Food quality monitoring and analytical techniques optimization of some aliments within plant-animal correlation Contaminated aliments effects on the detoxication enzymes - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2009

Food quality monitoring and analytical techniques optimization of some aliments within plant-animal correlation Contaminated aliments effects on the detoxication enzymes

Résumé

Zearalenone (Zen) is a secondary metabolite biosynthesised through a polyketide pathway by several Fusarium strains (Fusarium graminearum, F. culmorum, F. equiseti, and F. crookwellense). It is a non-steroidal estrogen or mycoestrogen and is frequently named phytoestrogen. Zen is a regular contaminant of cereal crops worldwide (Bennett and Klich, 2003). Zen resists to most common treatments occurred during food manufacturing and despite its non-steroidal structure, binds to estrogen receptors resulting in functional and morphological alterations in reproductive organs. It interacts not only with both types of estrogen receptors (Celius et al., 1999; Shier et al., 2001; Yu et al., 2004; Takemura et al., 2007), but also with the substrates for a number of hepatic enzymes. Zen is well-absorbed and is able to reach intracellular targets. The important disparity concerning the effects of Zen in animal species could in part result from the differences in their hepatic enzymes profile (Gaumy et al., 2001; Cavret and Lecoeur, 2006). Zen metabolism is complex, dominated by conjugation reactions (considered as detoxification pathways) and reduction reactions which correspond to biological activation (Gaumy et al., 2001). Our main objectives were the elucidation of the effects of contaminated aliments (especially with zearalenone) on the enzymes of detoxification (especially CYPs P450) and the understanding of Zearalenone effects on different species. In the available literature the effect of Zen on the expression and activity of detoxification enzymes is limited to in vitro experiments, to our knowledge in vivo researches has not been reported. In order to establish the zearalenone in vivo effects on the detoxification enzymes we performed several experiments: on rat, a classical animal model for the biological studies existing a large documentation within the specialized literature on the xenobiotics effects and in particularly on Zen effects, and on chicken, one of the species considered most resistant and “used” to Zearalenone presence. Complementary approaches have been used to determine zearalenone effects on the detoxification enzymes: a) development of analytical tools for the mycotoxins pharmacokinetics studies; b) determination of the in vivo effects of zearalenone on the detoxification enzymes expression and its becoming within animal organism c) in vitro zearalenone molecular mechanisms – the direct effects on hepatic detoxification enzymes d) species specificity and human risk assessment. Important stimulatory effects on P-gp mRNA expression were observed, upon in vivo Zearalenone rat treatments, suggesting that P-glycoprotein might be implicated in the detoxification path of zearalenone. P-glycoprotein implication in Zen transport has been determined in Caco2 cell lines by Videmann et al., in 2008. The Zearalenone presence induces early and rapid metabolic responses, especially for CYP2C7, which could have an important role within Zen's detoxification pathway in rats. An influence of Zearalenone treatments on the mRNA expression and enzyme activities of the P450 isoforms CYP2B2 and 3A was also stated. CYP2C7 and CYP3A1 are rat homologues of human CYP2C8 and CYP3A4, respectively (Nelson, 1999), cytochromes implication in the formation of a new 8-hydroxy Zen metabolite. The in vivo occurrence of this 8-hydroxy Zen metabolite was also determined. Zearalenone becoming within rat and poultry was assessed using new developed methods: HPLC-DAD and LC-MS (using enriched 13C Zen as internal standard). In rats, Zearalenone is rapidly eliminated in the urine within the first 6 hours after administration; about 60% (47.8 ±14.3 μg) of the total amount of urinary eliminated Zen (79.8 ±23.9 μg), and the overall urinary eliminated Zen and metabolites are about 4% of the administrated Zen. In poultry muscle samples the levels of α-Zol (13.42 μg/kg) are higher than the JEFCA accepted level (2 μg/kg) and are not suitable for human consumption. A worldwide risk assessment of human zearalenone exposure, taking in to account the eating habits, was done resulting in an important and constant human health risk. Also the necessity of regulation changes concerning the acceptable maximum level of zearalenone in cereals, a 5 μg/kg we consider to be acceptable.
Zéaralénone (Zen) est un métabolite secondaire de type polykétide biosynthétisé par différentes espèces de Fusarium (Fusarium graminearum, F. culmorum, F. equiseti, et F. crookwellense). Il s'agit d'un oestrogène non-stéroïdien (ou mycoestrogène) souvent nommé phytoestrogène. La Zen est un contaminant de cultures de céréales dans le monde entier (Bennett et Klich, 2003). Elle résiste à la plupart des traitements qui ont lieu au cours de la fabrication des denrées alimentaires. En dépit de sa structure non-stéroïdienes, le zen est capable de se lier aux récepteurs des oestrogènes et provoque des altérations morphologiques et fonctionnelles des organes de reproductions. Elle interagit non seulement avec les deux types de récepteurs aux oestrogènes (Celius et al., 1999; Shier et al., 2001; Yu et al., 2004; Takemura et al., 2007), mais aussi avec les substrats dans un certain nombre d'insuffisance des enzymes hépatiques. La Zen est bien absorbée et est capable d'atteindre des cibles intracellulaires. La disparité importante des effets de la Zen entre les différentes espèces animales pourrait en partie due à la différence entre leur profil des enzymes hépatiques (Gaumy et al., 2001; Cavret et Lecoeur, 2006). Le métabolisme de la Zen est complexe, il est dominé par des réactions de conjugaison (considérées comme des voies de détoxication) et des réactions de réduction qui correspondent à l'activation biologique (Gaumy et al., 2001). Nos principaux objectifs étaient l'élucidation des effets des aliments contaminés (en particulier avec le zéaralénone) sur les enzymes de détoxication (en particulier CYP P450) et la compréhension des effets de la zéaralénone sur les différentes espèces. Dans la littérature l'effet de la Zen sur l'expression et sur l'activité des enzymes de détoxication est limité à des expériences in vitro, à notre connaissance aucune recherche in vivo n'a encore été publiée. En vue d'établir les effets in vivo de la zéaralénone sur les enzymes de détoxication nous avons effectué plusieurs expériences: tout d'abord sur le rat, qui est un modèle animal classique pour les études biologiques et sur lequel on trouve une large documentation sur les effets des xénobiotiques et en particulier sur les effets de la Zen, et ensuite sur le poulet, l'une des espèces considérée comme la plus résistante et «habituée» à la présence de la Zéaralénone. Des approches complémentaires ont été utilisées pour déterminer les effets de la zéaralénone sur les enzymes de détoxication: a) Le développement d'outils d'analyses pour des études de la pharmacocinétique des mycotoxines; b) la détermination in vivo des effets de la zéaralénone sur l'expression des enzymes de détoxication et de son devenir dans l'organisme animal c) du mécanisme moléculaire in vitro de la zéaralénone - les effets directs sur les enzymes de détoxification hépatique d) la spécificité des espèces et l'évaluation des risques humains. D'importants effets stimulants sur l'expression d'ARNm de la P-gp ont été observés in vivo chez le rat traitait avec Zéaralénone, ce qui suggère que la P-glycoprotéine pourrait être impliqué dans la voie de détoxication de la zéaralénone. L'implication de la P-glycoprotéine dans le transport de la Zen a été déterminé dans des lignées cellulaires Caco2 par Videmann et al., en 2008. La présence de zéaralénone induit des réponses métaboliques précoces et rapides, en particulier pour le CYP2C7, il pourrait jouer un rôle important dans la voie de détoxication de la Zen chez le rat. Une influence des traitements par la Zéaralénone sur l'expression des RNAm et sur l'activité des isoformes de P450, CYP2B2 et 3A a également été réalisée. CYP2C7 et CYP3A1 sont respectivement les homologues chez le rat des formes CYP2C8 et CYP3A4 humaine (Nelson, 1999), ces cytochromes sont impliqués dans la formation d'un nouveau métabolite le 8-hydroxy Zen. In vivo l'apparition de ce métabolite (le 8-hydroxy Zen) a également été démontrée. Le devenir dans le rat et le poulet de la Zéaralénone a été évalué en utilisant les nouvelles méthodes développées: HPLC-DAD et LC-MS (en utilisant comme étalon interne Zen 13C enrichi). Chez le rat, la zéaralénone est rapidement éliminée. Elle est retrouvée dans les urines, pendant les 6 premières heures après l'administration : environ 60% (47,8 ± 14,3 mg) du montant total de la zéaralénone urinaire éliminé (79,8 ± 23,9 mg) et la Zen et ses métabolites éliminés par l'urine sont d'environ 4% de la zéaralénone administrés. Dans les échantillons de muscle de poulet les niveaux d'α-Zol (13,42 mg / kg) sont plus élevés que le niveau JEFCA accepté (2 mg / kg). Ces volailles sont donc impropres à la consommation. A l'échelle mondiale l'évaluation des risques de l'exposition de l'homme à la zéaralénone, en prenant en compte les habitudes alimentaires, a été réalisée et il en résulte un important et constant risque pour la santé humaine. Aussi la nécessité d'apporter des modifications au règlement concernant la teneur maximale acceptable de la zéaralénone dans les céréales a était surligniez, et nous considérons comme acceptable la valeur 5 μg/kg.

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Médicaments
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Dates et versions

tel-00447178 , version 1 (14-01-2010)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00447178 , version 1

Citer

Radu Corneliu Duca. Food quality monitoring and analytical techniques optimization of some aliments within plant-animal correlation Contaminated aliments effects on the detoxication enzymes. Médicaments. Université Paris Sud - Paris XI, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00447178⟩

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