Effets des hydrocarbures aromatiques polycycliques sur les stades précoces de poissons modèles : développement de bioessais et étude comparée de mélanges

Most persistent organic pollutants, such as polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), are hydrophobic and therefore accumulate over time in aquatic sediments. In this context, tests were performed on rainbow trout Oncorhynchus mykiss and Japanese medaka Oryzias latipes embryos and prolarvae to study the toxicity of these contaminants. Artificial sediment and new integrative endpoints including DNA integrity and swimming activity were developed to improve reproducibility and sensitivity of the tests. These bioassays were applied to the toxicity assessment of three PAH mixtures: a pyrolytic extract and two petrogenic extracts from Arabian Light and Erika oils. The three PAH mixtures were spiked onto sediment or gravel at environmental relevant concentrations. Embryonic exposure to these contaminated matrices induced alteration of gene expressions involved in mitochondrial functions, vitamin A metabolism, DNA damages and hormone synthesis. In parallel, these mixtures induced teratogenicity, alteration of swimming activity and genotoxicity. The toxicity potency and spectrum of effects differed according to PAH mixture composition. The petrogenic mixtures, with high proportions of low molecular weight PAHs and alkylated PAHs, were more toxic to fish early life stages than the pyrolytic mixture, mainly composed of high molecular weight PAHs non substituted. Comparable results were obtained with Japanese medaka and rainbow trout early life stages.La majorité des polluants organiques persistants, tels que les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), sont hydrophobes et de ce fait s’accumulent au cours du temps dans les sédiments aquatiques. Dans ce contexte, des tests ont été mis en œuvre sur embryons et pro-larves de truite arc-en-ciel Oncorhynchus mykiss et de médaka japonais Oryzias latipes pour étudier la toxicité de ces contaminants. Un sédiment artificiel et de nouveaux critères d’effets sur l’intégrité de l’ADN et l’activité natatoire ont été développés pour améliorer la reproductibilité et la sensibilité des tests. Ces bioessais ont été appliqués à la comparaison de la toxicité de trois mélanges de HAP : un extrait pyrolytique et deux extraits issus d’un pétrole léger Arabian Light et lourd de type Erika. Les trois mélanges de HAP ont été enrobés sur un sédiment artificiel ou sur des graviers à des concentrations comparables à celles retrouvées dans l’environnement. L’exposition des embryons à ces matrices contaminées a provoqué des perturbations de l’expression de gènes impliqués dans le fonctionnement mitochondrial, le métabolisme de la vitamine A, la formation de dommages à l’ADN ainsi que la synthèse d’hormones. Parallèlement ces mélanges ont induit des effets tératogènes, des perturbations de l’activité natatoire et des effets génotoxiques. Le degré de toxicité et le spectre d’effets induits étaient différents selon la composition des mélanges testés. Les mélanges pétrogéniques présentant une forte proportion en HAP de faibles poids moléculaires et HAP alkylés, se sont avérés plus toxiques envers les jeunes stades de développement de poissons que le mélange pyrolytique, composé en majorité de HAP à hauts poids moléculaires non substitués. Des résultats comparables ont été obtenus avec les modèles médaka japonais et truite arc-en-ciel

Mixture effects of oxygenated PAHs and benzo[a]pyrene on cardiovascular development and function in zebrafish embryos

Polycyclic aromatic compounds (PACs), including polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and oxygenated PAHs (oxy-PAHs), are common environmental pollutants known to cause health effects in humans and wild-life. In particular, vertebrate cardiovascular development and function are sensitive to PACs. However, the interactive effects of PAHs and oxy-PAHs on cardiovascular endpoints have not been well studied. In this study, we used zebrafish embryos (ZFEs) as a model to examine developmental and cardiovascular toxicities induced by the three environmental oxy-PAHs benzo[a]fluorenone (BFLO), 4H-cyclopenta[def]phenanthren-4-one (4H-CPO) and, 6H-benzo[cd]pyren-6-one (6H-BPO), and the PAH benzo[a]pyrene (BaP) either as single exposures or binary oxy-PAH + PAH mixtures. 6H-BPO induced developmental and cardiovascular toxicity, including reduced heartbeat rate and blood flow, at lower doses compared to the other compounds. Exposure to binary mixtures generally caused enhanced toxicity and induction of aryl hydrocarbon receptor (AhR)-regulated gene expression (ahr2 and cyp1a) compared to single compound exposure. This was associated with differential expression of genes involved in cardiovascular development and function including atp2a2, myh6, tbx5 and zerg. AhR-knock-down significantly reduced the cardiovascular toxicity of 6H-BPO and its binary mixture with BaP indicating a significant AhR-dependence of the effects. Measurements of internal concentrations showed that the toxicokinetics of BaP and 6H-BPO were altered in the binary mixture compared to the single compound exposure, and most likely due to CYP1 inhibition by 6H-BPO. Altogether, these data support that similar to interactions between PAHs, mixtures of PAHs and oxy-PAHs may cause increased developmental and cardiovascular toxicity in ZFEs through an AhR-dependent mechanism

Introduction

International audienceLa conception de systèmes passe d'ordinaire par une étape de modélisation, c'est-à-dire de cartographie des éléments, des ensembles et des flux permettant de saisir les relations qui régissent la systémique informationnelle. On retrouve également d'autres étapes de modélisation, ou d'utilisation de modèles, dans les différentes phases du cycle de vie d'un système : dans le cas notamment de sa construction (analyse des besoins, spécification fonctionnelle, conception), de sa maintenance (correction, évolution, réingénierie) et parfois même de son utilisation. Si ces différents systèmes sont souvent hétérogènes, structurés suivant plusieurs dimensions métiers et conséquemment de grande taille, force est de remarquer qu'ils atteignent aujourd'hui un seuil critique 1. Dès lors, à considérer qu'elle demeure opérante, la modélisation canonique des systèmes actuels souffre de n'être plus tout à fait efficiente. Nous soutenons que ce qui ferait ici sévèrement défaut ce ne sont pas, à proprement parler, les langages de modélisation eux-mêmes mais bien plutôt les représentations visuelles afférentes. En d'autres mots, si les logiques propres aux langages classiquement usités (tels qu'UML et BPMN) ne s'en trouveraient pas foncièrement remises en cause, ce serait bel et bien ici leurs syntaxes qui appelleraient des révisions et amendements majeurs. De ces modèles, il pourrait devenir presque impossible d'en retirer une lecture et compréhension claire ainsi qu'une vision globale ou vue d'ensemble. Or, les concepteurs élaborent des modèles sur lesquels ils sont a m e n é s à raisonner, formulant entre autres nombre d'inférences. Ils les définissent, les construisent puis les font varier, évoluer au gré de nouvelles expressions de besoins fonctionnels, au rythme du renouvellement des organisations et processus métiers dans l'entreprise par exemple 2. Ces changements et évolutions sont inéluctables et constituent la vie même de tout système. Les modèles existants ont été pensés et élaborés pour y répondre, s'y adapter. Reste que pour procéder à ces changements et transformations, le concepteur doit d'abord résoudre la simplification du phénomène ou cas étudié, statuer sur ce qui doit être tantôt amendé, changé tantôt enrichi, complété. Pour ce faire, il ne peut se couper d'une appréhension élargie du ou des modèles concernés. Malheureusement, c'est à cet endroit précis que des écueils se dressent désormais ; il en va là d'importants problèmes persistants relevant de la gestion des modèles autant que de la gérance des informations qu'ils contiennent. 1. Ce seuil se voit marqué principalement par une complexité élevée des systèmes, des quantités d'éléments inter-reliés devenues presque incommensurables, une très forte hétérogénéité des informations de nature extrêmement diverses, etc. 2. Mais aussi selon bien d'autres conversions encore

Zebrafish models for human acute organophosphorus poisoning

Terrorist use of organophosphorus-based nerve agents and toxic industrial chemicals against civilian populations constitutes a real threat, as demonstrated by the terrorist attacks in Japan in the 1990 s or, even more recently, in the Syrian civil war. Thus, development of more effective countermeasures against acute organophosphorus poisoning is urgently needed. Here, we have generated and validated zebrafish models for mild, moderate and severe acute organophosphorus poisoning by exposing zebrafish larvae to different concentrations of the prototypic organophosphorus compound chlorpyrifos-oxon. Our results show that zebrafish models mimic most of the pathophysiological mechanisms behind this toxidrome in humans, including acetylcholinesterase inhibition, N-methyl-D-aspartate receptor activation, and calcium dysregulation as well as inflammatory and immune responses. The suitability of the zebrafish larvae to in vivo high-throughput screenings of small molecule libraries makes these models a valuable tool for identifying new drugs for multifunctional drug therapy against acute organophosphorus poisoning

Effects of polycyclic aromatic hydrocarbons on early life stages of model fish : development of bioessay and comparative study of mixtures

La majorité des polluants organiques persistants, tels que les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), sont hydrophobes et de ce fait s’accumulent au cours du temps dans les sédiments aquatiques. Dans ce contexte, des tests ont été mis en œuvre sur embryons et pro-larves de truite arc-en-ciel Oncorhynchus mykiss et de médaka japonais Oryzias latipes pour étudier la toxicité de ces contaminants. Un sédiment artificiel et de nouveaux critères d’effets sur l’intégrité de l’ADN et l’activité natatoire ont été développés pour améliorer la reproductibilité et la sensibilité des tests. Ces bioessais ont été appliqués à la comparaison de la toxicité de trois mélanges de HAP : un extrait pyrolytique et deux extraits issus d’un pétrole léger Arabian Light et lourd de type Erika. Les trois mélanges de HAP ont été enrobés sur un sédiment artificiel ou sur des graviers à des concentrations comparables à celles retrouvées dans l’environnement. L’exposition des embryons à ces matrices contaminées a provoqué des perturbations de l’expression de gènes impliqués dans le fonctionnement mitochondrial, le métabolisme de la vitamine A, la formation de dommages à l’ADN ainsi que la synthèse d’hormones. Parallèlement ces mélanges ont induit des effets tératogènes, des perturbations de l’activité natatoire et des effets génotoxiques. Le degré de toxicité et le spectre d’effets induits étaient différents selon la composition des mélanges testés. Les mélanges pétrogéniques présentant une forte proportion en HAP de faibles poids moléculaires et HAP alkylés, se sont avérés plus toxiques envers les jeunes stades de développement de poissons que le mélange pyrolytique, composé en majorité de HAP à hauts poids moléculaires non substitués. Des résultats comparables ont été obtenus avec les modèles médaka japonais et truite arc-en-ciel.Most persistent organic pollutants, such as polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), are hydrophobic and therefore accumulate over time in aquatic sediments. In this context, tests were performed on rainbow trout Oncorhynchus mykiss and Japanese medaka Oryzias latipes embryos and prolarvae to study the toxicity of these contaminants. Artificial sediment and new integrative endpoints including DNA integrity and swimming activity were developed to improve reproducibility and sensitivity of the tests. These bioassays were applied to the toxicity assessment of three PAH mixtures: a pyrolytic extract and two petrogenic extracts from Arabian Light and Erika oils. The three PAH mixtures were spiked onto sediment or gravel at environmental relevant concentrations. Embryonic exposure to these contaminated matrices induced alteration of gene expressions involved in mitochondrial functions, vitamin A metabolism, DNA damages and hormone synthesis. In parallel, these mixtures induced teratogenicity, alteration of swimming activity and genotoxicity. The toxicity potency and spectrum of effects differed according to PAH mixture composition. The petrogenic mixtures, with high proportions of low molecular weight PAHs and alkylated PAHs, were more toxic to fish early life stages than the pyrolytic mixture, mainly composed of high molecular weight PAHs non substituted. Comparable results were obtained with Japanese medaka and rainbow trout early life stages

Effects of polycyclic aromatic hydrocarbons on early life stages of model fish : development of bioessay and comparative study of mixtures

La majorité des polluants organiques persistants, tels que les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), sont hydrophobes et de ce fait s’accumulent au cours du temps dans les sédiments aquatiques. Dans ce contexte, des tests ont été mis en œuvre sur embryons et pro-larves de truite arc-en-ciel Oncorhynchus mykiss et de médaka japonais Oryzias latipes pour étudier la toxicité de ces contaminants. Un sédiment artificiel et de nouveaux critères d’effets sur l’intégrité de l’ADN et l’activité natatoire ont été développés pour améliorer la reproductibilité et la sensibilité des tests. Ces bioessais ont été appliqués à la comparaison de la toxicité de trois mélanges de HAP : un extrait pyrolytique et deux extraits issus d’un pétrole léger Arabian Light et lourd de type Erika. Les trois mélanges de HAP ont été enrobés sur un sédiment artificiel ou sur des graviers à des concentrations comparables à celles retrouvées dans l’environnement. L’exposition des embryons à ces matrices contaminées a provoqué des perturbations de l’expression de gènes impliqués dans le fonctionnement mitochondrial, le métabolisme de la vitamine A, la formation de dommages à l’ADN ainsi que la synthèse d’hormones. Parallèlement ces mélanges ont induit des effets tératogènes, des perturbations de l’activité natatoire et des effets génotoxiques. Le degré de toxicité et le spectre d’effets induits étaient différents selon la composition des mélanges testés. Les mélanges pétrogéniques présentant une forte proportion en HAP de faibles poids moléculaires et HAP alkylés, se sont avérés plus toxiques envers les jeunes stades de développement de poissons que le mélange pyrolytique, composé en majorité de HAP à hauts poids moléculaires non substitués. Des résultats comparables ont été obtenus avec les modèles médaka japonais et truite arc-en-ciel.Most persistent organic pollutants, such as polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), are hydrophobic and therefore accumulate over time in aquatic sediments. In this context, tests were performed on rainbow trout Oncorhynchus mykiss and Japanese medaka Oryzias latipes embryos and prolarvae to study the toxicity of these contaminants. Artificial sediment and new integrative endpoints including DNA integrity and swimming activity were developed to improve reproducibility and sensitivity of the tests. These bioassays were applied to the toxicity assessment of three PAH mixtures: a pyrolytic extract and two petrogenic extracts from Arabian Light and Erika oils. The three PAH mixtures were spiked onto sediment or gravel at environmental relevant concentrations. Embryonic exposure to these contaminated matrices induced alteration of gene expressions involved in mitochondrial functions, vitamin A metabolism, DNA damages and hormone synthesis. In parallel, these mixtures induced teratogenicity, alteration of swimming activity and genotoxicity. The toxicity potency and spectrum of effects differed according to PAH mixture composition. The petrogenic mixtures, with high proportions of low molecular weight PAHs and alkylated PAHs, were more toxic to fish early life stages than the pyrolytic mixture, mainly composed of high molecular weight PAHs non substituted. Comparable results were obtained with Japanese medaka and rainbow trout early life stages

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Gene expression patterns and related enzymatic activities of detoxification and oxidative stress systems in zebrafish larvae exposed to the 2,4-dichlorophenoxyacetic acid herbicide

The present study aims to assess the effects of 2,4-D herbicide on biotransformation and oxidative stress status of zebrafish larvae. Animals were exposed to a range of sublethal concentrations (0.02–0.8 mg/L) and biomarkers at transcriptomic level and biochemical level were assessed. Chemical analysis with showed that the bioaccumulation of 2,4-D in 96 hpf zebrafish larvae were increased in a concentration-dependent manner. This herbicide induced significant effects at both gene expression and enzymatic activities levels after at 96 hpf. Results of mRNA expression showed a differential transcription regulation with all target genes depending on the tested concentrations. The mRNA level of gsr and cyp1a were up regulated at the highest dose of herbicide (0.8 mg/L). The gene expression of gstp1 showed an up regulation at lower dose (0.02 mg/L) and a down regulation at the highest dose (0.8 mg/L) of 2,4-D. A significant induction of EROD activity and inhibition of GST activity were noted in groups exposed to 0.8 mg/L of 2,4-D. Considering the antioxidant defenses, the activity of CAT was increased in larvae exposed to 0.8 mg/L of herbicide and GPx activity was induced at lower doses of 2,4-D (0.02 and 0.051 mg/L). Moreover, peroxidative damage, assessed as MDA content, was markedly increased in larvae exposed to high 2,4-D concentration. Overall, the present study data indicate that bioaccumulation of 2,4-D in 96 hpf zebrafish larvae and alterations in detoxification and oxidative stress related parameters, likely associated with ROS production, which may endanger the embryo-larval stages development of fish.publishe

Introduction

International audienceLa conception de systèmes passe d'ordinaire par une étape de modélisation, c'est-à-dire de cartographie des éléments, des ensembles et des flux permettant de saisir les relations qui régissent la systémique informationnelle. On retrouve également d'autres étapes de modélisation, ou d'utilisation de modèles, dans les différentes phases du cycle de vie d'un système : dans le cas notamment de sa construction (analyse des besoins, spécification fonctionnelle, conception), de sa maintenance (correction, évolution, réingénierie) et parfois même de son utilisation. Si ces différents systèmes sont souvent hétérogènes, structurés suivant plusieurs dimensions métiers et conséquemment de grande taille, force est de remarquer qu'ils atteignent aujourd'hui un seuil critique 1. Dès lors, à considérer qu'elle demeure opérante, la modélisation canonique des systèmes actuels souffre de n'être plus tout à fait efficiente. Nous soutenons que ce qui ferait ici sévèrement défaut ce ne sont pas, à proprement parler, les langages de modélisation eux-mêmes mais bien plutôt les représentations visuelles afférentes. En d'autres mots, si les logiques propres aux langages classiquement usités (tels qu'UML et BPMN) ne s'en trouveraient pas foncièrement remises en cause, ce serait bel et bien ici leurs syntaxes qui appelleraient des révisions et amendements majeurs. De ces modèles, il pourrait devenir presque impossible d'en retirer une lecture et compréhension claire ainsi qu'une vision globale ou vue d'ensemble. Or, les concepteurs élaborent des modèles sur lesquels ils sont a m e n é s à raisonner, formulant entre autres nombre d'inférences. Ils les définissent, les construisent puis les font varier, évoluer au gré de nouvelles expressions de besoins fonctionnels, au rythme du renouvellement des organisations et processus métiers dans l'entreprise par exemple 2. Ces changements et évolutions sont inéluctables et constituent la vie même de tout système. Les modèles existants ont été pensés et élaborés pour y répondre, s'y adapter. Reste que pour procéder à ces changements et transformations, le concepteur doit d'abord résoudre la simplification du phénomène ou cas étudié, statuer sur ce qui doit être tantôt amendé, changé tantôt enrichi, complété. Pour ce faire, il ne peut se couper d'une appréhension élargie du ou des modèles concernés. Malheureusement, c'est à cet endroit précis que des écueils se dressent désormais ; il en va là d'importants problèmes persistants relevant de la gestion des modèles autant que de la gérance des informations qu'ils contiennent. 1. Ce seuil se voit marqué principalement par une complexité élevée des systèmes, des quantités d'éléments inter-reliés devenues presque incommensurables, une très forte hétérogénéité des informations de nature extrêmement diverses, etc. 2. Mais aussi selon bien d'autres conversions encore

Visualisation et manipulation de modèles complexes

International audienceLa conception de systèmes complexes passe d’ordinaire par une étape de modélisation, c’est-à-dire de cartographie des éléments, des ensembles et des flux permettant de saisir les relations qui régissent la systémique d’information. On retrouve également d’autres étapes de modélisation, ou d’utilisation de modèles, dans les différentes phases du cycle de vie d’un système : dans le cas notamment de sa construction (analyse des besoins, spécification fonctionnelle, conception), de sa maintenance (correction, évolution, réingénierie) et parfois même de son utilisation. Ces différents modèles sont souvent hétérogènes, structurés suivant plusieurs dimensions ‘métiers’ et conséquemment de grande taille. Dès lors, eu égard à leur complexité, force est de remarquer que les représentations visuelles associées aux langages de modélisation classiquement usités sont bien souvent inadaptées et pour partie inefficaces.Bien en amont de solutions possibles, ce numéro spécial s’attachera à clarifier, dans un premier temps, ce qu’est un modèle (abstrait, conceptuel, opérationnel, etc.) ou bien encore une notation correctement réalisée — il apportera, en outre, un éclairage complémentaire sur la manière dont les différents modèles s’intègrent au sein des cycles de développement logiciel. — Enfin, il offrira, dans un second temps, de mieux cerner les principaux avantages et qualités (fonctionnels notamment) dont serait doté l’outil de modélisation ‘idéal’ , s’il en est