Discrimination of chemotoxic and radiotoxic effects of uranium : identification of biomarkers for assessment of occupational risk in the nuclear fuel cycle industry ?

La toxicité de l’uranium (U) résulte de la combinaison de ses propriétés chimiques, en tant que métal lourd, et de ses propriétés radiologiques, en tant qu’émetteur de rayonnements ionisants. L’identification de marqueurs biologiques permettant de discriminer pour un composé uranifère donné la part de sa toxicité chimique, de la part de sa toxicité radiologique, évite de sous-estimer les effets sur la santé des mélanges isotopiques ayant une faible activité spécifique et donc un faible impact en terme de dose tels que l’U appauvri en 235U. Les données de la littérature montrent que les meilleurs candidats pour répondre à cette problématique sont des marqueurs cytogénétiques. La recherche de biomarqueurs de contamination par l’U a été mise en oeuvre sur trois modèles cellulaires (fibroblastes de souris, lymphocytes de rat et humains) exposés à divers mélanges isotopiques de l’U (diverses activités spécifiques). Le test des micronoyaux (MN) avec marquage centromérique a été réalisé afin de discriminer les effets chimiotoxiques des effets radiotoxiques de l’U. Ces études révèlent que le seul dénombrement des cellules binucléées avec des MNx ne suffit pas à évaluer avec précision la génotoxicité de l’U. En revanche, les fréquences d’apparition de cellules binucléées avec des MNx centromères-négatifs ou avec un pont nucléoplasmique peuvent refléter le niveau des effets radiotoxiques de l’U. Par ailleurs, la numération des cellules binucléées avec des MNx centromères-positifs et des cellules mononuclées avec des MNx peut refléter le niveau des effets chimiotoxiques de l’U. Ces marqueurs cytogénétiques validés sur différents modèles biologiques permettent de déterminer pour un mélange isotopique donné de l’U la part des effets génotoxiques liée à sa chimiotoxicité de la part des effets génotoxiques liée à sa radiotoxicité. Ces marqueurs biologiques pourraient compléter les marqueurs classiques de dosimétrie pour évaluer les conséquences de la contamination interne à l’U.Uranium (U) is a heavy metal that is also considered as an alpha emitter. Thus the origin of U toxicity is both chemical and radiological. The identification of biomarkers to discriminate chemical and radiological toxicity for a given U compound is required to assess accurately the health effects of isotopic mixtures such as depleted U in 235U with a low specific activity. Data from the literature show that the best candidates are cytogenetic markers. In the present work, the assessment of biomarkers of U contamination was performed on three cellular models (mouse fibroblasts, rat lymphocytes and human lymphocytes) that were exposed to different isotopic mixtures of U. The cytokinesis-block micronucleus (MN) centromere assay was performed to discriminate the chemotoxic and radiotoxic effects of U. This study showed that the evaluation of micronuclei in binucleated cells could not assess U genotoxicity accurately. Instead, the assessment of centromerenegative micronuclei and nucleoplasmic bridges correlated with the radiotoxic effects of U. The evaluation of centromere-positive micronuclei and micronuclei in mononucleated cells correlated with the chemotoxic effects of U. These cytogenetic markers should be validated on different biological models and could be proposed to discriminate radiological and chemical toxicity of a given isotopic mixture of U. These four cytogenetic markers could be a useful complement of the classical dosimetric biomarkers for the assessment of internal uranium contamination

Discrimination des effets chimiotoxiques et radiotoxiques de l'uranium (définition de marqueurs biologiques pour l'évaluation des risques professionnels dans l'industrie du nucléaire)

La toxicité de l uranium (U) résulte de la combinaison de ses propriétés chimiques, en tant que métal lourd, et de ses propriétés radiologiques, en tant qu émetteur de rayonnements ionisants. L identification de marqueurs biologiques permettant de discriminer pour un composé uranifère donné la part de sa toxicité chimique, de la part de sa toxicité radiologique, évite de sous-estimer les effets sur la santé des mélanges isotopiques ayant une faible activité spécifique et donc un faible impact en terme de dose tels que l U appauvri en 235U. Les données de la littérature montrent que les meilleurs candidats pour répondre à cette problématique sont des marqueurs cytogénétiques. La recherche de biomarqueurs de contamination par l U a été mise en oeuvre sur trois modèles cellulaires (fibroblastes de souris, lymphocytes de rat et humains) exposés à divers mélanges isotopiques de l U (diverses activités spécifiques). Le test des micronoyaux (MN) avec marquage centromérique a été réalisé afin de discriminer les effets chimiotoxiques des effets radiotoxiques de l U. Ces études révèlent que le seul dénombrement des cellules binucléées avec des MNx ne suffit pas à évaluer avec précision la génotoxicité de l U. En revanche, les fréquences d apparition de cellules binucléées avec des MNx centromères-négatifs ou avec un pont nucléoplasmique peuvent refléter le niveau des effets radiotoxiques de l U. Par ailleurs, la numération des cellules binucléées avec des MNx centromères-positifs et des cellules mononuclées avec des MNx peut refléter le niveau des effets chimiotoxiques de l U. Ces marqueurs cytogénétiques validés sur différents modèles biologiques permettent de déterminer pour un mélange isotopique donné de l U la part des effets génotoxiques liée à sa chimiotoxicité de la part des effets génotoxiques liée à sa radiotoxicité. Ces marqueurs biologiques pourraient compléter les marqueurs classiques de dosimétrie pour évaluer les conséquences de la contamination interne à l U.Uranium (U) is a heavy metal that is also considered as an alpha emitter. Thus the origin of U toxicity is both chemical and radiological. The identification of biomarkers to discriminate chemical and radiological toxicity for a given U compound is required to assess accurately the health effects of isotopic mixtures such as depleted U in 235U with a low specific activity. Data from the literature show that the best candidates are cytogenetic markers. In the present work, the assessment of biomarkers of U contamination was performed on three cellular models (mouse fibroblasts, rat lymphocytes and human lymphocytes) that were exposed to different isotopic mixtures of U. The cytokinesis-block micronucleus (MN) centromere assay was performed to discriminate the chemotoxic and radiotoxic effects of U. This study showed that the evaluation of micronuclei in binucleated cells could not assess U genotoxicity accurately. Instead, the assessment of centromerenegative micronuclei and nucleoplasmic bridges correlated with the radiotoxic effects of U. The evaluation of centromere-positive micronuclei and micronuclei in mononucleated cells correlated with the chemotoxic effects of U. These cytogenetic markers should be validated on different biological models and could be proposed to discriminate radiological and chemical toxicity of a given isotopic mixture of U. These four cytogenetic markers could be a useful complement of the classical dosimetric biomarkers for the assessment of internal uranium contamination.AIX-MARSEILLE2-Bib.electronique (130559901) / SudocSudocFranceF

Poorly soluble cobalt oxide particles trigger genotoxicity via multiple pathways

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Low-solubility particles and a Trojan-horse type mechanism of toxicity: the case of cobalt oxide on human lung cells

Background: The mechanisms of toxicity of metal oxide particles towards lung cells are far from being understood. In particular, the relative contribution of intracellular particulate versus solubilized fractions is rarely considered as it is very challenging to assess, especially for low-solubility particles such as cobalt oxide (Co 3 O 4).Methods: This study was possible owing to two highly sensitive, independent, analytical techniques, based on single-cell analysis, using ion beam microanalysis, and on bulk analysis of cell lysates, using mass spectrometry.Results: Our study shows that cobalt oxide particles, of very low solubility in the culture medium, are readily incorporated by BEAS-2B human lung cells through endocytosis via the clathrin-dependent pathway. They are partially solubilized at low pH within lysosomes, leading to cobalt ions release. Solubilized cobalt was detected within the cytoplasm and the nucleus. As expected from these low-solubility particles, the intracellular solubilized cobalt content is small compared with the intracellular particulate cobalt content, in the parts-per-thousand range or below. However, we were able to demonstrate that this minute fraction of intracellular solubilized cobalt is responsible for the overall toxicity.Conclusions: Cobalt oxide particles are readily internalized by pulmonary cells via the endo-lysosomal pathway and can lead, through a Trojan-horse mechanism, to intracellular release of toxic metal ions over long periods of time, involving specific toxicity

Toxicity mechanisms of cobalt oxide particles (Co 3 O 4 P) on human lung cells: impact of solubilization.

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