L’exposition aux produits chimiques d’origine humaine influence les gènes contrôlant le vieillissement, le système immunitaire et le métabolisme
Aujourd’hui, les humains sont exposés à des milliers de produits chimiques fabriqués par l’homme. Pourtant, les effets sur la santé des gens ne sont pas encore totalement compris.
En 2020, le nombre de substances chimiques enregistrées a atteint 167 millions. Chaque jour, les gens y sont exposés par le biais de la nourriture, de l’eau, de l’air contaminé, des médicaments, des cosmétiques et d’autres substances artificielles.
Moins de 1 % de ces produits chimiques ont été testés pour leur toxicité, et ceux qui ont été testés démontrent leur capacité à perturber presque tous les processus biologiques de notre corps. Pouvons-nous déduire comment les expositions cumulées façonnent notre santé ?
Je suis un toxicologue de l’environnement qui étudie les effets des produits chimiques fabriqués par l’homme sur notre santé. J’ai décidé de développer une approche informatique pour comparer objectivement la sensibilité de tous les gènes à tous les produits chimiques et identifier les processus biologiques les plus vulnérables.
Une approche impartiale
Pour notre étude, mes collègues chercheurs et moi-même avons utilisé les données de la base de données toxicogénomiques comparatives. La base de données toxicogénomiques comparatives rassemble des informations provenant de milliers d’études publiées sur la manière dont les substances chimiques modifient l’activité des gènes. Les gènes sont des sections d’ADN qui codent les protéines qui remplissent un large éventail de fonctions dans les cellules, de la construction des tissus au métabolisme des nutriments. Lorsque des substances chimiques affectent les gènes, cela se traduit par une augmentation ou une diminution de la production de protéines.
Les méthodes modernes de biologie moléculaire peuvent détecter les changements d’activité de tous les gènes du génome en réponse à une agression chimique. J’ai développé une approche qui superpose des listes de gènes altérés provenant de différentes études pour calculer combien de fois chaque gène a été affecté. Les chiffres qui en résultent reflètent la sensibilité des gènes aux produits chimiques en général.
En utilisant 2 169 études sur des souris, des rats, des humains et leurs cellules, mon groupe de recherche a classé la sensibilité de 17 338 gènes à l’exposition aux produits chimiques. Ces études ont permis de tester l’impact de 1 239 substances chimiques diverses, allant des médicaments sur ordonnance aux polluants environnementaux.
À l’étape suivante, nous avons effectué des tests pour nous assurer que cet échantillon de plus de 1 000 produits chimiques était suffisamment important pour représenter de manière fiable toutes les classes de produits chimiques fabriqués par l’homme auxquels les gens sont exposés. Pour ce faire, nous avons mesuré la sensibilité des gènes pour la moitié de cette liste, puis pour une autre afin de vérifier si même un plus petit nombre de substances chimiques peut identifier de manière fiable les gènes sensibles. Les résultats ont été encourageants : les valeurs de la sensibilité des gènes étaient presque identiques dans les deux essais.
Le système de défense cellulaire réagit aux produits chimiques
Nos cellules ne sont pas complètement désemparées lorsqu’elles sont exposées à des agressions chimiques. En fait, elles possèdent des stratégies pour faire face au stress et aux dommages induits par les produits chimiques. Nos données confirment que ces protections deviennent actives en réponse aux expositions.
Cette ligne de défense comprend des enzymes qui éliminent les produits chimiques toxiques, atténuent le stress oxydatif (l’accumulation de radicaux réactifs dans les cellules), réparent l’ADN et les protéines endommagés et identifient les cellules très endommagées pour déclencher leur mort et les empêcher de devenir cancéreuses.
Le métabolisme des lipides et des glucides est vulnérable
De façon surprenante, nous avons constaté que les réseaux moléculaires impliqués dans la régulation du métabolisme cellulaire sont les plus sensibles aux expositions chimiques. L’un d’eux est la signalisation PPAR. Les PPAR sont un groupe de protéines qui régulent l’équilibre énergétique et le métabolisme des lipides et du glucose.
Une augmentation ou une diminution de l’activité des PPARs contribue à l’obésité, au syndrome métabolique, au diabète et à la maladie du foie gras. La capacité de certains produits chimiques environnementaux à affecter les PPAR a déjà été démontrée. Cependant, nous ne nous attendions pas à voir une sensibilité des PPAR à une très large gamme de composés.
Nous avons également découvert que les gènes impliqués dans le développement des cellules bêta du pancréas, qui sécrètent l’insuline et jouent un rôle clé dans le métabolisme du glucose, sont supprimés par une majorité de substances chimiques de notre liste. Le dysfonctionnement des cellules bêta entraîne le diabète. Ainsi, les expositions chimiques cumulées peuvent constituer un facteur de risque important pour le diabète.
Aujourd’hui, une épidémie de maladie métabolique est un problème de santé publique majeur. La prévalence de l’obésité a presque triplé entre 1975 et 2016. Environ 40 % des Américains développeront un diabète de type 2 au cours de leur vie, et 33 % à 88 % d’entre eux ont un foie gras. Le lien entre les expositions et les maladies métaboliques a déjà été démontré pour certaines substances chimiques ayant des propriétés de perturbation endocrinienne. Cependant, le rôle d’un large éventail de produits chimiques d’origine humaine dans cette épidémie n’était pas reconnu auparavant, mais il peut être significatif.
Croissance, vieillissement et système immunitaire
Deux hormones impliquées dans la croissance – l’hormone de croissance (GH) et le facteur de croissance analogue à l’insuline (IGF1) – sont également affectées par l’exposition aux produits chimiques.
L’IGF1 est une hormone sécrétée principalement par le foie. Elle est reconnue comme un régulateur majeur de la croissance de l’organisme. En outre, de nombreuses expériences sur des souris montrent qu’une diminution de la signalisation de la GH-IGF1 se traduit par une plus longue durée de vie. Cette voie détermine également si les cellules utiliseront l’énergie pour construire de nouvelles molécules dont le corps a besoin, ou si elles décomposeront les molécules existantes pour libérer de l’énergie que l’organisme pourra utiliser. La capacité des produits chimiques à affecter ce régulateur central de la croissance et du vieillissement est une découverte inédite. Il reste à découvrir quels problèmes de santé peuvent être dus à la sensibilité du GH-IGF1.
Notre analyse indique que les gènes qui contrôlent la réponse immunitaire sont également très sensibles aux produits chimiques.
Les deux principaux résultats d’un système immunitaire dysfonctionnel sont l’allergie et l’auto-immunité. La prévalence de ces deux affections suit une tendance à la hausse. Les allergies alimentaires ont augmenté de 3,4 % à 5,1 % entre 1997 et 2011 chez les enfants aux États-Unis. Les allergies cutanées ont augmenté de 7,4 % à 12,5 % au cours de la même période. Une autre étude a montré une augmentation de 5 % du marqueur sanguin des maladies auto-immunes chez les Américains au cours de la période 1988-2012.
Toutes les voies moléculaires sont sensibles aux produits chimiques
Dans l’ensemble, nous avons constaté que presque toutes les voies connues peuvent être affectées par les produits chimiques. Cette constatation a des implications importantes pour la toxicologie réglementaire.
Avec le nombre toujours croissant de produits chimiques fabriqués par l’homme, la société doit développer des méthodes rapides et rentables de tests de toxicité.
Une question importante qui reste sans réponse est celle de savoir quelles voies devraient être couvertes par les tests pour s’assurer que les régulateurs n’approuvent pas les produits chimiques qui endommagent ou perturbent les circuits moléculaires critiques. Nos données suggèrent que nous devons développer des tests qui couvrent toutes les voies moléculaires connues sans exception.
Notre étude souligne les nouvelles priorités de la recherche toxicologique, notamment le rôle de l’exposition aux produits chimiques pour la santé du métabolisme, le système immunitaire, le développement et le vieillissement.
Source : The Conversation – Traduit par Anguille sous roche
