Effect of persistent organic pollutants on the alcohol and carbohydrate metabolisms
Effets des polluants organiques persistants sur le métabolisme de l'alcool et des glucides dans le foie
Résumé
Public authorities have implemented a number of mechanisms to combat the pollution arising from industrial and agricultural activities. Nevertheless, ecosystems and human beings remain exposed to several pollutants simultaneously, and in particular to the persistent organic pollutants (POPs), which makes the determination of the toxic effects of a mixture difficult. In order to respond to this problem, we have chosen to investigate whether POPs alone or in a mixture can alter hepatic functions. The goal of this study was to elucidate, in a human hepatic cell line model (HepaRG), 1) the role of the Aromatic Hydrocarbon Receptor (AhR) in the regulation of the expression of genes that encode enzymes of alcohol and retinoid metabolism, in the presence of TCDD and 2) the effects of the mixture of TCDD (25 nM)/ alpha-endosulfan (10 µM) on the metabolism of carbohydrates. Following exposure of differentiated HepaRG cells to TCDD, the expression of enzymes involved in alcohol and retinoid metabolism (ADH1, 4, 6) was decreased as soon as 8 hours post-exposure for the mRNAs coding for the genes and as soon as 72 h for the corresponding proteins. This decrease in the expression of the ADHs was mediated by the AhR-ARNT complex. This type of regulation also was observed for ADH4 in other models (in the human hepatic cell line HepG2, in primary human hepatic cells and in C57BL/6J mice). TGF-ß also is capable of decreasing ADH expression and, currently, we are investigating the involvement of this pathway in the response to TCDD. Exposition of HepaRG cells to the mixture (TCDD/alpha-endosulfan) decreased the levels of RNA or protein of several enzymes involved in carbohydrate metabolism (G6Pc, GLUT2, PCK, PFK1,..), decreased the production of glucose by 82 % and decreased the oxidation of glucose into CO2 by 36 %, without modifying the level of lactate, depending upon the culture conditions (presence or absence of glucose). These effects were mediated by the complex AhR/ARNT for TCDD and by the estrogen receptor for alpha-endosulfan. A long term exposition to this mixture at lower doses also altered the metabolism of glucose. The regulation of diverse metabolic pathways in the liver (for alcohols, retinoids and carbohydrates) was altered by the presence of these POPs alone or in a mixture. However, the link between the molecular mechanisms of activation of the signaling pathways by these xenobiotics and the decrease in the expression of the enzymes investigated has not been established fully. Our results suggest that the combination of the POPs that are persistent in the environment could alter hepatic functions thus leading to diverse diseases (metabolic syndrome or liver fibrosis for example).
Les pouvoirs publics ont mis en oeuvre différents dispositifs pour lutter contre la pollution issue de l'activité industrielle et agricole. Cependant, les écosystèmes et donc l'Homme en général restent exposés à divers polluants simultanément, en particulier les polluants organiques persistants (POP) rendant difficile la détermination des effets toxiques d'un mélange. Afin de répondre à cette problématique, nous avons choisi d'étudier si les POP seuls ou en mélange pouvait altérer les fonctions hépatiques. Ce travail de recherche a pour but d'étudier sur un modèle de cellules hépatiques humaines (HepaRG), 1) le rôle du récepteur aux hydrocarbures aromatiques (AhR) dans la régulation de l'expression des enzymes du métabolisme de l'alcool et des rétinoïdes en présence de TCDD ; 2) les effets du mélange TCDD (25 nM)/alpha-endosulfan (10 µM) sur le métabolisme glucidique. La TCDD diminue l'expression des alcools déshydrogénases (ADH1, 4, 6) responsables du métabolisme de l'alcool et des rétinoïdes dès 8 h (ARNm) et dès 72 h (protéines) de traitement dans les cellules hépatiques différenciées HepaRG. Cette diminution est induite par l'activation du complexe AhR/ARNT. Cette régulation a également été observée pour l'ADH4 dans la lignée cellulaire hépatique HepG2, dans une culture primaire d'hépatocytes humains et dans les souris C57BL/6J. Le TGF-ß diminue également l'expression des ADH et nous testons actuellement l'implication de cette voie dans la réponse à la TCDD. L'exposition au mélange TCDD/alpha-endosulfan diminue l'expression de plusieurs protéines impliquées dans le métabolisme glucidique (G6Pc, GLUT2, PCK, PFK1,..), la production de glucose (82 %) et l'oxydation du glucose en CO2 (36 %) sans modifier le taux de lactate en fonction des conditions de culture (présence ou non de glucose). Ces effets sont modulés par le complexe AhR/ARNT (TCDD) et par le récepteur aux oestrogènes (alpha-endosulfan). Une étude d'exposition chronique à faible doses de ce mélange altère également le métabolisme du glucose. La régulation de différents métabolismes hépatiques (alcool, rétinoïdes et glucides) est altérée par la présence de ces deux polluants seuls ou en mélange. Cependant le mécanisme moléculaire d'activation des voies de signalisation par ces xénobiotiques et la diminution d'expression des différentes enzymes n'a pas été complétement établi. Ces résultats suggèrent que la combinaison de polluants persistants de l'environnement pourrait participer à l'altération hépatique conduisant à diverses pathologies (syndrome métabolique, fibrose hépatique).
Domaines
Toxicologie
Origine : Version validée par le jury (STAR)