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Immunotoxic Impact of Pharmaceuticals on Harbor Seal (Phoca vitulina) Leukocytes

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Kleinert, Christine (2017). Immunotoxic Impact of Pharmaceuticals on Harbor Seal (Phoca vitulina) Leukocytes Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en biologie, 184 p.

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Résumé

La contamination anthropogénique des régions côtières et estuaires a des conséquences pour la santé de l’écosystème. L'exposition des organismes de niveau trophique aux contaminants historiques a été corrélé à des défauts de reproduction, à l’apparition de cancer, et à la favorisation de maladies infectieuses qui peuvent conduire parfois à des évènements de mortalité de masse. Les principes actifs pharmaceutiques représentent une catégorie de contaminants d’intérêt croissant du fait de leur petite taille, de leur habileté à traverser les membranes, et de leur capacité à interagir avec les systèmes biologiques. L’étude de l’effet potentiel de leur combinaison entre eux ou à d’autres familles de composés en milieu aquatique en n'est qu'à ses premiers balbutiements.

Mon travail de thèse se décompose en trois études ayant pour but l’évaluation de l’effet que des composés pharmaceutiques, seuls ou en combinaison, peuvent avoir sur le système immunitaire adaptatif des phoques communs (Phoca vitulina). Un ensemble de biomarqueurs a été utilisé pour évaluer la toxicité aigüe des principes actifs pharmaceutiques au niveau cellulaire ainsi que plus finement au niveau de l’expression de certains gènes. L’objectif principal était d’établir des courbes dose-réponse, ainsi que de déterminer la toxicité (IC50) pour les composés sélectionnés.

La première étude consistait à évaluer de l’immunotoxicité de composés pharmaceutiques sur une lignée cellulaire dérivée d’un lymphome à cellules B de phoque commun. Des biomarqueurs comme la prolifération lymphoblastique, le cycle cellulaire et l’apoptose, ainsi que la viabilité ont été utilisés pour mesurer le niveau de toxicité de composés pharmaceutiques, seuls ou en combinaison. La prolifération lymphoblastique ainsi que le cycle cellulaire ont été affectés lors de l’utilisation de certains composés. Par ailleurs, les tests (à l'exception de celui de viabilité) ont révélé des effets synergiques lors du traitement avec des combinaisons de composés.

La deuxième étude consistait à évaluer de l’immunotoxicité de composés pharmaceutiques sur des cultures primaires de lymphocytes T de chiots de phoques communs en liberté. Dans cette étude, la prolifération lymphocytaire a été inhibée alors que la viabilité est demeurée globalement inchangée lors de traitements avec les composés, seuls ou en combinaison. Les effets des combinaisons de composés n'ont pas été additifs. Les lymphocytes T étaient plus sensibles aux composés individuels que la lignée cellulaire dérivée d’un lymphome à cellules B, mais moins sensibles aux combinaisons.

Lors de la troisième étude, nous voulu vérifier si le composé pharmaceutique le plus toxique lors des études précédentes (17α-ethinyl estradiol, EE2), à des concentrations inférieures, était capable d’interférer avec l’expression de certains gènes, dans le but d’identifier plus précisément les mécanismes de toxicité. Nous avons observé une toxicité sur la lignée cellulaire dérivée d’un lymphome à cellules B associée a une augmentation importante de l’expression de l’ARNm de la protéine de choc thermique de 70 kDa uniquement pour les concentrations entrainant des effets sur la prolifération et le cycle cellulaire.

Dans son ensemble, ce travail a suggéré que le système immunitaire du phoque commun pouvait être affecté par l’exposition à des composés pharmaceutiques présents dans l’environnement, cependant à des concentrations supérieures à celles mesurées actuellement.

Abstract

Anthropogenic contamination of coastal regions and estuaries has consequences for the ecosystem’s health. Exposure to legacy contaminants in organisms of higher trophic levels has been linked to an impairment of reproduction, occurrence of cancer, and an increase in infectious diseases that even led to mass mortality events. Active pharmaceutical ingredients (APIs) are a contaminant class of emerging interest, since the molecules are rather small, penetrate membranes easily and were designed to interact with a biological system. Their potential effect in the cocktail of substances in the aquatic environment just begun to be discovered.

During the course of this dissertation work, three studies were implemented to elucidate the effect that pharmaceuticals and pharmaceutical mixtures can have on the adaptive immune system of harbor seals (Phoca vitulina). A battery of biomarkers was used to assess the acute toxicity of APIs on the cellular as well as the gene expression level. The main objective was to determine dose-response curves and IC50 values for the selected compound list.

In a first study, immunotoxicity of pharmaceuticals on a harbor seal B cell lymphoma cell line was assessed. Biomarkers like lymphocyte proliferation, cell cycle and apoptotic events as well as viability were used to determine the range of toxicity of individual pharmaceuticals and pharmaceutical mixtures. Both lymphocyte proliferation and the cell cycle were impacted by some of the individual compounds, and mixtures demonstrated synergistic effects in all assays, but the viability assay.

In a second study, the immunotoxic effect of pharmaceuticals on T lymphocytes of free-ranging harbor seal pups was determined. Lymphocyte proliferation was inhibited while viability remained mainly unaffected for all individual compounds and mixtures tested. Mixtures had non-additive mixed effects. T lymphocytes were more sensitive to individual compounds than the B cell lymphoma cell line, but less sensitive to binary mixtures of pharmaceuticals than the cell line.

In a third study, we wanted to assess if the most toxic pharmaceutical compound in our study (17α-ethinyl estradiol, EE2) would present toxic effects at lower concentrations at the gene expression level compared to the cellular level that was tested in previous studies, and furthermore discover potential mechanisms of action of the toxic response. We observed a toxicity towards the harbor seal B lymphoma cell line with a strong increase of the 70 kDa heat shock protein mRNA in those concentrations only that caused effects at the cellular level (i.e. lymphocyte proliferation and cell cycle changes).

Overall this work suggests that the immune system of harbor seals can be affected by an exposure to pharmaceutical compounds, however at higher concentrations than currently found in the environment.

Type de document: Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Fournier, Michel
Co-directeurs de mémoire/thèse: De Guise, Sylvain (University of Connecticut)
Mots-clés libres: -
Centre: Centre INRS-Institut Armand Frappier
Date de dépôt: 01 mai 2018 14:36
Dernière modification: 01 mai 2018 14:36
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/6691

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