Mise en évidence de protéines révélant une réponse au stress adaptative divergente entre les espèces Dreissena polymorpha et Dreissena rostriformis bugensis

International audienceZebra mussels Dreissena polymorpha, are bivalve molluscs used in ecotoxicology, as a sentinel species with, among other things, a strong bioaccumulation capacity. The quagga mussel, Dreissena rostriformis bugensis, has more recently colonized Western Europe. Also invasive, it competes with zebra mussels for habitats and, in some areas, has completely replaced it. Its use as a sentinel species is envisaged but requires understanding the mechanisms involved during the adaptive stress response and comparing them to those of the zebra mussel, which are better characterized. With this in mind, an exposure of the two species to a classical contaminant was performed to compare their responses. The individuals were exposed to a concentration of 100 μg / L of cadmium for 7 days, and then the gill proteins were separated by two-dimensional electrophoresis and the variable abundance proteoforms were identified by mass spectrometry. The functional analysis reveals promising elements for the study of the adaptive response in both species. A difference of expression of actors of the energy metabolism pathways points a physiological difference, with a reallocation of energy as well as the appearance of truncated proteins.Les moules zébrées, Dreissena polymorpha sont des mollusques bivalves utilisés en écotoxicologie comme espèces sentinelles du fait, entre autre, de leur capacité de bioaccumulation. La moule quagga, Dreissena rostriformis bugensis, a colonisé plus récemment l'Europe occidentale. Egalement invasive, elle est en compétition avec la moule zébrée pour les habitats et, dans certaines zones, l'a complètement remplacée. Son utilisation en tant qu'espèce sentinelle est envisagée mais nécessite de comprendre les mécanismes mis en jeu au cours de la réponse adaptative au stress et de les comparer à ceux de la moule zébrée, mieux caractérisés. Dans cette optique, une exposition des deux espèces à un contaminant classique a été réalisée afin de comparer leurs réponses. Les individus ont été exposés à une concentration de 100μg/L de cadmium pendant 7 jours, puis les protéines des branchies ont été séparées par électrophorèse bidimensionnelle et les protéoformes d'abondance variable ont été identifiées par spectrométrie de masse. L'analyse fonctionnelle révèle des éléments prometteurs pour l'étude de la réponse adaptative chez les deux espèces. Une différence d'expression d'acteurs des voies du métabolisme énergétique pointe une différence physiologique, avec une réallocation de l'énergie ainsi que l'apparition de protéines tronquées

PROtéome de Stress chez une Espèce sentinelle : recherche de nouveaux marqueurs pour la surveillance environnementale

Aquatic organisms are able to adapt to the toxic effects of chemical contaminants in the water. The qualitative study of these responses is even more crucial in a climate change context. The search for biomarkers in ecotoxicology is key to developing tools for environmental monitoring. In this context, proteomics on sentinel bivalve species, such as marine mussels (genus: Mytilus) and freshwater mussels (genus: Dreissena), represent an open approach providing new knowledge on the molecular and cellular mechanisms involved in stress responses. A bioinformatic exploitation of previously acquired proteomic data was performed using results from a series of chemical and/or thermal stress experiments. The strategy was to recombine and cross-reference the acquired data in order to identify recurrent proteins. This work was completed by a literature review which led to a selection of candidates. As expected, i. chaperone proteins involved in the recycling, folding and maintenance of protein conformations, ii. cytoskeleton dynamics facilitators, iii. enzymes involved in the maintenance of ATP production and finally, iv. proteins involved in the cell redox balance were in the forefront. This work has highlighted candidates with a strong biomarker potential, e.g.: 14-3-3-ε Protein, Heat Shock Protein 40, Major Vault Protein and Phosphoenolpyruvate carboxykinase. In addition, partial proteoforms were revealed; their importance as stress markers was discussed. This work represents a preliminary step for developing new biomarkers, therefore, the proposed candidates will need further study before field application.Les organismes aquatiques sont capables de répondre de manière adaptative aux effets toxiques des contaminants chimiques présents dans l’eau. L’étude qualitative de ces réponses est encore plus cruciale dans un contexte de changements climatiques. La recherche de biomarqueurs en écotoxicologie constitue une clé pour développer des outils pour la surveillance environnementale. Dans ce contexte, la protéomique sur des espèces sentinelles bivalves, telles que les moules marines du genre Mytilus et les moules dulcicoles du genre Dreissena, est une approche ouverte qui amène des connaissances nouvelles sur les mécanismes moléculaires et cellulaires mis en jeu dans les réponses au stress. Une exploitation bioinformatique de données de protéomique déjà acquises a été réalisée en utilisant les résultats issus d’une série d’expériences de stress chimiques et/ou thermiques. La stratégie a été de recribler et croiser les données acquises afin de recenser les protéines impliquées de façon récurrente. Ce travail a été complété par une analyse bibliographique qui a amené une sélection de candidats. De façon attendue, ont été mis en avant i. l’implication des protéines chaperonnes intervenant dans le recyclage, le repliement et le maintien des conformations des protéines, ii. des acteurs associés à la dynamique du cytosquelette, iii. des enzymes impliquées dans le maintien de la production d’ATP et enfin, iv. des molécules participant à l’équilibre redox de la cellule. Ces travaux ont mis en évidence des candidats avec un fort potentiel biomarqueur, parmi lesquels : la protéine 14-3-3-ε, la Heat Shock Protein 40, la Major Vault Protein et la phosphoénolpyruvate carboxykinase. De plus, des protéoformes partielles ont été révélées ; leur importance comme marqueur de stress a été discutée. Ce travail représente une étape préalable au développement de nouveaux biomarqueurs. Les candidats proposés devront faire l’objet d’une étude plus approfondie

PROtéome de Stress chez une Espèce sentinelle : recherche de nouveaux marqueurs pour la surveillance environnementale

Aquatic organisms are able to adapt to the toxic effects of chemical contaminants in the water. The qualitative study of these responses is even more crucial in a climate change context. The search for biomarkers in ecotoxicology is key to developing tools for environmental monitoring. In this context, proteomics on sentinel bivalve species, such as marine mussels (genus: Mytilus) and freshwater mussels (genus: Dreissena), represent an open approach providing new knowledge on the molecular and cellular mechanisms involved in stress responses. A bioinformatic exploitation of previously acquired proteomic data was performed using results from a series of chemical and/or thermal stress experiments. The strategy was to recombine and cross-reference the acquired data in order to identify recurrent proteins. This work was completed by a literature review which led to a selection of candidates. As expected, i. chaperone proteins involved in the recycling, folding and maintenance of protein conformations, ii. cytoskeleton dynamics facilitators, iii. enzymes involved in the maintenance of ATP production and finally, iv. proteins involved in the cell redox balance were in the forefront. This work has highlighted candidates with a strong biomarker potential, e.g.: 14-3-3-ε Protein, Heat Shock Protein 40, Major Vault Protein and Phosphoenolpyruvate carboxykinase. In addition, partial proteoforms were revealed; their importance as stress markers was discussed. This work represents a preliminary step for developing new biomarkers, therefore, the proposed candidates will need further study before field application.Les organismes aquatiques sont capables de répondre de manière adaptative aux effets toxiques des contaminants chimiques présents dans l’eau. L’étude qualitative de ces réponses est encore plus cruciale dans un contexte de changements climatiques. La recherche de biomarqueurs en écotoxicologie constitue une clé pour développer des outils pour la surveillance environnementale. Dans ce contexte, la protéomique sur des espèces sentinelles bivalves, telles que les moules marines du genre Mytilus et les moules dulcicoles du genre Dreissena, est une approche ouverte qui amène des connaissances nouvelles sur les mécanismes moléculaires et cellulaires mis en jeu dans les réponses au stress. Une exploitation bioinformatique de données de protéomique déjà acquises a été réalisée en utilisant les résultats issus d’une série d’expériences de stress chimiques et/ou thermiques. La stratégie a été de recribler et croiser les données acquises afin de recenser les protéines impliquées de façon récurrente. Ce travail a été complété par une analyse bibliographique qui a amené une sélection de candidats. De façon attendue, ont été mis en avant i. l’implication des protéines chaperonnes intervenant dans le recyclage, le repliement et le maintien des conformations des protéines, ii. des acteurs associés à la dynamique du cytosquelette, iii. des enzymes impliquées dans le maintien de la production d’ATP et enfin, iv. des molécules participant à l’équilibre redox de la cellule. Ces travaux ont mis en évidence des candidats avec un fort potentiel biomarqueur, parmi lesquels : la protéine 14-3-3-ε, la Heat Shock Protein 40, la Major Vault Protein et la phosphoénolpyruvate carboxykinase. De plus, des protéoformes partielles ont été révélées ; leur importance comme marqueur de stress a été discutée. Ce travail représente une étape préalable au développement de nouveaux biomarqueurs. Les candidats proposés devront faire l’objet d’une étude plus approfondie

Stress proteome in sentinel species : search for new environmental biomarkers

Les organismes aquatiques sont capables de répondre de manière adaptative aux effets toxiques des contaminants chimiques présents dans l’eau. L’étude qualitative de ces réponses est encore plus cruciale dans un contexte de changements climatiques. La recherche de biomarqueurs en écotoxicologie constitue une clé pour développer des outils pour la surveillance environnementale. Dans ce contexte, la protéomique sur des espèces sentinelles bivalves, telles que les moules marines du genre Mytilus et les moules dulcicoles du genre Dreissena, est une approche ouverte qui amène des connaissances nouvelles sur les mécanismes moléculaires et cellulaires mis en jeu dans les réponses au stress. Une exploitation bioinformatique de données de protéomique déjà acquises a été réalisée en utilisant les résultats issus d’une série d’expériences de stress chimiques et/ou thermiques. La stratégie a été de recribler et croiser les données acquises afin de recenser les protéines impliquées de façon récurrente. Ce travail a été complété par une analyse bibliographique qui a amené une sélection de candidats. De façon attendue, ont été mis en avant i. l’implication des protéines chaperonnes intervenant dans le recyclage, le repliement et le maintien des conformations des protéines, ii. des acteurs associés à la dynamique du cytosquelette, iii. des enzymes impliquées dans le maintien de la production d’ATP et enfin, iv. des molécules participant à l’équilibre redox de la cellule. Ces travaux ont mis en évidence des candidats avec un fort potentiel biomarqueur, parmi lesquels : la protéine 14-3-3-ε, la Heat Shock Protein 40, la Major Vault Protein et la phosphoénolpyruvate carboxykinase. De plus, des protéoformes partielles ont été révélées ; leur importance comme marqueur de stress a été discutée. Ce travail représente une étape préalable au développement de nouveaux biomarqueurs. Les candidats proposés devront faire l’objet d’une étude plus approfondie.Aquatic organisms are able to adapt to the toxic effects of chemical contaminants in the water. The qualitative study of these responses is even more crucial in a climate change context. The search for biomarkers in ecotoxicology is key to developing tools for environmental monitoring. In this context, proteomics on sentinel bivalve species, such as marine mussels (genus: Mytilus) and freshwater mussels (genus: Dreissena), represent an open approach providing new knowledge on the molecular and cellular mechanisms involved in stress responses. A bioinformatic exploitation of previously acquired proteomic data was performed using results from a series of chemical and/or thermal stress experiments. The strategy was to recombine and cross-reference the acquired data in order to identify recurrent proteins. This work was completed by a literature review which led to a selection of candidates. As expected, i. chaperone proteins involved in the recycling, folding and maintenance of protein conformations, ii. cytoskeleton dynamics facilitators, iii. enzymes involved in the maintenance of ATP production and finally, iv. proteins involved in the cell redox balance were in the forefront. This work has highlighted candidates with a strong biomarker potential, e.g.: 14-3-3-ε Protein, Heat Shock Protein 40, Major Vault Protein and Phosphoenolpyruvate carboxykinase. In addition, partial proteoforms were revealed; their importance as stress markers was discussed. This work represents a preliminary step for developing new biomarkers, therefore, the proposed candidates will need further study before field application

New Insights into Cellular Impacts of Metals in Aquatic Animals

International audienceToxic metals remain a current important threat to aquatic ecosystems, despite regulatory efforts to reduce their release. Several toxic metals already appear in the list of priority substances polluting surface waters, while concerns arise from the increasing use of technology-critical metals such as metallic nanoparticles, rare-earth, and platinum group metals. In aquatic environments, various chemical, biological and physical processes determine the impact of metals on the biota. This review provides insights into responses to toxic metals recently reported in freshwater and marine animals. The specific emphasis is on: (i) common cellular and molecular responses; (ii) stress proteins; (iii) redox homeostasis; (iv) cytoskeleton rearrangement; (v) metabolism reshuffle; (vi) free cellular energy and mitochondrial metabolism; and (vi) immunity. These endpoints are promising, notably in multi-biomarker approaches to identify precise cellular toxicity pathways and anticipate the impact of environmental metal pollution

Mise en évidence de protéines révélant une réponse au stress adaptative divergente entre les espèces Dreissena polymorpha et Dreissena rostriformis bugensis

International audienceZebra mussels Dreissena polymorpha, are bivalve molluscs used in ecotoxicology, as a sentinel species with, among other things, a strong bioaccumulation capacity. The quagga mussel, Dreissena rostriformis bugensis, has more recently colonized Western Europe. Also invasive, it competes with zebra mussels for habitats and, in some areas, has completely replaced it. Its use as a sentinel species is envisaged but requires understanding the mechanisms involved during the adaptive stress response and comparing them to those of the zebra mussel, which are better characterized. With this in mind, an exposure of the two species to a classical contaminant was performed to compare their responses. The individuals were exposed to a concentration of 100 μg / L of cadmium for 7 days, and then the gill proteins were separated by two-dimensional electrophoresis and the variable abundance proteoforms were identified by mass spectrometry. The functional analysis reveals promising elements for the study of the adaptive response in both species. A difference of expression of actors of the energy metabolism pathways points a physiological difference, with a reallocation of energy as well as the appearance of truncated proteins.Les moules zébrées, Dreissena polymorpha sont des mollusques bivalves utilisés en écotoxicologie comme espèces sentinelles du fait, entre autre, de leur capacité de bioaccumulation. La moule quagga, Dreissena rostriformis bugensis, a colonisé plus récemment l'Europe occidentale. Egalement invasive, elle est en compétition avec la moule zébrée pour les habitats et, dans certaines zones, l'a complètement remplacée. Son utilisation en tant qu'espèce sentinelle est envisagée mais nécessite de comprendre les mécanismes mis en jeu au cours de la réponse adaptative au stress et de les comparer à ceux de la moule zébrée, mieux caractérisés. Dans cette optique, une exposition des deux espèces à un contaminant classique a été réalisée afin de comparer leurs réponses. Les individus ont été exposés à une concentration de 100μg/L de cadmium pendant 7 jours, puis les protéines des branchies ont été séparées par électrophorèse bidimensionnelle et les protéoformes d'abondance variable ont été identifiées par spectrométrie de masse. L'analyse fonctionnelle révèle des éléments prometteurs pour l'étude de la réponse adaptative chez les deux espèces. Une différence d'expression d'acteurs des voies du métabolisme énergétique pointe une différence physiologique, avec une réallocation de l'énergie ainsi que l'apparition de protéines tronquées

Mise en évidence de protéines révélant une réponse au stress adaptative divergente entre les espèces Dreissena polymorpha et Dreissena rostriformis bugensis

International audienceZebra mussels Dreissena polymorpha, are bivalve molluscs used in ecotoxicology, as a sentinel species with, among other things, a strong bioaccumulation capacity. The quagga mussel, Dreissena rostriformis bugensis, has more recently colonized Western Europe. Also invasive, it competes with zebra mussels for habitats and, in some areas, has completely replaced it. Its use as a sentinel species is envisaged but requires understanding the mechanisms involved during the adaptive stress response and comparing them to those of the zebra mussel, which are better characterized. With this in mind, an exposure of the two species to a classical contaminant was performed to compare their responses. The individuals were exposed to a concentration of 100 μg / L of cadmium for 7 days, and then the gill proteins were separated by two-dimensional electrophoresis and the variable abundance proteoforms were identified by mass spectrometry. The functional analysis reveals promising elements for the study of the adaptive response in both species. A difference of expression of actors of the energy metabolism pathways points a physiological difference, with a reallocation of energy as well as the appearance of truncated proteins.Les moules zébrées, Dreissena polymorpha sont des mollusques bivalves utilisés en écotoxicologie comme espèces sentinelles du fait, entre autre, de leur capacité de bioaccumulation. La moule quagga, Dreissena rostriformis bugensis, a colonisé plus récemment l'Europe occidentale. Egalement invasive, elle est en compétition avec la moule zébrée pour les habitats et, dans certaines zones, l'a complètement remplacée. Son utilisation en tant qu'espèce sentinelle est envisagée mais nécessite de comprendre les mécanismes mis en jeu au cours de la réponse adaptative au stress et de les comparer à ceux de la moule zébrée, mieux caractérisés. Dans cette optique, une exposition des deux espèces à un contaminant classique a été réalisée afin de comparer leurs réponses. Les individus ont été exposés à une concentration de 100μg/L de cadmium pendant 7 jours, puis les protéines des branchies ont été séparées par électrophorèse bidimensionnelle et les protéoformes d'abondance variable ont été identifiées par spectrométrie de masse. L'analyse fonctionnelle révèle des éléments prometteurs pour l'étude de la réponse adaptative chez les deux espèces. Une différence d'expression d'acteurs des voies du métabolisme énergétique pointe une différence physiologique, avec une réallocation de l'énergie ainsi que l'apparition de protéines tronquées

Cadmium Highlights Common and Specific Responses of Two Freshwater Sentinel Species, <i>Dreissena polymorpha</i> and <i>Dreissena rostriformis bugensis</i>

Zebra mussel (ZM), Dreissena polymorpha, commonly used as a sentinel species in freshwater biomonitoring, is now in competition for habitat with quagga mussel (QM), Dreissena rostriformis bugensis. This raises the question of the quagga mussel’s use in environmental survey. To better characterise QM response to stress compared with ZM, both species were exposed to cadmium (100 µg·L−1), a classic pollutant, for 7 days under controlled conditions. The gill proteomes were analysed using two-dimensional electrophoresis coupled with mass spectrometry. For ZM, 81 out of 88 proteoforms of variable abundance were identified using mass spectrometry, and for QM, 105 out of 134. Interestingly, the proteomic response amplitude varied drastically, with 5.6% of proteoforms of variable abundance (DAPs) in ZM versus 9.4% in QM. QM also exhibited greater cadmium accumulation. Only 12 common DAPs were observed. Several short proteoforms were detected, suggesting proteolysis. Functional analysis is consistent with the pleiotropic effects of the toxic metal ion cadmium, with alterations in sulphur and glutathione metabolisms, cellular calcium signalling, cytoskeletal dynamics, energy production, chaperone activation, and membrane events with numerous proteins involved in trafficking and endocytosis/exocytosis processes. Beyond common responses, the sister species display distinct reactions, with cellular response to stress being the main category involved in ZM as opposed to calcium and cytoskeleton alterations in QM. Moreover, QM exhibited greater evidence of proteolysis and cell death. Overall, these results suggest that QM has a weaker stress response capacity than ZM