UE optionnelle C1BE5W11
« Toxicologie cellulaire »
Resp. Magalie Baudrimont, Professeur
Station Marine d’Arcachon
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
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)
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
-> 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
Cheminement d'un produit dans l'organisme
EXPOSITION
Voie cutanée Voie respiratoire Voie digestive
Air expiré Urine Fèces
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
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
1. Interactions entre xénobiotiques et molécules biologiques :
a. Les interactions fortes irréversibles et non spécifiques
* Liaisons de covalence
* Interactions avec les radicaux libres
1. Interactions entre xénobiotiques et molécules biologiques :
a. Les interactions fortes irréversibles et non spécifiques
* Liaisons de covalence
* 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 :