Les substances alkyles per- et polyfluorées (PFAS) méritent leur surnom de « produits chimiques éternels » en persistant dans l'eau, le sol et même le cerveau humain.
Cette capacité unique à traverser la barrière hémato-encéphalique et à s’accumuler dans les tissus cérébraux rend les PFAS particulièrement préoccupantes, mais le mécanisme sous-jacent de leur neurotoxicité doit être étudié plus en détail.
À cette fin, une nouvelle étude menée par des chercheurs de l'Université de Buffalo a identifié 11 gènes qui pourraient être la clé pour comprendre la réponse du cerveau à ces produits chimiques omniprésents que l'on trouve couramment dans les objets du quotidien.
Ces gènes, dont certains sont impliqués dans des processus vitaux pour la santé neuronale, se sont révélés systématiquement affectés par l’exposition aux PFAS, qu’ils s’expriment plus ou moins, quel que soit le type de composés PFAS testés. Par exemple, tous les composés ont provoqué une expression moindre d’un gène clé pour la survie des cellules neuronales, et une expression plus importante d’un autre gène lié à la mort des cellules neuronales.
« Nos résultats indiquent que ces gènes pourraient être des marqueurs permettant de détecter et de surveiller la neurotoxicité induite par les PFAS à l'avenir », déclare l'auteur principal co-correspondant G. Ekin Atilla-Gokcumen, PhD, Dr Marjorie E. Winkler, professeur émérite au Département de chimie. , au sein du Collège des Arts et des Sciences de l'UB.
Pourtant, l'étude, publiée dans le numéro du 18 décembre d'ACS Chemical Neuroscience, a découvert des centaines de gènes supplémentaires dont l'expression changeait dans des directions différentes en fonction du composé testé. De plus, il n’y avait aucune corrélation entre le niveau auquel les PFAS s’accumulent dans une cellule et la mesure dans laquelle ils provoquent une expression différentielle des gènes.
Pris ensemble, cela suggère que des structures moléculaires distinctes au sein de chaque type de PFAS entraînent des changements dans l’expression des gènes.
Les PFAS, bien qu’elles partagent certaines caractéristiques chimiques, se présentent sous différentes formes et tailles, ce qui entraîne une variabilité de leurs effets biologiques. Ainsi, la connaissance de la façon dont notre propre biologie réagit aux différents types de PFAS est d’une importance biomédicale majeure. »
Diana Aga, PhD, autre auteur co-correspondant de l'étude, professeur émérite SUNY et titulaire de la chaire Henry M. Woodburn du département de chimie et directrice de l'Institut UB RENEW
« En fonction de la longueur de leur chaîne ou de leur groupe de tête, les PFAS peuvent avoir des effets très différents sur les cellules », ajoute Atilla-Gokcumen. « Nous ne devrions pas les considérer comme une grande classe de composés, mais plutôt comme des composés que nous devons étudier individuellement. »
Parmi les autres auteurs figurent Omer Gokcumen, PhD, professeur au Département des sciences biologiques. L'étude a été soutenue par l'Agence américaine de protection de l'environnement (EPA).
Des hauts et des bas dans l’expression des gènes
Les PFAS ne sont pas immédiatement toxiques. Nous y sommes exposés pratiquement tous les jours, notamment par l'eau potable et les emballages alimentaires, sans nous en rendre compte.
« Par conséquent, les chercheurs doivent trouver des points d'évaluation plus en amont du processus cellulaire que simplement savoir si une cellule vit ou meurt », explique Atilla-Gokcumen.
L’équipe a décidé de se concentrer sur la façon dont le PFAS affecte l’expression des gènes des cellules de type neuronal, ainsi que sur la façon dont le PFAS affecte les lipides, qui sont des molécules qui contribuent à constituer la membrane cellulaire, entre autres fonctions importantes. L’exposition à différents PFAS pendant 24 heures a entraîné des modifications modestes mais distinctes des lipides et plus de 700 gènes à exprimer différemment.
Parmi les six types de PFAS testés, l'acide perfluorooctanoïque (PFOA) – autrefois couramment utilisé dans les poêles antiadhésives et récemment jugé dangereux par l'EPA – était de loin le plus impactant. Malgré sa faible absorption, le PFOA a modifié l'expression de près de 600 gènes – aucun autre composé n'en a modifié plus de 147. Plus précisément, le PFOA a diminué l'expression de gènes impliqués dans la croissance synaptique et la fonction neuronale.
Au total, les six composés ont provoqué des changements dans les voies biologiques impliquées dans la signalisation de l’hypoxie, le stress oxydatif, la synthèse des protéines et le métabolisme des acides aminés, qui sont tous cruciaux pour la fonction et le développement neuronaux.
Onze des gènes se sont avérés s’exprimer de la même manière, plus ou moins, pour les six composés. L’un des gènes constamment régulés à la baisse était le facteur neurotrophique dérivé des astrocytes mésencéphaliques, qui est important pour la survie des cellules neuronales et dont il a été démontré qu’il inverse les symptômes des maladies neurodégénératives chez le rat. L’un des gènes constamment régulés positivement était la protéine interagissant avec la thiorédoxine, qui a été associée à la mort des cellules neuronales.
« Chacun de ces 11 gènes a présenté une régulation cohérente dans tous les PFAS que nous avons testés. Cette réponse uniforme suggère qu'ils pourraient servir de marqueurs prometteurs pour évaluer l'exposition aux PFAS, mais des recherches supplémentaires sont nécessaires pour savoir comment ces gènes répondent à d'autres types de PFAS. » Atilla-Gokcumen dit.
Identifier les options les moins pires
Aussi nocifs que puissent être les PFAS, la réalité est qu’il reste encore à trouver de bons substituts.
Ces composés peuvent peut-être être remplacés dans des applications telles que l’emballage alimentaire, mais leur efficacité dans la lutte contre les incendies et la fabrication de semi-conducteurs, par exemple, devra peut-être se poursuivre à long terme.
C'est pourquoi des études comme celle-ci sont cruciales, explique Atilla-Gokcumen. La réaction variée de la plupart des gènes face à différents composés, ainsi que l’absence de corrélation entre l’absorption des PFAS dans les cellules et l’ampleur de l’expression des modifications génétiques qu’ils provoquent, soulignent à quel point chacun de ces composés est unique.
« Si nous comprenons pourquoi certains PFAS sont plus nocifs que d'autres, nous pouvons donner la priorité à l'élimination progressive des pires contrevenants tout en recherchant des substituts plus sûrs. Par exemple, des alternatives comme les PFAS à chaîne courte sont à l'étude, car elles ont tendance à moins persister dans l'environnement et à s'accumuler. moins dans les systèmes biologiques. Cependant, leur persistance réduite peut se faire au détriment de l'efficacité dans certaines applications, et des inquiétudes concernant des effets potentiels inconnus sur la santé nécessitent des recherches plus approfondies pour garantir que ces substituts sont véritablement plus sûrs et efficaces pour des applications spécifiques. applications », explique Atilla-Gokcumen. « Cette recherche constitue une étape majeure vers la réalisation de cet objectif. »
