Aktis n°17 jui/aoû/sep 2014
Aktis n°17 jui/aoû/sep 2014
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°17 de jui/aoû/sep 2014

  • Périodicité : trimestriel

  • Editeur : Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire

  • Format : (150 x 210) mm

  • Nombre de pages : 12

  • Taille du fichier PDF : 1,9 Mo

  • Dans ce numéro : étudier les denrées japonaises terrestres contaminées pour améliorer l'appui à la gestion de crise.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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Radiotoxicologie LES CIBLES DE L’URANIUM dans les organismes aquatiques Si la toxicité globale de l’uranium à faibles doses est globalement bien caractérisée pour les organismes vivants, ses mécanismes d’action au niveau cellulaire sont mal connus. Une équipe de l’IRSN est partie de l’hypothèse que, sur le plan biologique, la toxicité de l’uranium peut mieux s’expliquer en caractérisant les interactions entre l’élément et les entités moléculaires impliquées dans le métabolisme biochimique. Soutenue par l’Agence nationale de la recherche (ANR) et en collaboration avec le CNRS, elle a exploré le problème en utilisant une approche métallomique GLO. Par quels mécanismes d’action chimique rejet accidentel d’installation du cycle du combustible électronucléaire). Deux organes clés l’uranium est-il toxique pour les organismes vivants ? De nombreuses par organisme ont été étudiés  : les branchies, recherches, en particulier à l’IRSN, ont puisque l’uranium contenu dans l’eau entre par jusqu’à présent permis de cerner la toxicité globale de ce radioélément que l’on trouve l’hépatopancréas des écrevisses, organe de cet organe dans les organismes aquatiques ; Laboratoire de Chimie Analytique, à concentrations plus ou moins faibles dans l’environnement, notamment dans les écosystèmes de stockage, notamment, de l’uranium. Après détoxication ; et les reins des poissons, organe Bioinorganique et environnement– IPREM CNRS aquatiques (1). En revanche, les interactions entre broyage et centrifugation des organes, le cytosol Pau-UMR 5254 les molécules de la cellule et l’uranium qui sont des cellules, « composant sensible » dans lequel CONTACT à l’origine de cette toxicité ont été peu étudiées. baigne l’ensemble des constituants cellulaires, Sandrine Frelon Une équipe de l’IRSN en collaboration avec le a été isolé afin d’analyser les molécules qui s’y sandrine.frelon@ irsn.fr CNRS a eu l’idée d’utiliser la métallomique GLO, trouvaient, et tout particulièrement celles complexées avec l’uranium. Laboratoire de discipline innovante étudiant les interactions biogéochimie, biodisponibilité métal-molécules, pour mieux comprendre et transferts des comment se distribue l’uranium une fois qu’il PRÉSERVER AU MIEUX radionucléides – L2BT s’est introduit au sein des cellules d’organismes, LES COMPLEXES DE L’URANIUM sous quelles formes chimiques il se trouve et avec quelles molécules biologiques (protéines, Toute la difficulté de ces travaux a résidé dans peptides ou acides nucléiques) il s’associe. Ces la mise au point des méthodes choisies pour études permettront in fine d’expliciter le lien analyser les complexes de l’uranium et dans entre exposition et toxicité. Ce projet dénommé ST MALO (Speciation of uranium in aquatic rapport à ce qui existe dans l’environnement leur application à des échantillons réalistes par living organisms) a été lauréat d’un appel à projets « jeune chercheur » de l’Agence nationale 50 nanogrammes). Les atomes d’uranium ont (accumulation très faible, parfois inférieure à pour la recherche (ANR) en raison de l’innovation du sujet et de la complexité d’une approche donc faible, avec les biomolécules  : cette liaison une liaison non covalente (i.e. électrostatique), métallomique avec l’uranium. peut être rompue facilement par les méthodes d’analyse classiques des protéines. Aussi les ÉLEVÉS DANS L’EAU CONTAMINÉE approches développées ont été adaptées avec des produits peu agressifs pour préserver au Les mécanismes d’action de l’uranium ont été mieux ces complexes pendant l’analyse ; en étudiés sur deux organismes – modèles aquatiques, le poisson-zèbre (Danio rerio) et l’écrevisse moins performante qu’avec des produits clas- contrepartie, la séparation des biomolécules est (Procambarus clarkii). Ceux-ci ont été élevés en siques. Une première technique, la focalisation laboratoire dans de l’eau contaminée à l’uranium isoélectrique hors gel, utilisée couplée à l’analyse avec plusieurs conditions d’exposition  : contamination chronique à faibles concentrations (situa- tels que le fer et le calcium, a permis de séparer en continu de l’uranium et d’éléments essentiels tion représentant un système aquatique proche et d’identifier, en milieu liquide, les protéines d’anciennes mines d’uranium), ou contamination des branchies du poisson zèbre qui avaient été aiguë à fortes concentrations (représentant un complexées avec l’uranium. En parallèle, la tech- 4 (1) L’uranium est présent naturellement à faibles doses dans l’environnement, mais il peut aussi être issu d’activités humaines telles que l’épandage d’engrais phosphatés ou les effluents d’installations du cycle du combustible électronucléaire. Sa concentration peut alors se situer au-dessus de la valeur naturelle. Aktis n°17 - juillet septembre 2014 AVANCÉES DE LA RECHERCHE
nique d’électrophorèse sur gel, classiquement utilisée en protéomique GLO pour son pouvoir de séparation des protéines, a été optimisée pour obtenir une séparation non dénaturante des complexes uranium-protéines dans les organes d’écrevisses. Les portions riches en uranium ont ainsi été identifiées et les protéines présentes caractérisées. Ceci a permis d’associer sans ambiguïté la présence d’uranium à une protéine bien identifiée et de dresser une liste des molécules cibles de l’uranium. CARTOGRAPHIE DE L’URANIUM L’analyse des résultats obtenus par ces techniques a permis de déterminer la distribution de l’uranium parmi les protéines cellulaires des écrevisses et des poissons zèbres contaminés. Tout d’abord, la répartition de l’uranium n’est pas homogène parmi les protéines, et elle est différente d’un organe à l’autre. La cartographie de l’uranium montre une affinité particulière du Poids Moléculaire (kDa) 670 I. pH 4 ; 0 MW (kDa) 450 - 80 - 66 - 45 - radioélément pour les protéines à caractère acide, contenant du phosphore (phosphorylation, présence d’ATP), du fer, du zinc et du cuivre. De plus, des différences sur la nature des complexes de l’uranium ont été mises en évidence dans les branchies du poisson zèbre selon que l’exposition est aiguë ou chronique, pour une même contamination totale. Enfin, il est apparu que les protéines identifiées comme cibles de l’uranium (environ quinze par organe étudié), et dont la fonctionnalité pourrait être perturbée par le radioélément, participent à plusieurs fonctions biologiques majeures. L’analyse de la littérature scientifique a montré que certaines de ces cibles protéiques (2) ont d’ores et déjà été identifiées dans des modèles/organes biologiques diffé- Parvalbumine 14-3-3 Actine HSP70 Plastine 4,5 5,0 5,5 pH SOD Myoglobine Anhydrase carbonique Hémoglobine 6,o 6,5 4 ; 4 4 ; 8 5 ; 0 5.6 6.o 6 ; 4 7.0 100 90 80 70. ; 6o 4" 9 50 â 40.ii o - Glutathione S transferase D1 - Glutathione S transferase D1 Glutathione S transferase Di Glutathione S transferase Di - H3 histone family protein - Se-dependent glutathione Perox H3 historie family protein Se-dependent glutathione Perox Cartographie bidimensionnelle (point isoélectrique/poids moléculaire) de l’uranium dans les protéines cytosoliques des branchies de poisson (D. rerio) (a) ou d’hépatopancréas d’écrevisse (P. clarkii) (b) - Identification de quelques protéines potentiellement cibles, sous des spots riches en uranium. IRSN rents, et à l’aide de stratégies analytiques différentes de celle utilisée par l’équipe de l’IRSN. De plus, il est apparu que l’ensemble des cibles sont regroupées autour de fonctions biologiques (3) similaires d’un modèle et d’un organe à l’autre. Ces recoupements confirment l’importance des protéines-cibles identifiées durant le projet STMALO dans les mécanismes de toxicité de l’uranium. Une nouvelle thèse poursuit ces travaux en transposant l’approche et la méthode de STMALO aux gonades de poisson zèbre afin de comprendre les liens entre les interactions protéines-uranium au sein de cet organe et les dysfonctionnements potentiels de la fonction de reproduction. Cette thèse participe du projet NEEDS-ENVIRONNE- MENT TARGETS débuté en 2014. 30 20 10 (2) Actine, protéine 14.3.3, glycéraldehyde- 3-phosphate déhydrogénase, calréticuline, SOD, ferritine, L-lactate déhydrogénase chaîne B, protéines phosphorylées ou contenant de l’ATP. (3) Transporteurs d’O 2, rôle dans le métabolisme du Ca, dans la structure cellulaire, protéine d’activité de détoxication, homéostasie des métaux, métabolisme des acides aminés et des sucres. PUBLICATION Xu M. et al. « Non-Denaturating Isoelectric Focusing Gel Electrophoresis for Uraniumprotein Complexes Quantitative Analysis with LA-ICP MS. » Anal Bioanal Chem (2014) 406 : 1063-1072. Xu M. et al. « In Vivo Screening and Identification of Uranium Protein Targets in Procambarusclarkii by Non-Denaturing 2D Gel Electrophoresis » Talanta, acceptée (2013). Frelon S. et al. « Subcellular fractionation and chemical speciation of uranium to elucidate its fate in gills and hepatopancreas of crayfish Procambarus clarkii. » Chemosphere (2013) 91 : 481–490. Développements analytiques pour la spéciation de l’uranium dans les branchies du poisson zèbre (Danio rerio) après exposition, thèse soutenue par Guillaume Bucher le 22 novembre 2013 à l’Université de Pau et des Pays de l’Adour, École doctorale des sciences exactes et leurs applications (ED 211). Aktis n°17 - juillet septembre 2014 5



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