du programme de doctorat en océanographie pour l'obtention du grade de philosophiae doctor ès sciences (PhD. Sc.).
Mots-clés : Echinoderme Coelomocyte Tributyletain Dibutyletain Phenanthrene Resistance Xenobiotique Stress Environnement Temperature Contaminant
Départements et unités départementales : Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER) > Océanographie
Déposé par : DIUQAR UQAR
Date de dépôt : 11 juill. 2013 13:23
Dernière modification : 13 mars 2015 15:32
URI : http://semaphore.uqar.ca/id/eprint/722

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