Effects of environmental pollutants on SH-SY5Y in vitro neurodevelopmental model

Effets des polluants environnementaux in vitro sur le modèle neurodéveloppemental SH-SY5Y Les polluants environnementaux sont présents dans le monde entier et constituent un groupe diversifié de substances chimiques principalement issues d'activités anthropiques. L'être humain y est quotidiennement exposé et, bien que des évaluations réglementaires soient effectuées pour limiter leurs effets, les effets d'expositions chroniques à de faibles doses et/ou combinées à plusieurs composés demeurent peu documentés. Le développement du système nerveux, particulièrement du cerveau, est hautement contrôlé et sensible à toute perturbation. En effet, des polluants tels que le plomb, le méthyl-mercure et le bisphénol A ont été associés à une diminution des fonctions cognitives et des troubles du comportement chez les enfants. Certains d'entre eux pourraient être liés à une altération du neurodéveloppement et ont été associés, parmi d'autres, à un groupe de pathologies du neurodéveloppement telles que le trouble du déficit de l'attention avec hyperactivité et les troubles du spectre autistique. Ces troubles ont généralement une étiologie complexe avec une interaction entre prédisposition génétique et facteurs environnementaux. Il est donc important de caractériser les mécanismes potentiels de neurotoxicité de ces composés pour évaluer leur rôle potentiel dans l'apparition de ces maladies. Ce travail a été réalisé dans le cadre du réseau européen « Neurosome » et visait à mieux comprendre les impacts neurotoxiques moléculaires et cellulaires de mélanges de polluants en utilisant un modèle in vitro basé sur la lignée cellulaire neuroblastique humaine SH-SY5Y, et à identifier des biomarqueurs d'altération du neurodéveloppement. Le traitement séquentiel de cellules SH-SY5Y avec de l'acide rétinoïque (pendant 5 jours) et le facteur neurotrophique BDNF (pendant 4 jours) transforme les cellules neuroblastiques en cellules matures de type neurone avec une morphologie caractéristique comprenant un corps cellulaire et des neurites connectés les uns aux autres. Les cellules ont été exposées, dès le début de la différenciation et pendant 9 jours, à un mélange de 8 polluants représentatifs de l'environnement comprenant des composés inorganiques (méthylmercure, plomb, manganèse) et organiques (benzène, trois phtalates, bisphénol A) identifiés par le réseau Neurosome. Trois versions (H. moyenne, H. max et H. 10x max) de ce mélange ont été utilisées, en fonction des concentrations de polluants choisies sur la base d'une modélisation mathématique des concentrations moyennes et maximales attendues dans le cerveau humain et 10 fois la concentration maximale. Les effets de métaux ioniques neurotoxiques connus (plomb, manganèse, cadmium) ont aussi été testés seuls et/ou en combinaison (plomb + manganèse) sur ce même modèle cellulaire. La cytotoxicité a été déterminée par le test MTS et la cytométrie a été utilisée pour évaluer la mort cellulaire (coloration à l'iodure de propidium) et l'apoptose (activités des caspases-3/7). Le mélange H. 10x max a déclenché la mort cellulaire apoptotique. Les effets des polluants sur l'expression des gènes ont été évalués par la technique à grande échelle de RNAseq, montrant des effets sur des fonctions cellulaires importantes dans les neurones telles que le métabolisme, la synaptogenèse et la fonction du réticulum endoplasmique. Des colorations immunocytochimiques ont été utilisées pour évaluer les effets des polluants sur la croissance des neurites (marquages NEFL et MAP2) et la formation des synapses (marquages SV2 et PSD95) et montrent que l'exposition au mélange H. max altère l'axonogenèse. Les résultats obtenus dans le cadre de ce projet indiquent que les neurotoxiques du développement peuvent agir à des doses inférieures à celles requises pour provoquer une cytotoxicité, mais pouvant entraîner des perturbations permanentes. Ces résultats sont d'autant plus significatifs que le mélange de polluants et les concentrations utilisées sont représentatifs de celles rencontrées dans l'environnement.