Optimisation d'approches combinées de métabolomique pour l'étude des effets métaboliques hépatiques induits par l'exposition à l'acide perfluorooctanoîque - TEL - Thèses en ligne
Thèse Année : 2021

Optimization of combined metabolomics approaches for the study of hepatic metabolic effects induced by exposure to perfluorooctanoic acid

Optimisation d'approches combinées de métabolomique pour l'étude des effets métaboliques hépatiques induits par l'exposition à l'acide perfluorooctanoîque

Joran Villaret Cazadamont
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1272764
  • IdRef : 258089504

Résumé

Perfluorooctanoic acid (PFOA), a substance of human origin, is one of the main representatives of the per/polyfluoro-alkylated compounds family (PFAS). PFOA has been used since the 1950's for numerous industrial applications and can be released into the environment at various stages of its life cycle. It is a very persistent substance that has also been demonstrated to contaminate the food-chain and for which human exposure was repeatedly demonstrated. The potential toxicity of this compound raises major public health issues. Very recently, EFSA has set a food exposure limit of 4.4 ng/kg/week for a combination of 4 molecules from the PFAS family including PFOA, strongly reducing the previous exposure recommendations established for this compound. As a result, for a majority of the population, exposure to this compound now exceeds the new guideline's limits. Several studies have suggested that PFOA has adverse hepatic effects in humans. However, more complete data on its metabolic effects are required to accurately assess the hazards associated with this compound. The main objective of this PhD project was to explore the hepatic metabolic pathways altered by PFOA exposure, based on in vitro doses as representative as possible of human exposure. For this purpose, we used metabolomic approaches, which allow the study of the global effects of xenobiotics. We chose the human hepatic cell line HepaRG as our central model, because it displays functionalities that are close to primary human hepatocytes both at the phenotypic level and regarding the expression of biotransformation enzymes. To achieve this objective, we performed methodological developments in order to optimize several key steps of in vitro metabolomics protocols, and adapt it to the specific context of toxicological studies focused on metabolic disruptors. Indeed, the study of metabolic modulations triggered by food contaminants such as PFOA must be assessed at low concentrations, and their effects can be difficult to demonstrate. These developments have enabled to considerably limit the between samples variability, as well as to increase the number of metabolites that can be observed in the same biological sample. All of these improvements have been applied to the metabolomics study of PFOA. Targeted metabolomics were used to study the modulations of specific metabolites involved in the main pathways suspected of being impacted by this compound (amino acids, energy metabolites and certain classes of lipids). Non-targeted metabolomics approaches were used to investigate the modulation of additional metabolic pathways. The results obtained in targeted metabolomics showed a modulation of a number of metabolites such as amino acids, energetic metabolites and some lipid classes by PFOA, for a short-term exposure time. Citrate, fumarate, -ketoglutarate and malate, which are metabolites participating to the TCA cycle, appear to be particularly affected during long-term exposure. In addition, the non-targeted analyses suggest that other metabolic pathways could also be impacted by this compound. Ultimately, the approach developed in this project could be applied to study the effects of other compounds of this family as well as other food contaminants, allowing a better characterization of the hazards related to these chemicals.
L'acide perfluorooctanoïque (PFOA), qui est une substance d'origine humaine, est un des représentants principaux de la famille des composés per/polyfluoro-alkylés (PFAS). Ce composé est utilisé depuis les années 1950 dans de nombreuses applications industrielles et peut, à différentes étapes de son cycle de vie, être relargué dans l’environnement. Il y est très persistant et peut contaminer la chaîne alimentaire, avec une exposition avérée chez l’Homme. La toxicité fortement suspectée de ce composé pose aujourd'hui des questions majeures de santé publique. En 2020, l’EFSA a établi une Dose Hebdomadaire Tolérable de 4,4 ng/kg/semaine pour une combinaison de 4 molécules de la famille des PFAS incluant le PFOA, réduisant fortement les anciennes recommandations établies pour ce composé. De ce fait, une majorité des populations exposées à ce composé dépasse maintenant le nouveau seuil fixé. Plusieurs études suggèrent que le PFOA aurait des effets au niveau hépatique chez l’Homme. Cependant, des données plus complètes sur ses effets métaboliques sont nécessaires pour une évaluation plus précise des dangers associés à cette molécule. L'objectif principal de ce projet de thèse était d'explorer l'ensemble des voies métaboliques hépatiques altérées suite à l’exposition au PFOA, pour les scénarios d’exposition les plus représentatifs possibles de l’exposition Humaine. Pour cela, des approches de métabolomique permettant d’observer les effets de ce composé de manière globale ont été utilisées. La lignée cellulaire hépatique humaine HepaRG a été sélectionnée comme modèle d’étude pour ses fonctionnalités proches des hépatocytes primaires humains au niveau phénotypique, y compris sur le plan de l’expression des enzymes de biotransformation. Pour atteindre cet objectif, des développements méthodologiques ont été nécessaires afin d’optimiser plusieurs étapes clés des protocoles habituellement utilisés en métabolomique et pour les adapter au contexte spécifique de la mise en évidence des effets biologiques de ce type composé. En effet, l’étude des modulations métaboliques induites par des contaminants alimentaires tels que le PFOA doit être évaluée pour de faibles concentrations, et les effets engendrés peuvent être difficiles à mettre en évidence. Ces développements ont permis de considérablement limiter l’introduction de variabilité entre les échantillons, ainsi que d’augmenter le nombre de métabolites pouvant être observés sur le même échantillon biologique. L’ensemble de ces améliorations a été appliquées à l’étude des effets du PFOA par métabolomique. La métabolomique ciblée a été utilisée pour étudier les modulations de métabolites spécifiques impliqués dans les principales voies suspectées d’être affectées par ce composé (acides aminés, métabolites énergétiques et certaines classes de lipides). Des approches métabolomiques non ciblées ont permis d’observer les modulations d’autres métabolites potentiellement affectés par ce composé. Les résultats obtenus en métabolomique ciblée montrent une modulation de certains acides aminés, métabolites énergétiques et classes de lipides par le PFOA pour un temps d’exposition à court terme. Le citrate, le fumarate, l’-cétoglutarate et le malate, qui sont des métabolites appartenant au cycle de Krebs semblent être particulièrement affectés lors d’une exposition à long terme. De plus, les analyses non ciblées réalisées suggèrent que d’autres voies métaboliques pourraient aussi être affectées. À terme, L'approche développée dans ce projet pourra être appliquée pour l'étude des effets d'autres composés de cette famille ainsi que pour d’autres contaminants alimentaires, permettant une meilleure caractérisation des dangers liés à ce type de composés.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04170614 , version 1 (25-07-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04170614 , version 1

Citer

Joran Villaret Cazadamont. Optimisation d'approches combinées de métabolomique pour l'étude des effets métaboliques hépatiques induits par l'exposition à l'acide perfluorooctanoîque. Sciences agricoles. Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT, 2021. Français. ⟨NNT : 2021INPT0038⟩. ⟨tel-04170614⟩
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