cours mb 1 & 2

UE optionnelle C1BE5W11

« Toxicologie cellulaire »

Resp. Magalie Baudrimont, Professeur

Station Marine d’Arcachon

[email protected]

Principaux thèmes abordés en cours

Concepts de base en Toxicologie cellulaire

Effets génotoxiques des polluants et cancérogenèse

Mécanismes de biotransformation des contaminants

organiques

Intoxication métallique (exemple du Cu, du Cd, de l’U)

: mécanismes de transport, de protection intra-cellulaire

(métallothionéines, pompes MDR, …), effets toxiques

Interactions alcool - médicaments

Travaux dirigés Analyse d’articles de recherche et exercices dirigés

Travaux pratiques Réalisation d’un test d’écotoxicité chez l’huître

Détermination du pouvoir antioxydant de différentes boissons

A l’échelle de la cellule Produit toxique

Devenir dans le milieu

extracellulaire

Accessibilité à la

barrière biologique

Interactions avec la

membrane plasmique . Fixation

. Perturbations structurales et

fonctionnelles

. Transport transmembranaire

Devenir dans le milieu

intracellulaire

Interactions avec différentes cibles

intracellulaires – effets toxiques . Altération de l’ADN – génotoxicité -

cancérogenèse

. Biotransformation des composés organiques

. Séquestration cytosolique des métaux

(métallothionéines)

. Interaction avec des récepteurs

cytoplasmiques

. Altérations mitochondriales - apoptose

Détoxication,

élimination

Toxicologie

- La toxicocinétique : mouvements de traversée des barrières

biologiques, de répartition tissulaire et de métabolisation/élimination

de l’organisme

- L’initiation : action directe du toxique sur les récepteurs et

molécules cibles

- La toxicodynamique : ensemble des conséquences qui suivent

indirectement l’initiation = effets périphériques (toxico)pathologiques (ou

systémiques) produits sur d’autres groupes de cellules, tissus et

organes

Trois étapes dans l’intoxication :

Xénobiotique = substance étrangère à l’organisme :

polluants, médicaments, alcool, drogues, etc…

Produit toxique = substance capable de perturber le

fonctionnement normal d’un organisme vivant.

Produit de source naturelle : poussières, pollens, …,

ou artificielle : urée-formaldéhyde, …, ou de nature

chimique : acétone, …, ou biologique : aflatoxines,

anthrax, …

Produits Activités ou métiers

Catégories Ingrédients

Fongicides Chlorothalonil, captane

Herbicides Cyanasine, 2,4-D, dazomet, mécoprop,

trifluraline

Agriculture

Insecticides Diazinon, diméthoate, malathion,

pyrèthre

Colles Acétone, dichlorométhane, heptane,

hexane, méthyléthylcétone, toluène Fabrication de chaussures

Nettoyeurs Acide acétique, solvant Stoddard

Mastic à carrosserie Styrène

Pigments Oxyde de zinc, oxyde d'aluminium

Plastifiants Isocyanates

Entretien et réparation de

carrosseries automobiles

Solvants Méthyl isobutyl cétone, acétate d'éthyle,

toluène

Antiodorants Alcool éthylique, ortho-phénylphénol

Décapants pour

planchers

Hydroxyde de sodium, métasilicate de

sodium, éther monométhylique de

l'éthylène glycol

Détergents liquides Alcool isopropylique, alcool méthylique,

hydroxyde d'ammonium

Détergents solides Hydroxyde de sodium, tripolyphosphate

de sodium

Lave-vitres Alcool isopropylique

Entretien ménager

Nettoyeurs,

dégraisseurs

Métasilicate de sodium, phosphate de

sodium tribasique

Imprimerie Solvants Acétone, toluène, xylène

Pigments Chromate de plomb, jaune de zinc, noir

de carbone

Polymères, résines

Isocyanurate de triglycidyle (TGIC),

polymère d'épichlorohydrine et de

bisphénol A

Fabrication et utilisation de

peintures

Solvants Acétate d'éthyle, alcool butylique, solvant

stoddard, toluène, xylène

Matériaux de

construction Amiante, fibre de verre, laine de verre

Produits de

combustion

Dioxyde de carbone, monoxyde de

carbone, oxydes d'azote

Service des incendies

Produits de

décomposition

Acétaldéhyde, cyanure d'hydrogène,

formaldéhyde, fumée

Désinfectants Formaldéhyde, glutaraldéhyde, chlorure

de benzalkonium, peroxyde d'hydrogène

Anesthésiques

volatiles Isoflurane, protoxyde d'azote

Soins de santé

Médicaments pour

inhalothérapie

Dipropionate de béclométhazone, sulfate

de salbutamol

Fumées Oxydes de fer, oxydes de zinc, oxydes de

manganèse Soudure

Gaz Monoxyde de carbone, oxydes d'azote,

ozone, phosgène, phosphine

1. Voie orale : ingestion volontaire ou accidentelle (eau, aliments)

1. Absorption

2. Voie pulmonaire (gaz, fumée, vapeur, poussière)

5. Voie muqueuse (application directe)

3. Voie cutanée (nébulisation, aspersion, contact irritant)

4. Voie transdermique ou parentérale (injection)

Au niveau membranaire

Principales voies d’absorption

1. Par le tube digestif (ingestion)

Absorption dans l’estomac

COO-

+ H+

COOH

Acide benzoïque

Estomac (pH 2) Plasma (pH 7,4)

1 100

COOH

1

COO-

+ H+

2512

Aniline

NH3+

H+ +

NH2

1000 1

NH2

+ H+

251

NH3+

1

Absorption dans l’intestin

Intestin (pH 6) Plasma (pH 7,4)

COO-

+ H+ Acide benzoïque

100

COOH

1

COOH COO-

+ H+

1 2512

Aniline

NH3+

1

H+ +

NH2

10

NH2

+ H+

251

NH3+

1

Membrane

plasmique

2. Par les voies respiratoires (inhalation)

Substance Solubilité dans

l'eau Absorption Remarque

Dioxyde de soufre

(SO2)

Très soluble

Pénètre peu profondément

dans le système respiratoire

Se limite au nez.

Absorption par le

mucus et le tissu.

Monoxyde de carbone

(CO)

Peu soluble

Pénètre profondément dans

le système respiratoire

Passe dans le sang et

est distribué dans

l'organisme.

Gaz et vapeurs

Poussières et particules

De 10-3 µm (agrégats moléculaires) à 100 µm (poussières) :

Poussières et particules

-> 10 µm : arrêtées par les voies respiratoires hautes (nez)

-2/3 à 10 µm : pénètrent dans la région rhinopharyngienne

(absorbées par l’épithélium ou avalées avec le mucus et

absorbées dans le tube digestif), voire dans les bronches et

les bronchioles

-< 2/3 µm : atteignent les alvéoles pulmonaires, mais sont soit

aspirées vers le haut par les mécanismes mucociliaires, soit

phagocytées

Particules les plus dangereuses :

diamètre < 0,5 µm et 5 à 15 µm de long

- 25% des particules inhalées sont exhalées ;

- 50% sont déposées dans les zones supérieures (soit expectorées, soit

avalées) ;

- et 25% sont absorbées dans les zones profondes des voies

respiratoires (alvéoles).

Fibrose Cancer

Taille des particules d’amiante :

5 à 200 µm de long et < 3 µm d’épaisseur

Réaction de Fenton

Fe(II) + H2O2 Fe(III) + OH- + OH°

(Fe(II) + O2 Fe(III) + O2°-)

Inhalation/Circulation

lymphatique

Amiante (fer)

Plèvre,

péritoine,

poumon

(eau=H2O)

Macrophage activé Atteinte génomique

O+Fe=EAO

Espèces activées de l’oxygène

Toxicité Toxicité

ADN

Lésion cellulaire

Prolifération

cellulaire

Hyperplasie

Fibrose

Tumeur maligne

- Effets à court terme : maladies

respiratoires (asthme) et cardiaques

- Effets à long terme : cancérogenèse

4. Par la peau (contact)

Effet de l'absorption du malathion chez l'humain en fonction du point de contact

Région Absorption (%)

Front 23,2

Avant-bras 6,8

Dos de la main 12,5

Paume de la main 5,8

Abdomen 9,4

Plante du pied 6,8

Couche

cornée

Cellules mortes, minces,

adhérentes, fibreuses

Poreux, non

sélectif, aqueux

2. Distribution tissulaire

Cheminement d'un produit dans l'organisme

EXPOSITION

Voie cutanée Voie respiratoire Voie digestive

Air expiré Urine Fèces

3. Métabolisation / élimination / excrétion = détoxication

1. Excrétion urinaire (rénale)

2. Métabolisation hépatique et excrétion biliaire

3. Autres voies d’excrétion, plus mineures :

-Les poumons : par l’air expiré par simple diffusion à travers les

membranes cellulaires (anesthésiques = chloroforme, halothane)

-La peau : par la sueur (diffusion limitée aux formes neutres,

liposolubles des toxiques)

-Le Lait : une des causes fréquentes d’intoxication de nouveaux-

nés ou de jeunes animaux en agriculture (par diffusion simple des

composés lipophiles type DDT et PCB qui se concentrent dans le

lait en raison de sa teneur importante en lipides)

DDT = dichlorodiphényltrichloroéthane

PCB = polychlorobiphényles

1. Cibles cellulaires principales

1. Les protéines

-Protéines de structure (ex: hexane C6H14 et silice)

-Enzymes effets spécifiques (réversibles sur l’acétylcholine estérase :

carbamates ou irréversibles par liaisons de covalence avec la Monoamine

oxydase)

effets non spécifiques (Pb, Hg)

-Protéines transporteurs : hémoglobine (CO, nitrites, amines aromatiques)

2. Les coenzymes (métaux agents chélateurs : cyanures et dithiocarbamates)

3. Les lipides (péroxydation des acides gras : CCl4 / éther, halothane / Hg, Cd /

solvants, agents amphotères / Cu)

4. Les acides nucléiques

Destruction cellulaire par les produits chimiques

1. Par un toxique caustique : bases ou acides forts, agents oxydants

2. Par un toxique générateur de radicaux libres, par ex OH..

stress oxydant

3. Par un toxique qui inhibe le fonctionnement de certaines

structures (mitochondries) apportant l’énergie chimique aux

organites

2. Mécanismes conduisant à la cytotoxicité et

à la mort cellulaire

Cible des toxiques au niveau de la production

d’énergie chimique aux organites

EAO Cd

-

Destruction cellulaire par les produits chimiques

1. Par un toxique caustique : bases ou acides forts, agents oxydants

2. Par un toxique générateur de radicaux libres, par ex OH.

stress oxydant

3. Par un toxique qui inhibe le fonctionnement de certaines

structures (mitochondries) apportant l’énergie chimique aux

organites

4. Par un toxique qui inhibe ou altère une structure indispensable

à l’une des fonctions cellulaires nécessaires à la survie

5. Altérée dans son fonctionnement prolongé (survie pathologique)

A. Quels sont les évènements biochimiques qui vont conduire à la

cytotoxicité et à la mort cellulaire?

1. Interactions entre xénobiotiques et molécules biologiques :

a. Les interactions fortes irréversibles et non spécifiques

* Liaisons de covalence

GSH : g-glutamyl-cystéinyl-glycine

Ex : Adénine Guanine




* Interactions avec les radicaux libres

Radical lipidique

Hydropéroxydes

lipidiques

Marqueur de

péroxydation

lipidique




* Interactions avec les radicaux libres

b. Interactions faibles et réversibles (liaisons hydrogène, forces de Van der

Waals) spécifiques (ex: Lipides/anesthésiques ; récepteurs/toxines du SN ;

dimères de tubuline/colchicine ; …)

2. Perturbations physiologiques :

B. La mort cellulaire : nécrose et apoptose

Nécrose

Apoptose

Corps

nécrotiques

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