Cellular toxicity of an organophosphate herbicide, ammonium glufosinate, and its main metabolite : Induction of oxidative stress and alteration in cell differentiation in an in vitro mouse model of primary neural stem cell culture
Toxicité cellulaire d’un herbicide organophosphoré, le glufosinate d’ammonium, et de son principal métabolite : Induction d’un stress oxydatif et modifications des voies de différenciation sur un modèle murin in vitro de culture primaire de cellules souches neurales
Résumé
The glufosinate-ammonium (GLA) is an organophosphorus herbicide commonly used in agriculture. Many cases of intentional ingestions have highlighted its neurotoxicity. However, its effects on neurodevelopment are not well studied. Indeed, the brain is an important target of GLA due to its structural homology with glutamate, the main excitatory neurotransmitter of the central nervous system. Our previous data are shown that a perinatal exposure to low doses of GLA induces disturbances in neurogenesis and in neuroblasts migration from the subventricular zone to the olfactory bulbs. These changes are associated with the development of autism spectrum disorders in the offspring. My thesis is in the continuity of his work and addresses the cellular and molecular aspects involved in early exposure to GLA. Since we are continuously exposed to pesticides, but also to their metabolites, I studied in parallel the effects of the main metabolite of GLA, the 4 methylphosphinyl-2-oxo-butanoic acid (PPO).The first work of my thesis was to develop an in vitro protocol for the primary culture of neural stem cells from the subventricular zone of mice, for the analysis of the neurotoxic effects of GLA and PPO. The results of the first study of my thesis showed an induction of related oxidative stress involving the glutamatergic system, and associated with a disruption of calcium homeostasis. Since neural stem cells are sensitive to the effects of oxidative stress, in a second study, I studied the impact of these effects on the cellular differentiation mechanisms of neural stem cells. My results indicated a significant effect of exposure to GLA and PPO on the formation and maintenance of the subventricular neurogenic niche in vitro. GLA and PPO interfere with the formation of ependyma and induce a disruption in the neuroglial differentiation of neural stem cells, without influencing their growth or proliferation capacity.All these data highlight on the interest of studying the cellular and molecular mechanisms linked to the neurotoxicity of the active substances of pesticides, the metabolites of these same pesticides, but also the mixtures of active substances and metabolites to which we are continuously exposed in our environment.
Le glufosinate d’ammonium (GLA) est un herbicide organophosphoré couramment utilisé en agriculture. De nombreux cas d’ingestions intentionnelles ont mis en évidence sa neurotoxicité. Cependant, ses effets sur le neurodéveloppement ne sont peu étudiés. En effet, le cerveau est une cible importante du GLA en raison de son homologie de structure avec le glutamate, principal neurotransmetteur excitateur du système nerveux central. Des résultats précédents du laboratoire ont permis de montrer qu’une exposition périnatale à de faibles doses de GLA induisait des perturbations de la neurogenèse et de la migration des neuroblastes au niveau de la zone sous ventriculaire vers les bulbes olfactifs. Ces modifications sont associées à l’apparition de troubles du spectre autistique dans la descendance. Ma thèse s’inscrit dans la continuité de ses travaux en abordant les aspects cellulaires et moléculaires mis en jeux lors d’une exposition précoce au GLA. Etant donné que dans la vie de tous les jours, nous sommes continuellement exposés aux pesticides mais également à leurs métabolites, j’ai étudié en parallèle les effets du principal métabolite du GLA, l’acide 4-méthylphosphinyl-2-oxo-butanoïque (PPO).Le premier travail de ma thèse a été de développer un protocole in vitro de culture primaire de cellules souches neurales issues de la zone sous-ventriculaire de souris pour l’analyse des effets neurotoxiques du GLA et du PPO. Les résultats de la première étude de ma thèse montrent une induction d’un stress oxydatif lié impliquant le système glutamatergique et associé à une perturbation de l’homéostasie calcique. Etant donné que les cellules souches neurales sont sensibles aux effets d’un stress oxydatif, dans une seconde étude, j’ai étudié l’impact de ces effets sur les mécanismes de différenciation cellulaire des cellules souches neurales. Mes résultats indiquent un effet significatif d’une exposition au GLA et au PPO sur la formation et le maintien de la niche neurogénique sous-ventriculaire in vitro. Le GLA et le PPO interfèrent avec la formation de l’épithélium épendymaire et induisent une perturbation dans la différenciation neurogliale des cellules souches neurales, sans influencer leur capacité de croissance ou de prolifération.L’ensemble des données de cette thèse mettent l’accent sur l’intérêt d’étudier les mécanismes cellulaires et moléculaires liés à la neurotoxicité des substances actives des pesticides, des métabolites de ces mêmes pesticides, mais également des mélanges substances actives-métabolites auxquels nous sommes continuellement exposés dans notre environnement.
Domaines
Sciences agricoles
Origine : Version validée par le jury (STAR)