Neurotoxicity induced by environmental amino acids-mimetic toxins through inflammation – NeuroTEM

Nous cherchons à montrer des conséquences neurologiques et inflammatoires chez la souris suite à l’exposition chronique aux polluants en association ou non à une inflammation précédent l’exposition ou lui étant consécutive. Nous utiliserons également un modèle génétique d’une lignée de souris présentant une altération génétique les rendant potentiellement plus sensibles. Les expositions sont non invasives et miment la réalité. Nous évaluons les effets de ces expositions grâce à des approches comportementales, de la naissance à la vieillesse, des animaux exposés dans leur très jeune âge. Cela nous permet d’avoir des informations sur la mise en place de troubles neurologiques et leurs évolutions. Des techniques d’imageries histologiques et des mesures biochimiques et moléculaires sont également utilisées. Cela nous permets d’évaluer les impacts sur le neurodéveloppement, les perturbation génétiques et physiologiques, ainsi que les modifications du système immunitaire des animaux. En parallèle, nous développons des expérimentations sur des cultures de cellules du système nerveux afin de d’étudier les effets cellulaires et de modéliser in vitro les expérimentation faites sur l’animal. A ce titre, nous développons des modèles de cultures en trois dimensions du système nerveux (neurosphères) qui ont pour but de nous fournir des données moléculaires, cellulaires, inflammatoires sur les effets neurotoxiques induits. A terme cela devrait nous permettre d’utiliser des cellules humaines pour modéliser au moins en parties ces approches toxicologiques pour permettre l’évaluation des risques sanitaires pour la santé humaine.

Nous avons déjà obtenu un certain nombre de résultats même si nous ne sommes qu’au premier tiers du programme. Ainsi nous avons montré une perturbation du développement cérébral précoce suite à l’exposition à faible dose pendant la gestation. Nous montrons également en culture cellulaire, des impacts sur les cellules de l’immunité et la mise en place d’une réaction inflammatoire. Par ailleurs, dans le modèle animal, nous avons mis en évidence que certains effets comportementaux étaient liés à l’induction d’une inflammation chez la mère, alors que d’autres semble associés à l’exposition aux polluants. Nous avons ainsi mis en évidence des troubles moteurs et de l’acquisition de réflexe dans le jeune âge. Un résultat inattendu a été de voir les effets liés aux polluants sur la prise de poids des femelles gestantes et des souris exposées pendant la période périnatale. Des analyses sur la perturbation endocrinienne vont donc être réalisées en collaboration.
D’un point de vu partenarial supplémentaire, ce projet nous amène à collaborer avec une équipe de l’INRAe (pour la partie perturbation endocrinienne), mais aussi a conduit à créer un nouveau partenariat avec l’INSERM sur des aspects épigénétiques en lien avec ces expositions dans le cadre des tumeurs cérébrales (un financement de thèse a été obtenu).

Le projet NeuoTEM doit pouvoir mettre en évidence les interactions entre inflammation, toxicité environnementale et troubles neuro-développementaux. Il doit également approfondir les connaissances sur l'interrelation existant entre les systèmes inflammatoires périphériques, en particulier l'inflammation pulmonaire, et le système inflammatoire cérébral. Ce domaine de connaissance est actuellement très peu étudié. Notre principale hypothèse de travail est liée au concept d'exposome, soulignant que l'étude d'une seule exposition environnementale isolée ne reflète pas la situation réelle d'exposition humaine. Pour résoudre ce problème, nous utilisons une approche multidisciplinaire impliquant à la fois des méthodes in vivo et in vitro conduisant à 1) rechercher des critères montrant des perturbations défavorables (AOP) pertinentes pour expliquer l'origine développementale des maladies neuronales, 2) mieux caractériser les résultats neurotoxiques tardifs liés aux expositions à des toxiques, et 3) identifier de nouvelles interactions avec l'inflammation (poumon et cerveau) comme marqueurs précoces putatifs du développement de maladies cérébrales. Ce projet pourrait être utile à la fois à la communauté scientifique et aux organismes de réglementation environnementale: d'une part, il fournira des données importantes sur l'origine développementale des neuropathologies, et d'autre part, il pourrait entraîner la mise en œuvre de nouveaux outils intégrés (in vivo et tests in vitro) utilisables pour le criblage à haut débit de neurotoxiques développementaux pour prévenir les risques sur la santé humaine et animale.

Nos données ne sont pas encore suffisantes pour envisagé une publication, mais deux posters avaient été préparés pour un colloque international (l’un portant sur les effets cellulaires sur les neurosphères, l’autre sur les effets comportementaux des expositions au polluants). Malheureusement la pandémie COVID19 a conduit à l’annulation de ce congrès à Glasgow.

Current hypotheses in the field of neuropathies research suggest that early exposure to key environmental pollutants is crucially involved in the eventual onset of disease sporadic form, as well as cerebral inflammation, especially during development. Recent demonstrations linking the lung immune system to the central nervous system homeostasis via a neuro-lympho-vascular component clearly raise the question of its involvment in neuropathies. Three environmental toxins, which happen to mimic amino acid, challenge us as their possible involvement in neurological/inflammatory disorders. These compounds are, the phosphinothricine (PPT, a glutamate analog herbicid), the ß-N-méthylamino-1-alanine (BMAA, serine analog cyanotoxin), and the glyphosate (GLY, glycine analog herbicid). The aim of this current neuro-inflammatory research project is to study amino-acid-analogue-toxins-induced peripheral and cerebral inflammation processes and their involvement in central nervous system physiological perturbations.
It was further observed that the link between ALS and BMAA exposure was observed in areas considered to be areas of intensive agriculture. However it is proved that cyanobacteria are particularly resistant to GLY, the presence of GLY can then contribute to their explosive multiplication. Moreover, the combined use of GLY and PPT is carried out in an attempt to counteract the plants resistance to GLY. These data suggest that a cocktail exposure of these 3 compounds is not only possible, but also that it could result in high deleterious synergistic effects, which has never been evaluated. Considering the increasing number of epidemiological, clinical and experimental evidence strengthening the link between exposure to environmental toxicants and late onset of neuropathologies, it is of paramount importance to implement experimental studies that are closer to reality, i.e. investigating whether early exposure to cocktails of low doses of environmental toxicants may induce or predispose individuals to brain alteration later in life. This is specifically what we are proposing in the current project. The aim of the neuro-inflammatory research project proposed here is to study amino-acid-analogue-toxins-induced peripheral (PPT–GLY–BMAA-induced) and cerebral inflammation processes and theit involvement in central nervous system physiological perturbations. Our goal is also to answer the question about possible synergistic effects between inflammation and perinatal exposures, taking into account both cerebral and pulmonary inflammation. We also wish to study modalities of toxicant and immunity cells interactions, including the processes involved in their recruitment and/or activation. In addition, this program will evaluate the development of sensitivity to the inflammatory response on the one hand and the sensitization to exposure to an environmental toxicant following pre-inflammation on the other hand.