Les PFAS influencent le développement et le fonctionnement du cerveau
Une étude met en évidence le mécanisme d'action grâce à une nouvelle méthode de test
Certaines substances per- et polyfluoroalkyles (PFAS) sont difficilement dégradables et sont également connues sous le nom de "produits chimiques à vie". Elles ont des effets néfastes sur la santé et peuvent entraîner des lésions hépatiques, l'obésité, des troubles hormonaux et le cancer. Une équipe de chercheurs du Centre Helmholtz pour la recherche environnementale (UFZ) a étudié les effets des PFAS sur le cerveau. En combinant des méthodes modernes de biologie moléculaire et le modèle du poisson zèbre, les chercheurs ont révélé le mécanisme d'action et identifié les gènes impliqués. Ces gènes sont également présents chez l'homme. La procédure d'essai mise au point à l'UFZ pourrait être utilisée pour l'évaluation des risques d'autres substances chimiques neurotoxiques. L'étude a été publiée récemment dans Environmental Health Perspectives.
En raison de leurs propriétés particulières - résistance à la chaleur, imperméabilité à l'eau et aux graisses et grande durabilité - les PFAS sont utilisés dans de nombreux produits de la vie courante (par exemple, les cosmétiques, les vêtements de plein air et les ustensiles de cuisine enduits). Mais ce sont précisément ces propriétés qui les rendent si problématiques. "Comme certaines PFAS sont chimiquement stables, elles s'accumulent dans l'environnement et pénètrent dans notre corps par l'intermédiaire de l'air, de l'eau potable et des aliments", explique le professeur Tamara Tal, toxicologue à l'UFZ. Même en consommant avec précaution, il est pratiquement impossible d'éviter ce groupe de substances, produit depuis les années 1950 et qui comprend aujourd'hui des milliers de composés différents. "Il y a un grand besoin de recherche, en particulier lorsqu'il s'agit de développer des systèmes d'essai rapides, fiables et rentables pour évaluer les risques d'exposition aux PFAS", déclare Tamara Tal. Jusqu'à présent, les conséquences environnementales et sanitaires ont été difficiles à évaluer.
Dans leur étude actuelle, les chercheurs ont examiné comment l'exposition aux PFAS affecte le développement du cerveau. Pour ce faire, ils ont utilisé le modèle du poisson zèbre, fréquemment utilisé dans la recherche en toxicologie. L'un des avantages de ce modèle est qu'environ 70 % des gènes présents chez le poisson zèbre(Danio rerio) sont également présents chez l'homme. Les résultats obtenus à partir du modèle du poisson zèbre peuvent donc probablement être transposés à l'homme. Dans leurs expériences, les chercheurs ont exposé le poisson zèbre à deux substances du groupe des PFAS (PFOS et PFHxS), qui ont une structure similaire. Ils ont ensuite utilisé des méthodes de biologie moléculaire et de bioinformatique pour déterminer quels gènes du cerveau des larves de poisson exposées aux PFAS étaient perturbés par rapport aux poissons témoins, qui n'avaient pas été exposés. "Chez le poisson zèbre exposé aux PFAS, le groupe de gènes du récepteur activé par les proliférateurs de peroxysomes (ppar), qui est également présent sous une forme légèrement modifiée chez l'homme, était particulièrement actif", explique Sebastian Gutsfeld, doctorant à l'UFZ et premier auteur de l'étude. "Des études de toxicité ont montré que c'était le cas à la suite d'une exposition aux PFAS, mais dans le foie. Nous avons maintenant été en mesure de le démontrer pour le cerveau".
Mais quelles sont les conséquences d'une modification de l'activité des gènes ppar déclenchée par l'exposition aux SPFO sur le développement du cerveau et le comportement des larves de poisson zèbre ? Les chercheurs ont étudié cette question dans le cadre d'autres études utilisant le modèle du poisson zèbre. Ils ont utilisé la méthode CRISPR/Cas9, également connue sous le nom de ciseaux génétiques. "À l'aide de ciseaux génétiques, nous avons pu couper sélectivement un ou plusieurs gènes ppar et les empêcher de fonctionner normalement", explique M. Gutsfeld. "Nous voulions découvrir quels gènes ppar sont directement liés à un changement de comportement larvaire déclenché par l'exposition aux PFAS". La preuve du mécanisme sous-jacent a été directement apportée. Contrairement aux poissons zèbres génétiquement non modifiés, les poissons knockdown chez lesquels les ciseaux à gènes ont été utilisés ne devraient pas présenter de changements comportementaux après l'exposition aux PFAS.
Les deux critères d'évaluation du comportement
Dans une série d'expériences, les chercheurs ont exposé en continu des poissons zèbres à des SPFO ou à des PFHxS pendant leur phase de développement précoce, entre le premier et le quatrième jour, et dans une autre série d'expériences, seulement le cinquième jour. Le cinquième jour, les chercheurs ont observé le comportement de nage. Pour ce faire, ils ont utilisé deux critères comportementaux différents. Dans le premier cas, l'activité de nage a été mesurée pendant une phase d'obscurité prolongée. Les poissons exposés aux PFAS nageaient plus que les poissons non exposés aux PFAS, qu'ils aient été exposés de manière continue aux PFAS pendant le développement du cerveau ou peu de temps avant le test de comportement. Il est intéressant de noter que l'hyperactivité n'était présente qu'en présence du produit chimique. Lorsque les chercheurs ont supprimé le PFOS ou le PFHxS, l'hyperactivité a disparu. Le deuxième critère d'évaluation consistait à mesurer la réaction de sursaut après un stimulus sombre. "Chez les poissons zèbres exposés aux SPFO pendant quatre jours, nous avons observé un comportement de nage hyperactif en réponse au stimulus", explique M. Gutsfeld. En revanche, les poissons zèbres exposés uniquement au PFOS ou au PFHxS le cinquième jour n'ont pas eu de réaction de sursaut hyperactive.
Sur la base de ces réponses, les chercheurs concluent que l'exposition aux SPFO est associée à des conséquences anormales, en particulier pendant les phases sensibles du développement du cerveau. En utilisant le poisson zèbre knockdown, les chercheurs ont identifié deux gènes du groupe ppar qui interviennent dans le comportement déclenché par les SPFO.
"Comme ces gènes sont également présents chez l'homme, il est possible que les PFAS aient aussi des effets correspondants chez l'homme", conclut Tal. Les scientifiques qui travaillent avec Tal souhaitent étudier les effets neuroactifs d'autres PFAS dans le cadre de futurs projets de recherche et développer la méthode afin qu'elle puisse être utilisée pour évaluer le risque des produits chimiques présents dans l'environnement, y compris les PFAS.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Sebastian Gutsfeld, Leah Wehmas, Ifeoluwa Omoyeni, Nicole Schweiger, David Leuthold, Paul Michaelis, Xia Meng Howey, Shaza Gaballah, Nadia Herold, ... Wibke Busch, Stefan Scholz, Jana Schor, Tamara Tal; "Investigation of Peroxisome Proliferator-Activated Receptor Genes as Requirements for Visual Startle Response Hyperactivity in Larval Zebrafish Exposed to Structurally Similar Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS)"; Environmental Health Perspectives, Volume 132
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