Méthodes pour tester la perturbation endocrinienne dans le mélanogaster drosophila

Les activités humaines ont libéré dans l’environnement une quantité massive de produits chimiques, qui représentent un grave problème pour les organismes et pour les écosystèmes naturels¹. Parmi ces polluants, on estime qu’environ 1 000 produits chimiques différents peuvent modifier l’équilibre normal des systèmes endocriniens; selon cette propriété, ils sont classés comme produits chimiques perturbateurs endocriniens (EDC). Plus précisément, sur la base d’une définition récente de la Société endocrinienne, les EDC sont « un produit chimique exogène, ou mélange de produits chimiques, qui peut interférer avec n’importe quel aspect de l’action hormonale »². Au cours des trois dernières décennies, il y a eu de plus en plus de preuves scientifiques que les EDC peuvent affecter la reproduction et le développement des animaux et des plantes^3,4,5,6^{,7, 8}. En outre, l’exposition à EDC a été liée à la prévalence croissante de certaines maladies humaines, y compris le cancer, l’obésité, le diabète, les maladies thyroïdiennes, et les troubles du comportement^9,10,11.

Mécanismes généraux d’EDC

En raison de leurs propriétés moléculaires, les EDC se comportent comme des hormones ou des précurseurs d’hormones^{3,5,6,7,8,9, 10,11,12}. En ce sens, ils peuvent se lier au récepteur d’une hormone et perturber les systèmes endocriniens soit en imitant l’activité hormonale ou en bloquant les hormones endogènes liant. Dans le premier cas, après la liaison au récepteur, ils peuvent l’activer comme son hormone naturelle ferait. Dans l’autre cas, la liaison de l’EDC au récepteur empêche la liaison de son hormone naturelle, de sorte que le récepteur est bloqué et ne peut plus être activé, même en présence de son hormone naturelle³. En conséquence, les EDC peuvent affecter plusieurs processus, tels que la synthèse, la sécrétion, le transport, le métabolisme, ou l’action périphérique des hormones endogènes qui sont responsables du maintien de l’homéostasie, de la reproduction, du développement, et/ou du comportement de l’organisme. La liaison des récepteurs n’est pas le seul moyen d’action décrit jusqu’à présent pour les CED. Il est maintenant clair qu’ils peuvent également agir en recrutant des coactivateurs ou des corepresseurs dans des voies enzymatiques ou en modifiant des marqueurs épigénétiques déréglementant l’expression génique^{10,11,12,13 ,14}, avec des conséquences non seulement pour la génération actuelle, mais aussi pour la santé des générations à venir⁸.

Hormones drosophiles

Les effets potentiels de certains CED ont été largement étudiés, tant chez les espèces sauvages que dans plusieurs systèmes modèles où les mécanismes endocriniens sont raisonnablement bien connus. Pour les invertébrés, les systèmes endocriniens qui influencent la croissance, le développement et la reproduction ont été largement caractérisés chez les insectes pour plusieurs raisons, impliquant leur utilisation étendue dans le domaine de la recherche biologique, leur importance économique, et enfin le développement d’insecticides capables d’interférer spécifiquement avec le système hormonal des insectes nuisibles.

En particulier, chez les insectes, la mouche des fruits D. melanogaster s’est avérée être un système modèle très puissant pour évaluer les effets endocriniens potentiels des SEE. Dans D. melanogaster, ainsi que chez les vertébrés, les hormones jouent un rôle important tout au long du cycle de vie. Dans cet organisme, il ya trois principaux systèmes hormonaux, qui impliquent l’hormone stéroïde 20-hydroxyecdysone (20E)^15,16, l’hormone juvénile sesquiterpenoid (JH)¹⁷, et les neuropeptides et peptide / protéines hormones¹⁸. Ce troisième groupe se compose de plusieurs peptides découverts plus récemment mais clairement impliqués dans une grande variété de processus physiologiques et comportementaux, tels que la longévité, l’homéostasie, le métabolisme, la reproduction, la mémoire et le contrôle locomoteur. 20E est homologue aux hormones stéroïdes cholestérol-dérivées telles que l’estradiol, alors que JH partage quelques similitudes avec l’acide rétinoïque ; les deux sont les hormones les plus connues dans Drosophila^19,20. Leur équilibre est essentiel dans la coordination de la mue et de la métamorphose, ainsi que dans le contrôle de plusieurs processus post-développementaux, tels que la reproduction, la durée de vie et le comportement²¹, offrant ainsi différentes possibilités pour tester le système endocrinien perturbation dans Drosophila. En outre, les hormones ecdysteroid et les JHsont les principales cibles des insecticides dits de troisième génération, développés pour interférer avec les processus développementaux et reproducteurs médiés par le système endocrinien chez les insectes. Le mode d’action agoniste ou antagoniste de ces produits chimiques est bien connu, et donc ils peuvent servir de normes de référence pour évaluer les effets des EDC potentiels sur la croissance, la reproduction et le développement des insectes²². Par exemple, la métahoprène, qui a été largement utilisée dans la lutte contre les moustiques et autres insectes aquatiques^23,24, agit comme agoniste JH et réprime la transcription des gènes induite par 20E et la métamorphose.

En plus des hormones, la superfamille des récepteurs nucléaires (NR) dans Drosophila est également bien connue; il se compose de 18 facteurs de transcription évolutivement conservés impliqués dans le contrôle des voies de développement hormonales dépendantes, ainsi que la reproduction et la physiologie²⁵. Ces NR d’hormone appartiennent à chacun des six sous-types de superfamille de NR, y compris ceux impliqués dans la neurotransmission²⁶, deux pour l’acide rétinoïque NRs, et ceux pour les NRs stéroïdes qui, dans les vertébrés, représentent l’une des cibles primaires des EDCs²⁷.

La drosophile comme système modèle d’étude des DEC

Actuellement, sur la base de propriétés moléculaires, plusieurs agences environnementales à travers le monde attribuent le potentiel d’interférer avec les systèmes endocriniens à différents produits chimiques d’origine humaine. Étant donné que les SEE constituent un problème mondial et omniprésent pour l’environnement et les organismes, l’objectif global de la recherche dans ce domaine est de réduire leur fardeau de morbidité et de protéger les organismes vivants contre leurs effets néfastes. Afin d’approfondir la compréhension des effets endocriniens potentiels d’un produit chimique, il est nécessaire de le tester in vivo. À cette fin, D. melanogaster représente un système de modèle valide. À ce jour, la mouche des fruits a été largement utilisée comme modèle in vivo pour évaluer les effets de plusieurs SEE environnementales; il a été signalé que l’exposition à plusieurs EDC, tels que le phtalate de dibutyle (DBP)²⁸, bisphénol A (BPA), 4-nonylphénol (4-NP), 4-tert-octylphénol (4-tert-OP)²⁹, methylparaben (MP)³⁰, ethylparaben (EP)^{31, 32}, bis-(2-éthylhexyl) phtalate (DEHP)³³, et 17-ethinylestradiol (EE2)³⁴, influence le métabolisme et les fonctions endocriniennes comme dans les modèles vertébrés. Plusieurs raisons ont conduit à son utilisation comme modèle dans ce domaine de recherche. Au-delà d’une excellente connaissance de ses systèmes endocriniens, d’autres avantages incluent son cycle de vie court, son faible coût, son génome facilement manipulable, une longue histoire de recherche et plusieurs possibilités techniques (voir le site Web flyBase, http://flybase.org/). D. melanogaster fournit également un modèle puissant pour étudier facilement les effets transgénérationnels et les réponses des populations aux facteurs environnementaux⁸ et évite les questions éthiques pertinentes pour les études in vivo chez les animaux plus élevés. En outre, la mouche des fruits partage un degré élevé de conservation des gènes avec les humains, ce qui pourrait permettre à Drosophila EDC d’essayer de prédire ou de suggérer les effets potentiels de ces produits chimiques pour la santé humaine. En plus d’élargir la compréhension des effets sur la santé humaine, Drosophila peut aider à évaluer les risques d’exposition d’EDC à l’environnement, tels que la perte de biodiversité et la dégradation de l’environnement. Enfin, la mouche des fruits offre l’avantage supplémentaire d’être utilisée dans les laboratoires, où les facteurs susceptibles d’affecter son développement, sa reproduction et sa durée de vie peuvent être maîtrisés afin d’attribuer toute variation à la substance à tester.

Dans cet esprit, nous avons optimisé des tests de condition physique simples et robustes pour déterminer les effets d’EDC sur certains traits hormonaux Drosophila, tels que la fécondité/fertilité, le moment du développement et la durée de vie adulte. Ces essais ont été largement utilisés pour certains EDCs^{23,24,25,26,27}. En particulier, nous avons utilisé les protocoles suivants pour évaluer les effets de l’exposition à l’oestrogène synthétique EE2³⁴ et au BPA et au bisphénol AF (BPA F) (données non publiées). Ces protocoles peuvent être facilement modifiés pour étudier les effets d’un EDC donné à la fois, ainsi que les effets combinés de plusieurs EDC dans D. melanogaster.