Embryotoxicity of metallic and organic chemicals in the land snail Helix aspersa
Embryotoxicité de contaminants métalliques et organiques chez l’escargot Helix aspersa
Résumé
The land snail species Helix aspersa (syn. Cantareus aspersus) eggs can be used to assess the ecotoxicity of chemicals. Measurement of embryotoxic effect is classically based on hatching success after 15-20 days of exposure (Druart et al., 2012). However, the mechanisms involved in toxic effects in embryos at different levels of biological organization are not known. Eggs of snails were exposed to solutions metallic contaminants (Cd) or organic (pesticides: Round Up® Flash, Corail® and Bordeaux Mixture) in two different regimes (continuous over the entire embryonic development or during a period of 24 hours), in order to 1 / identify of new endpoints of toxic effect measurements during embryonic development, 2 / detect of genotoxic effects of metal solution (Cd) or three pesticides commercial formulations by Random Amplified Polymorphic DNA method (RAPD) and 3 / study metal-specific defense systems (metallothionein).
Morphological and physiological parameters monitored during Cd continuous exposures showed adverse effects on heart rate, duration of incubation, size and weight of new hatchlings exposed to the highest concentration tested. In the latter, signs of DNA fragmentation were detected at the end of exposure. Coupling the RAPD with a high-resolution electrophoresis system (SHR) has enabled to detect genotoxic effects of Cd, Round Up® and Corail® after continuous exposures. Quantitative PCR study of metallothioneins (MTs) gene expression has showed constitutive expression of MTs genes and a high level of mRNA for the mixed gene CdCuMT in unexposed embryos. In embryos exposed to Cd for 24 hours, an overexpression of the specific gene CdMT has been demonstrated whereas the two other isogenes (CuMT and CdCuMT) didn’t show significant induction of expression rates.
The toxicity results based on the hatching rate and MTs genes expression obtained with Cd have showed that factors such as the exposure regime (24 hours or continuous) or the stage of development (age of embryos upon exposure) can modulate embryotoxicity of chemicals. This thesis provides a wide range of endpoints usable at the individual level (heart rate, height, hatching monitoring) and at the molecular level (gene expression of defense systems, detection of genotoxicity signs and DNA laddering) for the assessment of the ecotoxicity of chemical substances. The RAPD-SHR, although requiring some expertise to analyze profiles obtained, appears suitable for rapid and efficient detection of potential embryogenotoxic effects of various substances (metals, pesticides).
Les œufs d’escargot terrestre de l’espèce petit-gris Helix aspersa (syn. Cantareus aspersus) peuvent être utilisés pour évaluer l’écotoxicité de substances chimiques pures ou en mélange. La mesure des effets embryotoxiques classiquement réalisée est le succès d’éclosion après 15 à 20 jours d’exposition (Druart et al., 2012). Cependant, les mécanismes impliqués dans la mise en place des effets toxiques à différents niveaux d’organisation biologique chez l’embryon ne sont pas connus. Des œufs d’escargots ont été exposés à des solutions de contaminants métallique (Cd) ou organiques (pesticides: le Round Up® flash, le Corail® et la Bouillie Bordelaise) selon deux modalités différentes (en continu sur la totalité du développement embryonnaire ou sur une période de 24 heures) afin de 1/ déterminer de nouveaux paramètres de mesure au cours du développement embryonnaire pouvant rendre compte d’un effet toxique, 2/ détecter des effets génotoxiques de divers contaminants (solution métallique de Cd ou de formulations commerciales de pesticides) par la méthode Random Amplified Polymorphic DNA (RAPD) et 3/ d’étudier des systèmes de défense métal-spécifiques (métallothionéines).
Les paramètres morphologiques et physiologiques suivis au cours d’expositions continues au Cd ont montré des effets néfastes sur le rythme cardiaque, la durée de l’incubation, la taille et le poids à l’éclosion chez les exposés à la plus forte concentration testée. Chez ces derniers des signes de fragmentation de l’ADN ont également été détectés en fin d’exposition. Le couplage de la méthode RAPD avec un système d’électrophorèse haute résolution (SHR) a permis de détecter des effets génotoxiques suite à des expositions continues au Cd, au Round Up® et au Corail®. L’étude par PCR quantitative de l’expression des gènes des métallothionéines (MTs) a mis en évidence une expression constitutive des MTs ainsi qu’un haut niveau d’expression du gène mixte CdCuMT chez les embryons non exposés. Chez les embryons exposés au Cd durant 24 heures, une surexpression du gène spécifique CdMT a été mise en évidence alors qu’aucune augmentation significative des taux de transcrits des 2 autres isogènes étudiés (CuMT et CdCuMT) n’a été démontrée.
Les résultats de toxicité du Cd basés sur le taux d’éclosion et l’expression des gènes des MTs ont démontré que des facteurs comme le régime d’exposition (24 heures ou en continu) ou le stade de développement (âge des embryons lors de l’exposition) peuvent moduler l’embryotoxicité des substances chimiques.
Les données obtenues durant cette étude intégrative permettent de proposer un large panel de paramètres de mesure des effets toxiques des substances chimiques chez l’embryon d’escargot terrestre H. aspersa au niveau individuel (rythme cardiaque, taille, durée de développement et succès d’éclosion) et au niveau moléculaire (expression de gènes des systèmes de défense, détection des signes de génotoxicité et de la fragmentation de l’ADN) pour l’évaluation de la toxicité des substances chimiques. L’approche RAPD-SHR, bien que nécessitant une certaine expertise pour l’analyse des profils d’amplifications obtenus, apparaît adaptée pour une détection rapide et efficace du potentiel embryogénotoxiques de substances variées (métaux, pesticides).