Inhibition of rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) P450 aromatase activities in brain and ovarian microsomes by various environmental substances

International audienceAromatase, a key steroidogenic enzyme that catalyses the conversion of androgens to estrogens, represent a target for endocrine disrupting chemicals. However, little is known about the effect of pollutants on aromatase enzymes in fish. In this study, we first optimized a rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) microsomal aromatase assay to measure the effects of 43 substances belonging to diverse chemical classes (steroidal and non steroidal aromatase inhibitors, pesticides, heavy metals, organotin compounds, dioxins, polycyclic aromatic hydrocarbons) on brain and ovarian aromatase activities in vitro. Our results showed that 12 compounds were able to inhibit brain and ovarian aromatase activities in a dose-dependent manner with IC50 values ranging from the low nM to the high uM range depending on the substance: steroidal and non steroidal inhibitors of aromatase (4-hydroxyandrostenedione, androstatrienedione, aminogluthethimide), imidazole fungicides (clotrimazole, imazalil, prochloraz), triazole fungicides (difenoconazole, fenbuconazole, propiconazole, triadimenol), the pyrimidine fungicide fenarimol and methylmercury. Overall, this study demonstrates that rainbow trout brain and ovarian microsomal aromatase assay is suitable for evaluating potential aromatase inhibitors in vitro notably with respect to environmental screening. The results highlight that methylmercury and some pesticides that are currently used throughout the world, have the potential to interfere with the biosynthesis of endogenous estrogens in fish

Expression of Zebra Fish Aromatase cyp19a and cyp19b Genes in Response to the Ligands of Estrogen Receptor and Aryl Hydrocarbon Receptor

Many endocrine-disrupting chemicals act via estrogen receptor (ER) or aryl hydrocarbon receptor (AhR). To investigate the interference between ER and AhR, we studied the effects of 17β-estradiol (E2) and 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD) on the expression of zebra fish cyp19a (zfcyp19a) and cyp19b (zfcyp19b) genes, encoding aromatase P450, an important steroidogenic enzyme. In vivo (mRNA quantification in exposed zebra fish larvae) and in vitro (activity of zfcyp19-luciferase reporter genes in cell cultures in response to chemicals and zebra fish transcription factors) assays were used. None of the treatments affected zfcyp19a, excluding the slight upregulation by E2 observed in vitro. Strong upregulation of zfcyp19b by E2 in both assays was downregulated by TCDD. This effect could be rescued by the addition of an AhR antagonist. Antiestrogenic effect of TCDD on the zfcyp19b expression in the brain was also observed on the protein level, assessed by immunohistochemistry. TCDD alone did not affect zfcyp19b expression in vivo or promoter activity in the presence of zebra fish AhR2 and AhR nuclear translocator 2b (ARNT2b) in vitro. However, in the presence of zebra fish ERα, AhR2, and ARNT2b, TCDD led to a slight upregulation of promoter activity, which was eliminated by either an ER or AhR antagonist. Studies with mutated reporter gene constructs indicated that both mechanisms of TCDD action in vitro were independent of dioxin-responsive elements (DREs) predicted in the promoter. This study shows the usefulness of in vivo zebra fish larvae and in vitro zfcyp19b reporter gene assays for evaluation of estrogenic chemical actions, provides data on the functionality of DREs predicted in zfcyp19 promoters and shows the effects of cross talk between ER and AhR on zfcyp19b expression. The antiestrogenic effect of TCDD demonstrated raises further concerns about the neuroendocrine effects of AhR ligand

Adverse effects in wild fish living downstream from pharmaceutical manufacture discharges

International audienceA set of biochemical and histological responses was measured in wild gudgeon collected upstream and downstream of urban and pharmaceutical manufacture effluents. These individual end-points were associated to fish assemblage characterisation. Responses of biotransformation enzymes, neurotoxicity and endocrine disruption biomarkers revealed contamination of investigated stream by a mixture of pollutants. Fish from sampled sites downstream of the industrial effluent exhibited also strong signs of endocrine disruption including vitellogenin induction, intersex and male-biased sex-ratio. These individual effects were associated to a decrease of density and a lack of sensitive fish species. This evidence supports the hypothesis that pharmaceutical compounds discharged in stream are involved in recorded endocrine disruption effects and fish population disturbances and threaten disappearance of resident fish species. Overall, this study gives argument for the utilisation of an effect-based monitoring approach to assess impacts of pharmaceutical manufacture discharges on wild fish populations

Etude de l'expression des cytochromes P 450 aromatases comme marqueurs biologiques d'une perturbation endocrinienne chez le poisson

The objective of this work was to study the effects of endocrine disrupting chernicals (EDCs) on brain and gonadal P45Oaromatase in fish in order to determine to which extent these genes or their products could be used as biomarkers of endocrine disruption in fish. We first developed methods to measure cypl9a and cypl9b mRNA and protein levels, as well as activity of brain and gonadal aromatase in zebrafish (Danio rerio). These methods allowed us to obtain relevant and original data on the expression of aromatases in this species. Next, we assessed the effects of several environmental pollutants and characterized the inhibitory potency of several pesticides using an in vitro assay based on brain and gonadal microsomal aromatase fiom rainbow trout (Oncorhynchus mykiss). Clotrimazole, an imidazole fùngicide used as a pharmaceutical, was found to be the most active substance among the tested pesticides. In vivo, we observed that various substances can perturb brain and gonadal aromatase and elicit tissue-specific responses. While androstadrienedione (a steroidal inhibitor of aromatase) inhibited aromatase activity in both brain and gonads without affecting cypl9 expression, the in vivo action of clotrimazole (characterized as an aromatase inhibitor in vitro) was more complex. The effects of this molecule differed depending on the target tissue and the concentration used for exposure. Moreover, the effects observed on the mRNA levels did not allow to predict the effects on the aromatase activity. Finally, we showed that some xenoestrogens are able to inhibit ovarian aromatase gene expression and at the same time to induce brain aromatase at the gene and protein level through an estrogen receptor (ER)-dependent mechanism. This demonstrates that measurement of cypl9b induction is a relevant biomarker of exposure to estrogenic compounds. Taken together, Our work provides new and relevant data concerning the effects and mechanisms of action of EDCs in fish, especially in female individuals. However, to determine the physiological and reproductive consequences of aromatase perturbation, M e r research is needed. Such knowledge is critical for establishing the use of these biomarkers in risk assessrnent of EDCs.L'objectif de cette thèse est d'étudier les effets des perturbateurs endocriniens (PE) sur les enzymes à cytochrome P450 aromatases cérébrales et gonadiques chez le poisson afin de déterminer si les expressions des aromatases peuvent constituer des marqueurs biologiques potentiels d'une perturbation endocrinienne. Dans ce but, des méthodes de mesure permettant d'étudier les aromatases à différents niveaux d'expression (gène, protéine et activité enzymatique) ont été développées et ont permis d'acquérir des informations originales sur la caractérisation des expressions des aromatases dans le cerveau et les gonades chez le poisson zèbre (Danio rerio). In vitro à l'aide d'un test sur microsomes de cerveaux et d'ovaires de truite (Oncorhynchus mykiss) qui a été développé dans ce travail, les effets de polluants environnementaux sur les activités d'aromatisation ont été recherchés et ont permis de caractériser le potentiel inhibiteur de plusieurs pesticides parmi lesquels le clotrimazole, un fongicide de la famille des imidazoles, s'est avéré le plus actif. In vivo, nous montrons que diverses substances chimiques affectent les P450 aromatases cérébrales et gonadiques par des mécanismes d'action tissuspécifiques. Alors que l'androstatriènedione (un inhibiteur stéro?idien des P450 aromatases), inhibe les activités d'aromatisation dans le cerveau et les ovaires, le clotrirnazole dont nous avons montré les capacités d'inhibitions in vitro, provoque chez les femelles des effets beaucoup plus complexes qui sont dépendants du tissu cible étudié ainsi que de la concentration d'exposition, les effets au niveau des gènes ne reflétant pas nécessairement les effets observés aux niveaux enzymatiques. Enfin, nous montrons que les xéno-oestrogènes inhibent l'expression de l'aromatase ovarienne mais induisent l'expression de l'aromatase cérébrale par un mécanisme ER-dépendant démontrant ainsi que la mesure de l'induction de l'aromatase dans le cerveau constitue chez le poisson un marqueur biologique d'exposition à des composés oestrogéniques. Si nos travaux permettent de mieux appréhender les mécanismes d'actions et les effets des PE chez le poisson, notamment chez les femelles, il n'en reste pas moins que la question des effets des perturbations de l'expression des aromatases sur la reproduction des poissons n'a pas été abordée. Ce point est pourtant essentiel si l'on souhaite utiliser efficacement ces variables pour évaluer le risque des substances chimiques

Améliorer les tests de criblage des perturbateurs endocriniens: Amélioration des essais in vivo pour l’identification des perturbateurs endocriniens à l’aide de poissons zèbres génétiquement modifiés

National audienceAu niveau réglementaire, le criblage du potentiel "perturbateur endocrinien" des substances chimiques repose à la fois sur des tests in vitro et in vivo. Ces dernières années, différents modèles de poissons transgéniques ont été développés. Ces animaux constituent des modèles biologiques pertinents, utiles et pratiques pour le criblage des activités perturbatrices endocriniennes des substances chimiques seules ou en mélanges, permettant de réduire le nombre d’animaux et le coût des analyses. Toutefois, peu de ces modèles biologiques sont reconnus au niveau réglementaire. Le projet AIDEZ s’inscrit dans une optique d’amélioration des tests réglementaires de criblage des perturbateurs endocriniens à l’aide de modèles de poissons zèbres transgéniques originaux

Etude de l'expression des cytochromes P 450 aromatases commr marqueurs biologiques d'une perturbation endocrinienne chez le poisson

L'objectif de cette thèse est d'étudier les effets des perturbateurs endocriniens (PE) sur les enzymes à cytochrome P450 aromatases cérébrales et gonadiques chez le poisson afin de déterminer si les expressions des aromatases peuvent constituer des marqueurs biologiques potentiels d'une perturbation endocrinienne. Dans ce but, des méthodes de mesure permettant d'étudier les aromatases à différents niveaux d'expression (gène, protéine et activité enzymatique) ont été développées et ont permis d'acquérir des informations originales sur la caractérisation des expressions des aromatases dans le cerveau et les gonades chez le poisson zèbre (Danio rerio). In vitro à l'aide d'un test sur microsomes de cerveaux et d'ovaires de truite (Oncorhynchus mykiss) qui a été développé dans ce travail, les effets de polluants environnementaux sur les activités d'aromatisation ont été recherchés et ont permis de caractériser le potentiel inhibiteur de plusieurs pesticides parmi lesquels le clotrimazole, un fongicide de la famille des imidazoles, s'est avéré le plus actif. In vivo, nous montrons que diverses substances chimiques affectent les P450 aromatases cérébrales et gonadiques par des mécanismes d'action tissuspécifiques. Alors que l'androstatriènedione (un inhibiteur stéroïdien des P450 aromatases), inhibe les activités d'aromatisation dans le cerveau et les ovaires, le clotrirnazole dont nous avons montré les capacités d'inhibitions in vitro, provoque chez les femelles des effets beaucoup plus complexes qui sont dépendants du tissu cible étudié ainsi que de la concentration d'exposition, les effets au niveau des gènes ne reflétant pas nécessairement les effets observés aux niveaux enzymatiques. Enfin, nous montrons que les xéno-oestrogènes inhibent l'expression de l'aromatase ovarienne mais induisent l'expression de l'aromatase cérébrale par un mécanisme ER-dépendant démontrant ainsi que la mesure de l'induction de l'aromatase dans le cerveau constitue chez le poisson un marqueur biologique d'exposition à des composés oestrogéniques. Si nos travaux permettent de mieux appréhender les mécanismes d'actions et les effets des PE chez le poisson, notamment chez les femelles, il n'en reste pas moins que la question des effets des perturbations de l'expression des aromatases sur la reproduction des poissons n'a pas été abordée. Ce point est pourtant essentiel si l'on souhaite utiliser efficacement ces variables pour évaluer le risque des substances chimiques.The objective of this work was to study the effects of endocrine disrupting chernicals (EDCs) on brain and gonadal P45Oaromatase in fish in order to determine to which extent these genes or their products could be used as biomarkers of endocrine disruption in fish. We first developed methods to measure cypl9a and cypl9b mRNA and protein levels, as well as activity of brain and gonadal aromatase in zebrafish (Danio rerio). These methods allowed us to obtain relevant and original data on the expression of aromatases in this species. Next, we assessed the effects of several environmental pollutants and characterized the inhibitory potency of several pesticides using an in vitro assay based on brain and gonadal microsomal aromatase fiom rainbow trout (Oncorhynchus mykiss). Clotrimazole, an imidazole fùngicide used as a pharmaceutical, was found to be the most active substance among the tested pesticides. In vivo, we observed that various substances can perturb brain and gonadal aromatase and elicit tissue-specific responses. While androstadrienedione (a steroidal inhibitor of aromatase) inhibited aromatase activity in both brain and gonads without affecting cypl9 expression, the in vivo action of clotrimazole (characterized as an aromatase inhibitor in vitro) was more complex. The effects of this molecule differed depending on the target tissue and the concentration used for exposure. Moreover, the effects observed on the mRNA levels did not allow to predict the effects on the aromatase activity. Finally, we showed that some xenoestrogens are able to inhibit ovarian aromatase gene expression and at the same time to induce brain aromatase at the gene and protein level through an estrogen receptor (ER)-dependent mechanism. This demonstrates that measurement of cypl9b induction is a relevant biomarker of exposure to estrogenic compounds. Taken together, Our work provides new and relevant data concerning the effects and mechanisms of action of EDCs in fish, especially in female individuals. However, to determine the physiological and reproductive consequences of aromatase perturbation, M e r research is needed. Such knowledge is critical for establishing the use of these biomarkers in risk assessrnent of EDCs.METZ-SCD (574632105) / SudocSudocFranceF

REFLEXIONS SUR LA NUTRITION ARTIFICIELLE A DOMICILE DANS LE CADRE DES SOINS PALLIATIFS

ANGERS-BU Médecine-Pharmacie (490072105) / SudocPARIS-BIUM (751062103) / SudocSudocFranceF

Le modèle embryonnaire de poisson zèbre transgénique cyp19a1b-GFP

Agonist ligands of estrogen receptors have been extensively studied in recent years because of their effects on reproduction and development of aquatic organisms such as fish. While there is a need to develop fish-specific mechanism-based bioassays to screen estrogenic potency of chemicals alone, it is also important to consider that organisms are often exposed to mixtures of endocrine disruptors (EDs) that are able to produce significant effects, even when each chemical is present at low doses that individually do not induce observable effects. We recently developed an in vivo mechanism-based assay called EASZY that uses transgenic zebrafish cyp19a1b-GFP embryos expressing GFP under the control of the cyp19a1b promoter. EASZY is a rapid and cost-effective assay allowing to screen estrogenic activity of chemicals and was further used to explore combined effect of ED. The tested mixtures of estrogenic compounds acted predominantly in an additive manner on the expression of GFP demonstrating that combined effects of estrogenic compounds can be predicted by using dose addition, although in some cases deviations were observed. The effects of combinations of EDs from different categories were also explored by testing a binary mixture of estradiol and testosterone. Overall, we show that the use of cyp19a1b-GFP zebrafish embryo assay combined with predictive modelling is relevant to further explore the effect of complex mixture of EDs.Les perturbateurs endocriniens et en particulier les agonistes des récepteurs des oestrogènes (ou oestrogènes mimétiques) ont été largement étudiés au cours de ces dernières années en raison de leurs effets sur la reproduction et le développement des organismes aquatiques tels que les poissons. Face aux préoccupations que posent ces composés pour les espèces et les milieux aquatiques, il est important de disposer d’outils aptes à caractériser les effets des substances seules vis-à-vis du système endocrinien des poissons dans une démarche d’évaluation du risque a priori, c’est-à-dire avant que les substances ne contaminent les milieux. Il convient aussi de considérer que, dans l’environnement, les poissons sont le plus souvent exposés simultanément à des mélanges de différents produits chimiques pouvant agir comme des oestrogènes mimétiques. Présents généralement à des concentrations faibles, ils peuvent néanmoins induire des réponses biologiques et ce, même si chacune des substances du mélange est présente à une concentration inférieure à celle conduisant à un effet. Ce constat a stimulé ces dernières années de nombreux travaux visant à évaluer les effets combinés de substances en mélange pour s’assurer in fine que les risques associés aux mélanges de composés chimiques puissent être correctement pris en compte. Cependant, les études sur la toxicité combinée des substances requièrent des plans d’expériences complexes et sont demandeuses en ressources expérimentales ce qui explique probablement qu’elles se soient majoritairement basées jusqu’à présent sur l’utilisation de modèles in vitro