Effect of repetitive potassium iodide on elderly rat’s thyroid

Background: Nuclear power plant emergencies had often been accompanied by radioactivity release into the environment, thyroid cancer is one of the major health consequences due to the effect of radioactive iodine (131I) that emits ϒ ray and β particles resulting in thyroid DNA damage and late onset thyroid cancer. Intake of a single dose of potassium iodide (KI) is recommended to reduce this risk. However in case of prolonged radioiodine release as noticed during Chernobyl and Fukushima accidents, more than one dose of KI may be basic to ensure adequate protection [1]. Whereas a single dose of KI is admitted to be safe, knowledge about the effects of repeated KI administration are scarce, few studies demonstrated the potential efficiency of repetitive KI intake in humans [2] and non-human primates [3] without hormonal variations. These studies are relevant in the field of radiation protection and give a base evidence of the possible use of repetitive KI. On the other hand, we have studies on rodents that showed an impact of chronic iodine excess on pituitary thyroid axis function [4]. Our previous work on adult male rats demonstrated the safety of repeated administration of KI over 8 days [5]. Indeed in the elderly persons KI administration in case of nuclear emergency remains a topic of debate, because of the possible impact in cardiovascular diseases. Thyroid hormones are well-known for their profound effects on cardiovascular function and metabolism; myocardial and vascular endothelial tissues have receptors for thyroid hormones and are sensitive even to subtle changes in the concentrations of circulating pituitary and/or thyroid hormones i.e. subclinical hypothyroidism and hyperthyroidism. It is well established that hyperthyroidism induces a hyper-dynamic cardiovascular state, which is associated with a faster heart rate, enhanced left ventricular systolic and diastolic function whereas hypothyroidism is characterized by the opposite changes. Atrial fibrillation is the most common cardiac arrhythmia in the elderly, the prevalence and incidence increase with advancing age [6]. Several interventional trials showed that treatment of subclinical thyroid diseases improves cardiovascular risk factors, which implies potential benefits for reducing cardiovascular events. Objective: The aim of this study is to assess the effects of repeated KI intake on the thyroid function of aged male rats. Methods: A twelve months old male rats were subjected to either KI or saline solution over 8 days. Clinical biochemistry, pituitary and thyroid hormones level, and thyroid genes expression were analyzed 30 days after the treatment discontinuation. Findings: urinary assessment shows a subtle increase of some parameters (Creatinin, Uric Acid, Urea, Glucose, Potassium, Sodium and Chlorine), plasma biochemistry reveals a subtle variation of some parameters (an increase of Creatinin, Glucose and phosphorus; and a decrease of Chlorine level). Regarding pituitary-thyroid hormones we get a significant decrease of TSH level without thyroid hormones variation. At the molecular level, we observe a significant increase of TPO (+100%), AIT (+299%) and Tg (+38%) mRNA expression. On the other hand we get a significant decrease of TSHR (-51%) mRNA expression. Conclusion and perspectives: Our first results indicate that repeated KI intake affects the clinical biochemistry and the pituitary-thyroid axis function in elderly rats. To go further we are investigating the impact of these variations on the cardiovascular function and its parameters. Cardiac output data, cardiovascular gene expression, oxidative stress and inflammatory analysis are being processed. This study will contribute to the evolution of iodine policy and the harmonization of the current KI guidelines

DU METABOLOME A L’EPIGENOME : EXEMPLE D’ETUDE MULTIOMIQUE SUR LES EFFETS DES EXPOSITIONS A FAIBLES DOSES D’URANIUM

International audiencePour d'étudier les effets biologiques des expositions chroniques à de faibles doses d’uranium auxquelles les populations humaines peuvent être exposées, un protocole in vivo d'exposition chronique à l'uranium a été élaboré et des analyses omiques ont été utilisées en complément d’un suivi clinique. Les résultats des analyses métabolomiques ont révélés l’existence d’un dimorphisme sexuel fort observable au niveau des reins, de l'urine et du plasma sanguin chez les animaux contaminés. Elles ont aussi montré que les principaux métabolismes affectés par l’uranium étaient ceux du nicotinate-nicotinamide et de la biosynthèse des acides gras insaturés. Plus en amont des métabolismes, l'analyse du transcriptomique des reins a aussi permis de mettre en évidence l’existence d’une activité génique et épigénétique associée à l’exposition à l’uranium et sensible au sexe des animaux. D’un point de vue épigénétique, l’analyse des profils de méthylation de l’ADN des reins a révélé chez les mâles nés de femelles exposées durant la gestation, des profils de méthylation de l’ADN modifiés sur deux générations alors que les femelles n’étaient à ce niveau pas affectées.Ces résultats ont montré qu’il existait des liens entre les différents profils moléculaires d’analyse omiques (de l'expression génique au métabolisme) des rats exposés à de faibles doses chroniques d'uranium. Ces approches multiéchelles pourraient être utiles pour décrypter les mécanismes d’action biologiques liés aux faibles doses d’expositions environnementales. Elles mettent en évidence l’importance du sexe des individus et attirent l’attention sur la nécessité de prendre en compte cette composante génétique en matière d'évaluation des risques et d’évolution des normes de radioprotection

Early metabolomics markers of an acute low-dose exposure to uranium in rats

International audienceA metabolomics time-course study was performed in rats to find out early biomarkers and highlight the main metabolic pathways that are significantly altered in first period after acute low doses uranium exposure. A dose response relationship study was established from urine and plasma sample collected periodically during 9 months after exposure of young adult male rats to uranyl nitrate. LC-MS and biostatistical analysis were performed to identify early discriminant metabolites. As expected, low-dose of uranium have time-related non-toxic biological effects from which it was possible to identify early and delayed markers of exposure in both urine and plasma sample. Among the most discriminant early ones, a combination of surrogate markers of uranium exposure was validated with a high predictive performance. In urine, nicotinate-nicotinamide and tryptophan metabolism seems to be among the main biological target of as shown previously for chronic contaminations and completed among others by betaine metabolism. This study can be considered as a proof of concept of the relevance of metabolomics in the field of low dose internal contamination to uranium, to develop predictive diagnostic tests useable for radiotoxicological monitoring

DNA methylation and potential multigenerational epigenetic effects linked to uranium chronic low-dose exposure in gonads of males and females rats

International audienceIntroduction: An increased health problem in industrialised countries is the contemporary concern of public and scientific community as well. This has been attributed in part to accumulated environmental pollutants especially radioactive substances and the use of nuclear power plants worldwide. However, the outcome of chronic exposure to low doses of a radionuclide such as uranium remains unknown. Recently, a paradigm shift in the perception of risk of radiotoxicology has emerged through investigating the possibility of transmission of biological effects over generations, in particular by epigenetic pathways. These processes are known for their crucial roles associated with the development of several diseases.Objective: The current work investigates the epigenetic effect of chronic exposure to low doses of uranium and its inheritance across generations.Materials and Methods To test this proposition, a rodent multigenerational model, males and females, were exposed to a non-toxic concentration of uranium (40 mg L−1 drinking water) for nine months. The uranium effects on were evaluated over three generations (F0, F1 and F2) by analysing the DNA methylation profile and DNMT genes expression in ovaries and testes tissues.Results: Here we report a significant hypermethylation of testes DNA (p <0.005) whereas ovaries showed hypomethylated DNA (p <0.005). Interestingly, this DNA methylation profile was significantly maintained across generations F0, F1 and F2. Furthermore, qPCR results of both tissues imply a significant change in the expression of DNA methyltransferase genes (DNMT 1 and DNMT3a/b) as well.Conclusion: Altogether, our work demonstrates for the first time a sex-dependance and inheritance of epigenetic marks, DNA methylation, as a biological response to the exposure to low doses of uranium. However, it is not clear which type of reproductive cell type is more responsive in this context

Effect of repetitive potassium iodide on elderly rat’s thyroid

Background: Nuclear power plant emergencies had often been accompanied by radioactivity release into the environment, thyroid cancer is one of the major health consequences due to the effect of radioactive iodine (131I) that emits ϒ ray and β particles resulting in thyroid DNA damage and late onset thyroid cancer. Intake of a single dose of potassium iodide (KI) is recommended to reduce this risk. However in case of prolonged radioiodine release as noticed during Chernobyl and Fukushima accidents, more than one dose of KI may be basic to ensure adequate protection [

Une exposition multigénérationnelle à l’uranium induit des modifications des paramètres morphométriques et de la méthylation globale de l’ADN dans les spermatozoïdes de rats

International audienceThere is increasing evidence that environmental exposures early in fetal development influence phenotype and give rise to disease risk in the next generations. We previously found that lifelong exposure to uranium, an environmental contaminant, induced subtle testicular and hormonal defects; however, its impact on the reproductive system of multiple subsequent generations was unexplored. Herein, rats were exposed to a supra-environmental and non-nephrotoxic concentration of natural uranium (U, 40 mg·L−1 of drinking water) from postnatal life to adulthood (F0), during fetal life (F1), and only as the germ cells from the F1 generation (F2). General parameters (reproductive indices, epididymal weight) and sperm morphology were assessed in the three generations. In order to identify the epigenetic effects of U, we analyzed also the global DNA methylation profile and described for the first time the mRNA expression levels of markers involved in the (de)methylation system in rat epididymal spermatozoa. Our results showed that the F1 generation had a reduced pregnancy rate. Despite the sperm number being unmodified, sperm morphology was affected in the F0, F1 and F2 generations. Morphometric analysis for ten parameters was detailed for each generation. No common parameter was detected between the three generations, but the head and the middle-piece were always modified in the abnormal sperms. In the F1 U-exposed generation, the total number of abnormal sperm was significantly higher than in the F0 and F2 generations, suggesting that fetal exposure to uranium was more deleterious. This effect could be associated with the pregnancy rate to produce the F2 generation. Interestingly, global DNA methylation analysis showed also hypomethylation in the sperm DNA of the last F2 generation. In conclusion, our study demonstrates that uranium can induce morphological sperm defects and changes in the DNA methylation level after multigenerational exposure. The epigenetic transgenerational inheritance of U-induced reproductive defects should be assessed in further experiments.Il existe de plus en plus de preuves de ce que les expositions environnementales auxquelles les individus sont soumis durant leur développement influencent le phénotype et le risque d’apparition de maladies chez les générations futures. Nous avons précédemment constaté que l’uranium, un contaminant environnemental, induisait après une exposition durant la vie entière de subtiles anomalies testiculaires et hormonales, mais son impact sur le système reproducteur des générations suivantes restait inexploré. Dans cette étude, des rats ont été exposés à une concentration supra-environnementale et non néphrotoxique d’uranium (U, 40 mg·L−1 dans l’eau de boisson) de la vie postnatale à l’âge adulte (F0), pendant la vie fœtale (F1), et seulement en tant que cellules germinales de la génération F1 (F2). Les paramètres généraux (indices reproductifs, poids) et la morphologie des spermatozoïdes ont été évalués sur les trois générations. Afin d’identifier les effets épigénétiques de l’uranium, nous avons également analysé le profil global de méthylation de l’ADN et décrit, pour la première fois, les niveaux d’expression d’ARNm des marqueurs impliqués dans le système de (dé)méthylation des spermatozoïdes épididymaires de rats. Nos résultats ont montré que la génération F1 avait un taux de naissance réduit. Bien que le nombre de spermatozoïdes n’ait pas été modifié, la morphologie des spermatozoïdes a été affectée chez les générations F0, F1 et F2. L’analyse morphométrique de dix paramètres a été détaillée pour chaque génération. Aucun paramètre commun n’a été détecté entre les trois générations, mais la tête et la pièce intermédiaire ont toujours été modifiées dans ces spermatozoïdes anormaux. Chez les générations F1 exposées à l’U, le nombre total de spermatozoïdes anormaux était significativement plus élevé que chez les générations F0 et F2, ce qui suggère que l’exposition fœtale à l’uranium était plus nocive et pouvait affecter le taux de naissance pour produire la génération F2. Il est intéressant de noter aussi que l’analyse globale de méthylation de l’ADN a montré une hypométhylation dans l’ADN des spermatozoïdes de la dernière génération F2. En conclusion, notre étude démontre que l’uranium peut induire des défauts morphologiques des spermatozoïdes et un changement de méthylation de l’ADN après une exposition multigénérationnelle. La transmission transgénérationnelle épigénétique des anomalies du système reproducteur induites par l’uranium devra être évaluée dans de futures expériences

Etude de l’implication du stress dans la réponse aux faibles doses de rayonnements ionisants sur le système cardio et cérébrovasculaire. : Projet SIROCCO

International audienceContexteLes études épidémiologiques mettent en évidence un lien entre l’exposition aux rayonnements ionisants à des doses modérées (>500mGy) et le développement de pathologies cardiovasculaires.Les études expérimentales ne montrent pas de lien entre exposition chronique à très faibles doses (150mGy-300mGy) de rayonnements ionisants et le développement de l’athérosclérose.Le stress est un des premiers facteurs de risque cardiovasculaire. Il a été montré qu’un stress psychosocial est associé à une augmentation de l’oxydation des lipides mais également des cytokines pro-inflammatoires induisant une aggravation des maladies cardiovasculaires.Aucune étude n’a cependant mis en évidence la réponse d’une co-exposition associant rayonnements ionisants et co-facteur de risque tel que le stress sur les pathologies du coeur et des vaisseaux.MéthodePar une approche in vivo nous allons exposer des souris ApoE-/- aux rayonnements ionisants gamma à faibles doses (dose cumulée de 70mGy et 800mGy) chronique (6μGy/h) et exposer dans le même temps au stress. A l’issue de cette co-exposition l’objectif sera d’évaluer : Les paramètres fonctionnels et physiopathologiques du coeur et des vaisseaux Le profil moléculaire des vaisseaux, du coeur et du sang (approches métabolomiques) Les conséquences sur la vascularisation cérébrale (densité vasculaire et l’inflammation cérébrale)RésultatsCe projet est dans une phase de validation du modèle de stress que nous avons initié par l’ajout de litière de rat. A cette étape de l’étude, les résultats ne mettent pas en évidence de perte de poids mais les mesures de pression artérielle et le dosage d’hormones de stress doivent venir compléter l’étude.ConclusionSIROCCO dispose d’atouts majeurs pour progresser vers l’importance des facteurs risques tels que l’hypercholestérolémie et le stress dans la réponse des faibles doses sur des pathologies chroniques comme les pathologies cardiovasculaires. SIROCCO va également permettre par une approche moléculaire à grande échelle de comprendre les mécanismes à court terme et de faire un lien avec d’éventuelles apparitions de troubles fonctionnels à long terme aussi bien chez les animaux mâles que chez les femelles. Ces études vont permettre en complémentarité avec les études épidémiologiques de mieux comprendre les mécanismes impliqués après exposition à faibles doses dans des contextes micro-environnementaux à risque.Mots-clés (5 maximum)Co-expositions, facteurs de risques, rayonnements ionisants, stress, maladies cardiovasculaire

Etude de l’implication du stress dans la réponse aux faibles doses de rayonnements ionisants sur le système cardio et cérébrovasculaire. : Projet SIROCCO

International audienceContexteLes études épidémiologiques mettent en évidence un lien entre l’exposition aux rayonnements ionisants à des doses modérées (>500mGy) et le développement de pathologies cardiovasculaires.Les études expérimentales ne montrent pas de lien entre exposition chronique à très faibles doses (150mGy-300mGy) de rayonnements ionisants et le développement de l’athérosclérose.Le stress est un des premiers facteurs de risque cardiovasculaire. Il a été montré qu’un stress psychosocial est associé à une augmentation de l’oxydation des lipides mais également des cytokines pro-inflammatoires induisant une aggravation des maladies cardiovasculaires.Aucune étude n’a cependant mis en évidence la réponse d’une co-exposition associant rayonnements ionisants et co-facteur de risque tel que le stress sur les pathologies du coeur et des vaisseaux.MéthodePar une approche in vivo nous allons exposer des souris ApoE-/- aux rayonnements ionisants gamma à faibles doses (dose cumulée de 70mGy et 800mGy) chronique (6μGy/h) et exposer dans le même temps au stress. A l’issue de cette co-exposition l’objectif sera d’évaluer : Les paramètres fonctionnels et physiopathologiques du coeur et des vaisseaux Le profil moléculaire des vaisseaux, du coeur et du sang (approches métabolomiques) Les conséquences sur la vascularisation cérébrale (densité vasculaire et l’inflammation cérébrale)RésultatsCe projet est dans une phase de validation du modèle de stress que nous avons initié par l’ajout de litière de rat. A cette étape de l’étude, les résultats ne mettent pas en évidence de perte de poids mais les mesures de pression artérielle et le dosage d’hormones de stress doivent venir compléter l’étude.ConclusionSIROCCO dispose d’atouts majeurs pour progresser vers l’importance des facteurs risques tels que l’hypercholestérolémie et le stress dans la réponse des faibles doses sur des pathologies chroniques comme les pathologies cardiovasculaires. SIROCCO va également permettre par une approche moléculaire à grande échelle de comprendre les mécanismes à court terme et de faire un lien avec d’éventuelles apparitions de troubles fonctionnels à long terme aussi bien chez les animaux mâles que chez les femelles. Ces études vont permettre en complémentarité avec les études épidémiologiques de mieux comprendre les mécanismes impliqués après exposition à faibles doses dans des contextes micro-environnementaux à risque.Mots-clés (5 maximum)Co-expositions, facteurs de risques, rayonnements ionisants, stress, maladies cardiovasculaire

Effects of repeated potassium iodide administration on genes involved in synthesis and secretion of thyroid hormone in adult male rat

International audienceBackgroundA single dose of potassium iodide (KI) is recommended to reduce the risk of thyroid cancer during nuclear accidents. However in case of prolonged radioiodine exposure, more than one dose of KI may be necessary. This work aims to evaluate the potential toxic effect of repeated administration of KI.MethodsAdult Wistar rats received an optimal dose of KI 1 mg/kg over a period of 1, 4 or 8 days.Resultshormonal status (TSH, FT4) of treated rats was unaffected. Contrariwise, a sequential Wolff-Chaikoff effect was observed, resulting in a prompt decrease of NIS and MCT8 mRNA expression (−58% and −26% respectively), followed by a delayed decrease of TPO mRNA expression (−33%) in conjunction with a stimulation of PDS mRNA expression (+62%).Conclusionwe show for the first time that repeated administration of KI at 1 mg/kg/24h doesn't cause modification of thyroid hormones level, but leads to a reversible modification of the expression of genes involved in the synthesis and secretion of thyroid hormones