Academic literature on the topic 'Métabolisme des xénobiotiques/odorants'

Le foie assure une grande partie du métabolisme des xénobiotiques. Ses particularités en font pourtant une cible privilégiée pour des composés toxiques. Les hépatotoxicités des xénobiotiques, ces molécules étrangères à notre organisme, constituent un vrai défi pour les cliniciens, l’industrie pharmaceutique, et les agences de santé. à la différence des hépatotoxicités intrinsèques, prévisibles et reproductibles, les hépatotoxicités idiosyncrasiques surviennent de manière non prévisible. La physiopathologie des hépatotoxicités idiosyncrasiques à médiation immune reste la moins bien connue. Le développement d’outils qui permettent désormais d’améliorer la prédiction et la compréhension de ces atteintes hépatiques paraît être une approche prometteuse pour identifier des facteurs de risque, et de nouveaux mécanismes de toxicité.

L’administration d’hormone de croissance bovine recombinante (rbGH) accroît la production laitière de 2 à 6 kg/j, de façon variable selon l’âge des vaches, leur stade de lactation et leur état nutritionnel, la dose de GH injectée et la forme de présentation de l’hormone. Les effets sur la composition du lait et les réserves corporelles dépendent de la durée des expériences et de la nature des rations distribuées. La GH stimule l’activité et/ou la durée de vie des cellules sécrétrices mammaires, probablement par l’intermédiaire de l’IGF-1 produit par le foie et/ou la glande mammaire. Simultanément, la GH oriente le métabolisme du tissu adipeux et du muscle vers une mobilisation et une oxydation accrues des acides gras, et une épargne du glucose. L’administration de rbGH a peu d’effets directs sur la fonction de reproduction, mais tend indirectement à la retarder, lorsqu’elle est initiée avant la fécondation, en raison de la diminution transitoire du bilan énergétique des vaches. L’aptitude du lait à la transformation ne semble pas être modifiée par l’administration de rbGH, ni l’élévation de la sécrétion d’IGF-1 dans le lait entraîner de risque pour le consommateur. La GH pourrait stimuler les réponses immunitaires des animaux, et de ce fait accroître le nombre de cellules dans le lait. La tendance à augmenter l’incidence des mammites semble par contre résulter indirectement de l’élévation de la production laitière. La GH à très forte concentration peut stimuler la production virale dans certains modèles "in vitro" chez les espèces monogastriques, mais il n’existe pour l’instant que très peu de données chez les ruminants laitiers. Par ailleurs, la vitesse d’élimination des xénobiotiques (antibiotiques...) par le foie pourrait être diminuée. Une éventuelle utilisation commerciale de la rbGH diminuerait l’efficacité (ou augmenterait le coût) de l’amélioration génétique, et serait d’un intérêt économique limité pour les éleveurs placés dans un système de quotas laitiers. Toutefois, son utilisation dans des pays tiers sans quotas pourrait diminuer le coût de production du lait et accroître la compétition sur le marché international des produits laitiers, malgré les risques de dégradation qui pèseraient alors sur l’image de ces produits pour les consommateurs.

La sensibilité de notre odorat dépend des enzymes du métabolisme des xénobiotiques (EMX). Non seulement les EMX détoxifient la muqueuse nasale mais elles arrêtent aussi le signal olfactif pour en permettre la détection d’un nouveau. Parfois appelées enzymes du métabolisme des odorants (EMO), certaines participent aussi à la genèse de nouveaux métabolites odorants. L’objectif de cette thèse était d’étudier les EMX nasales en utilisant deux modèles innovants respectant au mieux les principes éthiques des 3R (Remplacement, Réduction, Raffinement des expérimentations animales). Alors que les explants olfactifs de rat montrent leurs limites pour étudier la régulation génique des EMX nasales, le modèle tissulaire respiratoire humain est un outil in vitro prometteur pour étudier le métabolisme des odorants. Ces modèles issus de l’ingénierie tissulaire expriment environ 80 isoformes d’EMX et de transporteurs d’efflux. Bien qu’aucune des molécules testées n’ait impacté la régulation génique de certaines EMX exprimées par le modèle tissulaire, les EMX du modèle sont capables de métaboliser des odorants tels que le benzaldéhyde et la 3,4-hexanedione. Pour conclure, la création et l’adaptation de méthodes durant cette thèse permet maintenant d’étudier la contribution de l’épithélium respiratoire humain dans le métabolisme des odorants. Ces travaux montrent l’implication des tissus respiratoires dans le métabolisme des odorants chez l’humain, tout en contribuant à réduire l’expérimentation animale
Our sensitive olfaction relies on Xenobiotic Metabolizing Enzymes (XMEs) that protect the nasal tissue from potentially harmful volatile compounds, but also quickly terminate the olfactory signal to prepare olfactory receptors to detect new odorant stimuli. Some of them also generate metabolites that participate in the odorant signal, hence their other name Odorant Metabolizing Enzymes (OMEs). The objective of this thesis was to study the nasal XMEs using two innovative models that aim to comply as much as possible with the 3R principles (Replacement, Reduction, and Refinement of animal experiments). While rat olfactory explants showed some limitations in investigating XME gene expression, human nasal respiratory mucosa tissue models were promising in vitro tools for the odorant metabolism field. These models express around 80 XME isoforms and efflux transporters. Selected XME genes were not regulated by the compounds chosen for the thesis, however, they were able to metabolize odorants, such as benzaldehyde and 3,4-hexanedione. Overall, protocols were created and adapted to use tissue models to study the implication of the respiratory epithelium in odorant metabolism in humans. This work provides novel knowledge on the involvement of the human respiratory tissue in odorant metabolism and contributes to the reduction of animal experiments

Des enzymes du métabolisme des xénobiotiques sont présentes au niveau des tissus olfactifs, telles que les enzymes de phase I (cytochromes P450) mais également les enzymes de phase II (UDP-glucuronosyltransférases,. . . ). Elles participent à la détoxication des xénobiotiques mais également à l'éventuelle activation métabolique de ces molécules. Elles pourraient aussi jouer un rôle dans le processus physiologique de la perception des substances odorantes. La phase III est la phase d'excrétion des métabolites mais elle est méconnue au niveau de ces tissus. La présence des enzymes et protéines de phase I, II et III au sein des bulbes olfactifs et de la muqueuse olfactive démontre que ces tissus sont des lieux de métabolisme global non négligeables pour les molécules inhalées (polluants ou solvants). Cependant, cette voie reste intéressante du point de vue de l'administration de médicaments, notamment en vue d'un ciblage vers le cerveau, pour sa rapidité d'action et sa facilité d'utilisation.

L’odorat est le sens qui permet de percevoir des substances volatiles appelées communément odeurs. Il joue un rôle important dans la subsistance et le bien être des individus car il intervient dans la communication avec leur environnement (recherche de nourriture, de partenaire, détection des prédateurs ...). L’efficacité du système olfactif repose en grande partie sur sa sensibilité, qui dépend de l’affinité des molécules odorantes pour leurs récepteurs olfactifs mais aussi d’un mécanisme de clairance enzymatique des molécules odorantes qui évite à ces récepteurs d’être saturés et qui implique les Enzymes du Métabolisme des Odorants ou EMO. En effet, des études récentes ont démontré que dans l’épithélium olfactif, les EMO qui biotransforment les molécules odorantes conduisent à l’arrêt du signal olfactif en désactivant ces molécules, ce qui permet leur élimination et participent donc ainsi in fine à la perception olfactive. Dans ce contexte, l’objectif de ce travail de thèse est d’apporter une meilleure compréhension des mécanismes enzymatiques impliquant les EMO dans la perception olfactive des mammifères et d’étudier plus particulièrement ces mécanismes chez l’Homme.Le premier axe de ce travail, basé sur des analyses physico-chimiques, a consisté à développer une technique innovante de spectrométrie de masse par réaction de transfert de protons (PTR-MS) permettant le suivi en temps réel de la biotransformation des molécules odorantes par les EMO. Cette technique a été utilisée ex vivo sur des prélèvements d’épithélium olfactif et du mucus olfactif de rat et de lapin et également in vivo directement au sein de la cavité nasale humaine. Ainsi, il a été démontré que la biotransformation olfactive de molécules odorantes catalysée par différentes enzymes de type glutathion transférases, carboxylestérases ou dicarbonyl xylulose réductases (DCXR) est un mécanisme très rapide (de l’ordre de la milliseconde) en parfaite adéquation avec la dynamique physiologique du processus olfactif. Ces analyses ont également révélé que la biotransformation des molécules odorantes peut conduire à la production de métabolites volatils odorants pouvant potentiellement participer à la perception olfactive globale en interagissant eux aussi avec les récepteurs olfactifs. Ces différents métabolites ont été formellement identifiés par une technique de chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS).Le second axe de ce travail, reposant sur des analyses psychophysiques, a consisté à évaluer l’impact du métabolisme des molécules odorantes sur la perception olfactive chez l’Homme. Pour atteindre cet objectif, une stratégie originale de modulation de la perception olfactive reposant sur une compétition entre des molécules odorantes métabolisées par une même EMO, développée récemment au sein de l’équipe chez le lapin, a été transposée à l’Homme. La compétition entre des molécules odorantes de type dicétone vis-à-vis de l’enzyme DCXR a tout d’abord été démontrée in vitro par des analyses biochimiques sur l’enzyme recombinante humaine. Une méthode d’analyse par olfactométrie, appliquée à un panel de 40 sujets, a permis de démontrer que ce mécanisme de compétition entre molécules odorantes induit des modulations de la biotransformation de ces molécules conduisant ainsi à des modifications de leur biodisponibilité relative et in fine de leur perception. Ces résultats inédits démontrent que des modulations affectant la biotransformation d’un odorant conduisent instantanément à une modification de sa perception. Ces travaux de thèse précisent la fonction des EMO chez les mammifères et révèlent pour la première fois, chez l’Homme, une participation significative du métabolisme des molécules odorantes dans la perception olfactive
The sense of smell permits the perception of volatile substances commonly known as odors. This sense plays an important role in the feeding and wellness of individuals because it involves exchanges with their environment (search for food or partners, predators detection…). The efficiency of the olfactory system mainly relies on its sensitivity depending on the odorant affinity for their olfactory receptors but also on an enzymatic clearance mechanism of odorants which involves the Odorant metabolizing Enzymes (OME) to avoid the saturation of the receptors. Recent studies have shown that the biotransformation of odorants by EMO, in the olfactory epithelium, participates in the olfactory perception. Indeed, OME catalyse the deactivation of the odorants and their subsequent elimination which led to the termination of the olfactory signal. In this context, this work aims to provide a better understanding of the enzymatic mechanisms of the OME in mammal olfactory perception and to study more specifically these mechanisms in human.The first axis of this work, based on physicochemical analysis, has consisted to develop an innovative proton transfer reaction mass spectrometry technique (PTR-MS) to allow the analysis in real time of the odorants biotransformation by OME. This technique was first applied ex vivo using rats and rabbits olfactory epithelium and olfactory mucus but also in vivo directly inside the human nasal cavity. Thus, we have demonstrated that the olfactory biotransformation of odorants catalyzed by different enzymes like glutathione transferases, carboxylesterases and dicarbonyl xylulose reductases (DCXR), is a very fast mechanism (few milliseconds). This very high velocity is perfectly consistent with the physiological dynamics of the olfactory process. Moreover, PTR-MS analyzes revealed that the odorants biotransformation could produce volatile metabolites with odorous properties which could participate in the global olfactory perception by interacting also with olfactory receptors. These various metabolites have been formally identified by a gas chromatography-mass spectrometry technique (GC-MS).The second axis, based on psychophysical method, evaluated the impact of the odorant metabolism in the human olfactory perception. For this purpose, an original approach recently developed in the lab, consisting of the modulation of the olfactory perception through a competition between odorants metabolized by the same EMO was transposed from the rabbit model to the human. The metabolic competition between several diketones toward DCXR was first demonstrated by biochemical analysis using the corresponding human recombinant enzyme. Then, an olfactometric study carried out on a 40 subjects panel demonstrated that this competition mechanism between odorants induces modulations of the biotransformation of these molecules and thus leads to modifications of their relative bioavailability and in fine of their perception. These new and significant results demonstrate that modulations impacting odorants metabolism leads immediately to changes in their olfactory perception. This thesis highlights on the function of EMO in mammals and reveals for the first time in human a significant role of the odorant metabolism in olfactory perception

Les enzymes du métabolisme des xénobiotiques (EMX) jouent un rôle central dans la biotransformation et l’élimination de composés étrangers à l’organisme. Organisées en réseau de biotransformation, ces enzymes catalysent des réactions variées (oxydations, conjugaisons …) afin de rendre ces composés plus hydrophiles. Les EMX sont fortement exprimées dans l’épithélium olfactif de mammifères et des études in vitro ont montré qu’elles possèdent des activités élevées. Outre un rôle dans le métabolisme de molécules toxiques, ces enzymes pourraient être impliquées dans la modulation périphérique de l'olfaction. Les EMX pourraient contribuer à maintenir la sensibilité du système olfactif en éliminant ou en inactivant les molécules odorantes présentes dans l'espace périrécepteur. Cependant, les preuves scientifiques démontrant l’implication des EMX dans la perception olfactive restent limitées à ce jour. La première étape de ce travail a consisté à montrer que l’expression des EMX olfactives de rat peut être modulée par des traitements chimiques connus pour leur capacité d'induction au niveau hépatique (dexaméthasone, Aroclor, …). Par rapport au foie, les effets observés au niveau de la muqueuse olfactive sont plus modérés. La dexaméthasone, un glucocorticoïde de synthèse, induit significativement l’expression de plusieurs enzymes et transporteurs au niveau du tissu olfactif. Cette étude suggère que l’expression des EMX olfactives soit sous le contrôle de mécanismes spécifiques. Dans une deuxième partie, le métabolisme in vitro de quelques molécules odorantes a été étudié. Nous avons observé que la muqueuse olfactive de rat possède une forte capacité métabolique et catalyse notamment la formation de métabolites hydroxylés. Enfin, les conséquences de ce métabolisme ont été évaluées en enregistrant des électro-olfactogrammes (EOG) au niveau de la muqueuse olfactive de rat. Nous avons montré qu’à concentrations équivalentes, l’amplitude des signaux EOG générés par des métabolites est beaucoup plus faible que l’amplitude des réponses élicitées par les molécules odorantes non biotransformées. De plus, la perfusion de la muqueuse par des inhibiteurs spécifiques de cytochromes P450 ou de carboxylestérases provoque une modification significative des signaux EOG. Ces études démontrent que la biotransformation des molécules odorantes a un impact sur le signal olfactif. L’ensemble de ces études conforte l’hypothèse d’un rôle des EMX dans la première étape de la perception olfactive. Ces enzymes pourraient catalyser la biotransformation des molécules odorantes dans le but d’éviter une saturation du système olfactif
Xenobiotic metabolizing enzymes (XMEs) play a central role in the biotransformation and the elimination of foreign compounds reaching the body. Organized as a biotransformation network, these enzymes catalyze various reactions (oxidations, conjugations …) in order to increase the water solubility of compounds. XMEs are highly expressed in the mammalian olfactory epithelium and in vitro studies showed that they have important activities. Besides a role in the metabolism of toxic compounds, a role in the peripheral regulation of the olfactory process has been hypothesized. XMEs could contribute to maintain the sensibility of the olfactory system, by eliminating or inactivating odorant molecules present in the perireceptor space. However, scientific proofs of such a role are still limited. In a first study, we demonstrated that olfactory XMEs can be modulated by chemical treatments identified to induce the enzyme expression in the liver (dexamethasone, Aroclor …). The intensities of the effects were lower in the OM than in the liver. Dexamethasone, a synthetic glucocorticoid, was found to increase significantly the expression of several enzymes and transporters in the olfactory mucosa. This study suggests that the expression of olfactory XME is controlled by tissue-specific mechanisms. In the second part, the metabolism of some odorant molecules was studied in vitro. We observed that the olfactory mucosa of rats possesses a high metabolic capacity and catalyses the formation of hydroxylated metabolites. Finally, the consequences of this metabolism were evaluated by recording electro-olfactograms (EOG) from the olfactory mucosa of rats. We showed that, at same concentrations, amplitudes of EOG signals generated by the metabolites were lower than those elicited by the parent molecules. Moreover, the perfusion of the mucosa with specific inhibitors of cytochromes P450 or carboxylesterases induced a significant modification of EOG signals. These studies demonstrate that the biotransformation of odorant molecules have an impact on the olfactory signal. Taken together, these studies support the hypothesis that XME are involved in the first stage of the olfactory perception. These enzymes could catalyze the biotransformation of odorant molecules in order to avoid the saturation of the olfactory system

Pour réduire la teneur en matière grasse des aliments, et suivre en cela les recommandations du Plan National Nutrition Santé, il est nécessaire de bien comprendre les mécanismes de la perception du gras. Dans ce contexte, ce travail de thèse avait pour objectif de contribuer à la compréhension de la perception du gras au travers de l’étude de la variabilité interindividuelle de la perception du gras et de la recherche de son origine.Pour cela, une approche pluridisciplinaire mêlant physico-chimie de molécules aromatiques à connotation grasse, physiologie orale des sujets, processus en bouche et perception sensorielle au cours de la consommation a été mise en place. Une attention toute particulière a été portée sur la composante olfactive de la perception du gras et en particulier sur la potentielle contribution des métabolites produits dans la cavité nasale de l’Homme à partir de composés volatils odorants. Ce travail montre que la réduction du taux de matière grasse dans un fromage blanc diminue la perception de l’arôme crème, augmente l’amertume et l’astringence et diminue le film gras perçu, confirmant ainsi le caractère multidimensionnel de la perception du gras. Il montre également que la perception du gras est liée à la teneur en lipide du tapissage en bouche ainsi qu’à la composition de la matrice en composés d’arômes.Il met en évidence trois groupes de sujets de sensibilité au gras significativement différents. Ces groupes présentent également des différences pour plusieurs paramètres physiologiques et anatomiques pouvant intervenir sur les sensations tactiles, gustatives et olfactives et donc potentiellement sur la perception du gras.Enfin, ce travail prouve l’existence, dans la muqueuse olfactive de l’Homme, d’enzymes capables de métaboliser les composés odorants en métabolites volatils eux-mêmes odorants susceptibles d’intervenir dans la perception du gras ou de la moduler
To reduce the fat content in food products as recommended by the National Nutrition and Health Plan, it is necessary to understand the fat perception mechanisms. In this context, this thesis work aimed to contribute to the understanding of fat perception through the study of interindividual variability in fat perception and the research of its origin.For this purpose, a multidisciplinary approach combining physico-chemistry of “fatty” aroma molecules, subjects’ oral physiology, food oral processing and sensory perception during food consumption has been established. A particular focus has been done on the olfactory component of fat perception, especially on the potential contribution of the metabolites produced in the human nasal cavity from odorous volatile compounds.This work shows that reducing fat content in cottage cheese decreases the perception of the cream aroma, increases bitterness and astringency and decreases the perceived greasy film. The results confirmed the multidimensional nature of fat perception. This work also shows that fat perception is related to the lipid content of the mouth coating as well as the aroma compounds composition of the food matrix.It highlights three groups of subjects with significant difference in fat sensitivity. These groups also differ in several physiological and anatomical parameters which can impact tactile, taste and smell sensations and therefore potentially fat perception. Finally, this work proves the existence in the human olfactory mucosa of enzymes capable of metabolizing odorous compounds into volatile metabolites. These metabolites proved to be themselves odorants could be involved in fat perception or its modulation

La toxicité hépatique des xénobiotiques constitue un sujet extrêmement riche, au vu des multiples mécanismes et acteurs impliqués. Ce travail de toxicologie translationnelle a pour but d’améliorer la compréhension des mécanismes hépatotoxiques de l’éthanol et des amanitines, puissantes toxines de champignons, afin d’apporter de nouveaux éléments permettant d’optimiser les prises en charge thérapeutiques des patients intoxiqués. Dans un premier temps, nous apportons des éléments supplémentaires de compréhension sur les mécanismes de réponse des macrophages à l’éthanol. Ces interactions xénobiotiques – cellules, montrées à travers l’exemple de l’induction des récepteurs P2X7, semblent participer à la sévérité des atteintes hépatiques alcooliques, et témoignent de la plasticité des macrophages en situation pathologique. Ces résultats suggèrent notamment l’intérêt du développement des antagonistes des récepteurs P2X7 dans le traitement des alcoolopathies. Dans un deuxième temps, nous appliquons l’outil de réseau moléculaire, permettant la visualisation de données complexes acquises par LC-MS/MS, à l’étude du métabolisme de xénobiotiques. L’exemple du métabolisme de l’acébutolol dans le cadre d’une intoxication médicamenteuse volontaire d’une part, et l’étude du métabolisme de la quétiapine de manière in vitro d’autre part, ont apporté des preuves consistantes sur l’intérêt du réseau moléculaire dans ce contexte. Dans un troisième et dernier temps, l’application du réseau moléculaire nous a permis d’écarter l’hypothèse d’un métabolisme des amanitines in vivo et in vitro. Par ailleurs, nos résultats montrent que le modèle cellulaire de cellules hépatiques HepaRG différenciés constitue un modèle pertinent dans l’étude des amanitines, et objectivent l’implication de la production des ROS mitochondriaux dans la toxicité de ces substances
Xenobiotic-induced hepatotoxicity is an extremely rich subject, given the multiple mechanisms and actors involved. This translational work aims to improve ethanol and amanitins (powerful fungal toxins) hepatotoxic mechanisms understanding, in order to provide new elements to optimize the therapeutic management of intoxicated patients. In a first step, we provide additional elements of understanding on macrophages response mechanisms to ethanol. These xenobiotic-cell interactions, shown through the P2X7 receptor induction example, seem to contribute in alcoholic liver damage severity, and testify to the macrophages plasticity in pathological situations. These results suggest in particular the interest of P2X7 receptor antagonist’s development in the treatment of alcoholism. In a second step, we are applied molecular networking, which allows the visualization of complex data acquired by LC-MS/MS, to xenobiotic metabolism study. The acebutolol metabolism example, in the context of voluntary drug intoxication on the one hand, and the in vitro quetiapine metabolism study on the other hand, have provided consistent evidence concerning molecular network interest in this context. In a third and final step, the molecular network application allowed us to rule out the hypothesis of an in vivo and in vitro amanitins metabolism. Moreover, our results show that the hepatocyte-like cellular model of differentiated HepaRG is a relevant model in amanitins study, and show the mitochondrial ROS production implication in these substances toxicity

L'étude de l'influence de chaînes ramifiées courtes sur le métabolisme des xénobiotiques est développée en deux parties. Dans la première, le rôle protecteur d'un reste isopropyle vis-à-vis du métabolisme est démontré sur la 5-isopropyl-5-méthylpyrimidinetrione et la 5-éthyl-5-isopropylpyrimidinetrione, pour lesquels aucun métabolite n'est retrouvé dans les urines. La seconde partie traite du rôle de l'encombrement stérique dans la régiosélectivité d'une oxydation métabolique. La présence d'un reste isobutyle encombrant oriente l'oxydation métabolique en (3 sur la chaîne éthyle de la 5-isobutyl-5­éthylpyrimidinetrione, en raison d'une alcoolyse ultérieure qui justifie l'inversion de régiosélectivité par rapport aux prévisions
Résume en anglais