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Impacts d’une contamination métallique sur le métabolisme des rétinoïdes et la réponse au stress oxydant chez la perchaude (Perca flavescens).

Defo, Michel Amery (2015). Impacts d’une contamination métallique sur le métabolisme des rétinoïdes et la réponse au stress oxydant chez la perchaude (Perca flavescens). Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 462 p.

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Résumé

Généralement le terme « vitamine A » réfère à un groupe de molécules d’origine naturelle ayant une structure proche de celle du rétinol et capable d’exercer une activité biologique. En plus de jouer un rôle essentiel dans diverses fonctions physiologiques, certains rétinoïdes possèdent des propriétés antioxydantes. Cependant, l’action de lutte contre le stress oxydant ne sera efficace que si toutes les composantes du système de défense antioxydante, y compris enzymatiques, interagissent ensemble. Des études suggèrent qu’une exposition des poissons à certains métaux engendre un accroissement des espèces réactives à l’oxygène pouvant entrainer des dommages cellulaires graves. L’utilité de la perchaude (Perca flavescens) comme biomonitrice d’évaluation du risque des métaux en milieu naturel n’est plus à démontrer. C’est une espèce qui tolère la présence des métaux et les accumule dans ses tissus. Ubiquitaire en Amérique du Nord, elle domine dans certains lacs des zones minières et des fonderies du Canada, telle que la région de Rouyn-Noranda, Québec. Des preuves substantielles établissant un lien entre une exposition aux contaminants organiques et la perturbation du métabolisme des rétinoïdes existent. Cependant très peu d’études font état de l’impact des contaminants inorganiques, notamment celui des métaux, sur ce métabolisme. Ce projet de doctorat vise donc à évaluer les risques associés à la présence des métaux sur le métabolisme des rétinoïdes et à améliorer notre compréhension de l’impact des métaux sur les réponses au stress oxydant chez les poissons. L’hypothèse principale de l’étude postulait que les métaux, principalement le Cd, provoquent une perturbation du métabolisme des rétinoïdes par altération de l’action des enzymes clées, entraînant par la même occasion une accumulation anormale des métabolites dans les tissus des poissons. Quatre objectifs principaux ont été à la base de ce projet de doctorat. Le premier consistait à déterminer non seulement les impacts d’un gradient métallique sur le métabolisme des rétinoïdes, mais aussi la réponse des biomarqueurs du stress oxydant chez les populations de perchaudes sauvages. Afin d’atteindre cet objectif, nous avons échantillonné plusieurs lacs représentant un gradient de contamination métallique. Les résultats montrent que les poissons des lacs contaminés présentent des concentrations en rétinoïdes hépatiques et plasmatiques plus élevées. Ils suggèrent ainsi la mise en oeuvre des mécanismes de lutte contre le stress oxydant chez les poissons. De plus, bien que ces résultats concordent avec une augmentation du niveau de transcription du gène impliqué dans la synthèse de la rétinol déshydrogénase-2, ils contrastent cependant avec la diminution du pourcentage du déhydrorétinol libre observée dans le foie, traduisant alors un effet négatif des métaux sur les enzymes et/ou les protéines de liaison impliquées dans l’homéostasie des rétinoïdes. Conformément au postulat selon lequel une augmentation du niveau de transcription de la rétinol déshydrogénase-2 (rdh-2) accroit la protection contre le stress oxydant, nous avons observé une augmentation du niveau de transcription de la glucose-6-phosphate déshydrogénase (g6pdh) accompagnée d’une activité élevée de cette enzyme dans le foie. Par contre l’activité de la superoxide dismutase était faible. Cette faiblesse révèle que les métaux ont une influence négative sur les activités de certaines enzymes antioxydantes. Des études ont montré qu’en milieu naturel les variations saisonnières avaient une influence sur l’accumulation des métaux et sur la disponibilité des ressources alimentaires. C’est pourquoi le deuxième objectif de ce projet de doctorat a été de vérifier si une variation saisonnière des concentrations métalliques tissulaires avait des effets sur le métabolisme des rétinoïdes et sur la réponse des biomarqueurs du stress oxydant chez des perchaudes sauvages. Pour ce faire, nous avons échantillonné dans les mêmes lacs pendant deux saisons (printemps et automne). Les résultats indiquent une forte fluctuation saisonnière des concentrations des métabolites des rétinoïdes. De même, les valeurs du pourcentage du déhydrorétinol libre et celles du niveau de transcription de la rdh-2 dans le foie étaient plus importantes au printemps qu’en automne. Ces résultats seraient probablement liés à une fluctuation des facteurs qui affectent la biodisponibilité et la prise en charge des métaux et à une variation des ressources alimentaires entre les deux saisons. Une fluctuation temporelle dans l’expression de la g6pdh, de même que dans les activités de la glucose-6-phosphate déshydrogénase (G6PDH) ont été observées dans le foie des perchaudes échantillonnées dans les lacs contaminés, avec des valeurs de ces paramètres plus élevées au printemps qu’en automne. Ce résultat dénoterait une présence accrue d’espèces réactives à l’oxygène au printemps qu’en automne et supporterait l’hypothèse selon laquelle une variation des concentrations tissulaires entraine une variation des biomarqueurs impliqués dans les réponses au stress oxydant. La dépendance temporelle des changements dans le niveau de transcription des gènes est d’une importance considérable dans la détermination des impacts des polluants sur les organismes vivants. De ce fait, le troisième objectif de ce projet de doctorat consiste en l’étude, chez les perchaudes, de la dynamique temporelle de l'accumulation des métaux d’une part et de leurs conséquences sur le métabolisme des rétinoïdes et sur la réponse des biomarqueurs du stress oxydant d’autre part. Dans cette optique, des perchaudes juvéniles issues d’un lac de référence ont été transplantées dans un lac contaminé en métaux. L’exposition dans ces conditions a duré 1 et 4 semaines. Nos résultats montrent l’apparition d’une bioaccumulation significative durant les 4 premières semaines d’exposition avec pour conséquence une diminution des concentrations des métabolites des rétinoïdes (déhydrorétinyl palmitate), une réduction du pourcentage du déhydrorétinol libre et une baisse du niveau de transcription de la rdh-2 dans le foie. Ils suggèrent qu’une exposition aux métaux en milieu naturel affecte négativement les biomarqueurs du métabolisme des rétinoïdes. En outre, comparées à leurs homologues restées captives dans leur lac d’origine, les perchaudes transplantées dans le lac contaminé présentaient un niveau de transcription de la g6pdh, de la glutathion-S-transférase-3 microsomale (mgst-3) et de la Cu/Zn superoxide dismutase-1 (Cu/Zn sod-1) plus élevé suivi d’une augmentation des activités des enzymes correspondantes, sauf celle de la superoxide dismutase (SOD). De plus une augmentation des activités de la SOD et de la catalase (CAT) musculaires a été observée. Ces résultats traduiraient une réponse plastique du phénotype qui permet à l’organisme de mieux lutter contre le stress oxydant. Les expositions en milieux naturels impliquent rarement un seul facteur de stress responsable des effets biologiques néfastes. Pour définir la base sur laquelle les réponses à plusieurs facteurs de stress peuvent être comparées, les expositions de perchaudes à un seul métal dans des conditions contrôlées de laboratoire sont nécessaires. C’est la raison pour laquelle le dernier objectif de cette thèse réside dans le test au laboratoire des réponses obtenues de l’étude précédente. Pour ce faire, nous avons exposé les poissons aux Cd par voie directe durant six semaines. À l’instar des résultats obtenus au cours de l’étude de transplantation, il apparaît que le Cd affecte négativement les concentrations des métabolites de rétinoïdes dans le plasma et le muscle. Par contre, il induit une réponse synchrone et positive dans le niveau de transcription de la rdh-2 et dans les activités de la rétinyl ester hydrolase (REH) et de la lécithine déhydrorétinyl acyl transférase (LdRAT) du foie, suggérant une fois de plus un besoin pour la cellule de mieux lutter contre le stress oxydant. De plus, une augmentation du niveau de transcription de la catalase, de la g6pdh et de la mgst-3 a conduit à une augmentation des activités des enzymes correspondantes, sauf pour la dernière voie métabolique. De plus une baisse dans les activités de la GST musculaire a été notée laissant présumer l’existence d’autres mécanismes alternatifs de protection de la cellule contre le stress oxydant. Ce projet de doctorat nous a permis de mieux comprendre les mécanismes utilisés par la perchaude pour lutter contre le stress oxydant induit par une exposition métallique en milieu naturel. Ces mécanismes impliquent l’augmentation des concentrations des rétinoïdes et l’accroissement du niveau de transcription de certains gènes impliqués dans le métabolisme des rétinoïdes et dans la lutte contre le stress oxydant. Dans un contexte d’évaluation du risque environnemental des métaux, notre étude a permis de faire ressortir l’intérêt de combiner les études transcriptomiques et biochimiques dans la recherche de biomarqueurs d’effets. Finalement, ce projet de doctorat a illuminé notre compréhension des stratégies adoptées par les perchaudes pour s’adapter et vivre dans des milieux naturels en proie à la contamination métallique.

Type de document: Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Couture, Patrice
Co-directeurs de mémoire/thèse: Campbell, Peter G. C.; Bernatchez, Louis
Mots-clés libres: perchaude; Perca flavescens; métaux; exposition en laboratoire; biomarqueurs; rétinoïdes; stress oxydant; étude transcriptomique; étude biochimique; activité enzymatique; gradient de concentration; variation saisonnière; plasticité phénotypique
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 16 juin 2015 16:27
Dernière modification: 17 nov. 2015 16:22
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/2692

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