Evaluations of cytotoxic and metabolic effects of maneb and mancozeb dithiocarbamates in models of liver cells in vitro
Evaluations des effets cytotoxiques et métaboliques des dithiocarbamates manèbe et mancozèbe dans des modèles in vitro de cellules hépatiques
Résumé
The worldwide and intensive use of pesticides results in their dissemination in food as residues. Therefore, human exposure to these environmental contaminants is a major health issue. EFSA established for each pesticide an Acceptable Daily Intake (ADI), which is a theoretical safety threshold for human health. Nevertheless, ADI does not consider potential cumulative effects of pesticide cocktails. The first aim of this study was to evaluate the effects of a low-dose pesticide mixture, frequently found in human food (chlorpyriphos, dimethoate, iprodione, imazalil, diazinon, maneb, mancozeb) in human hepatic cell models. Using differentiated HepaRG cells, we unveiled a major cytotoxic effect of the cocktail following a single exposure at low concentrations extrapolated from the ADI. Moreover, we demonstrated that the toxicity of this cocktail is carried by dithiocarbamates (Mn-EBDC) maneb and mancozeb, which contain manganese. Acute exposure to the cocktail, Mn-EBDC or manganese chloride (MnCl2) triggered the production of reactive oxygen species, which led to cell death by intrinsic apoptosis. We also showed an intracellular/mitochondrial overload of manganese concomitantly with an intracellular decrease in zinc levels following a single exposure to maneb or MnCl2. Finally, a co-exposure with zinc chloride (ZnCl2) partially restored manganese intracellular/ mitochondrial levels which was sufficient to alleviate manganese overload-induced toxicity. In a second study, we used a model of steatosis in HepaRG cells induced by oleic and stearic acids and demonstrated that chronic exposure to the pesticide mixture, Mn-EBDC or MnCl2 aggravated steatosis induced by these fatty acids (FA) in absence of cytotoxicity. The mechanism involved an increased uptake of FA and the inhibition of VLDL secretion. In addition, we found that exposure to non-cytotoxic concentrations of pesticide mixture and MnCl2 (≤ADI/10) strongly reduced the expression and enzymatic activities of CYP2E1, CYP3A4 or CYP2B6. Interestingly, these inhibitions were associated with reduction in the expression of PXR and CAR transcriptional regulators of CYP. The alterations in the expressions and activities of phase I enzymes by the pesticide mixture reduced the catabolism of diazinon. Together, these results demonstrated that the expositions to dithiocarbamates and MnCl2 triggered cytotoxic effects and alteration of the lipid and xenobiotic metabolisms in human hepatocytes in vitro.
L'utilisation intensive des pesticides génère une contamination des denrées alimentaires, une exposition de l’Homme à ces contaminants environnementaux et un problème de santé majeur. L'EFSA a établi pour chaque pesticide une dose journalière admissible (DJA), qui est un seuil de sécurité théorique pour la santé humaine. Néanmoins, la DJA ne tient pas compte des effets cumulatifs potentiels des cocktails de pesticides. Le premier objectif de cette étude était d'évaluer les effets d'un mélange de pesticides fréquemment retrouvé dans l'alimentation humaine (chlorpyriphos, diméthoate, iprodione, imazalil, diazinon, manèbe, mancozèbe) dans des modèles hépatocytaires in vitro. En utilisant des cellules HepaRG différenciées, nous avons mis en évidence un effet cytotoxique majeur du cocktail suite à une exposition unique à de faibles concentrations extrapolées à partir de la DJA. De plus, nous avons démontré que la toxicité de ce cocktail est portée par les dithiocarbamates (Mn-EBDC), le manèbe et le mancozèbe, qui contiennent du manganèse. Une exposition aiguë au cocktail, Mn-EBDC ou chlorure de manganèse (MnCl2) induit une surproduction d’espèces réactives de l’oxygène, qui a conduit à la mort cellulaire par apoptose. Nous avons également montré une surcharge intracellulaire/mitochondriale de manganèse concomitante à une diminution intracellulaire des niveaux de zinc suite à une exposition au manèbe ou au MnCl2. Enfin, une co-exposition avec du chlorure de zinc (ZnCl2) a partiellement restauré les niveaux intracellulaires/mitochondriaux de manganèse et prévient la toxicité induite par les Mn-EBDC. Dans une seconde étude, nous avons utilisé un modèle de stéatose des cellules HepaRG induite par les acides oléique et stéarique et démontré que l'exposition chronique au mélange pesticide, Mn-EBDC ou MnCl2 aggravait la stéatose induite par ces acides gras (AG) en l'absence de cytotoxicité. Le mécanisme impliquait une absorption accrue de AG et l'inhibition de la sécrétion de VLDL. De plus, nous avons constaté que l'exposition à des concentrations non cytotoxiques du mélange de pesticides ou de MnCl2 (≤ADI/10) réduisait fortement l'expression et les activités enzymatiques des CYP2E1, CYP3A4 ou CYP2B6. Fait intéressant, ces inhibitions étaient associées à une réduction de l'expression des régulateurs transcriptionnels PXR et CAR des CYP. Les altérations des expressions et des activités des enzymes de phase I par le mélange de pesticides réduisaient le catabolisme du diazinon. L’ensemble de ces résultats a démontré que les expositions aux dithiocarbamates et au MnCl2 produisent des effets cytotoxiques et altèrent les métabolismes des lipides et des xénobiotiques dans les hépatocytes humains in vitro.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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