Le danger de l'exposition au plomb au neurodéveloppement prénatal

Pendant la période prénatale, le fœtus commence à former l'une des structures les plus complexes de la nature, le cerveau humain. Ce processus s'appelle l'embryogenèse neurale et représente l'un des processus les plus compliqués de la vie prénatale. Le processus repose sur une régulation stricte du comportement des cellules qui composeront le cerveau. Les cellules souches neuronales (NSC) jouent un rôle clé dans le développement du cerveau embryonnaire.

Les NSC ont besoin d'un environnement spécial pour pouvoir remplir leur fonction dans l'embryogenèse neurale, la création de nouvelles cellules pour peupler le système nerveux. Cependant, dans certains cas, une exposition environnementale nocive peut entraîner un comportement anormal du NSC. L’exposition prénatale au plomb est l’une de ces influences nocives qui peuvent submerger les mécanismes des CSN pour faire face aux dommages cellulaires. En conséquence, les processus régulés par la NSC dans l'embryogenèse neurale peuvent être affectés, conduisant souvent à des troubles du développement neurologique.

Lors de la fécondation, à partir d'une seule cellule, une masse de cellules se forme et plus tard, cette masse se divise en plusieurs couches dont toutes les structures du corps humain proviennent. C'est également le cas pour le système nerveux central. Il dérive de l'une des couches qui forment le tube neural, le précurseur du cerveau, du tronc cérébral et de la moelle épinière. Au départ, le tube neural est plutôt petit, mais en raison de la création de nouvelles cellules à partir des NSC, il s'agrandit progressivement. Plus tard, les cellules du tube neural se spécialisent dans différentes fonctions en modifiant leurs caractéristiques cellulaires et biochimiques. De toute évidence, si quelque chose ne va pas à l'une de ces étapes, des anomalies du développement cérébral peuvent survenir.

Le plomb fait partie de la civilisation humaine depuis longtemps. Cependant, ce n'est que récemment que les mécanismes par lesquels le plomb provoque des effets néfastes sur la santé ont commencé à apparaître. Le plomb est particulièrement nocif pour les NSC, même lorsque l'exposition est minime. Une exposition prénatale très minime au plomb a été associée à un QI plus faible, à l'agressivité et à d'autres problèmes. Des études de recherche ont également montré que l'exposition prénatale au plomb produit plus de dommages que l'exposition pendant la période postnatale. Ces découvertes ont été liées aux mécanismes derrière les lésions cellulaires des CSN par le plomb. Les mécanismes proposés affectent les fonctions cellulaires essentielles qui entraînent une augmentation des espèces réactives de l'oxygène (ROS) et des altérations de la méthylation de l'ADN.

Les espèces réactives de l'oxygène sont des molécules qui se produisent naturellement à la suite de la respiration cellulaire. Cependant, pendant les conditions pathologiques, leurs niveaux peuvent augmenter considérablement. L'intoxication chronique au plomb entraîne une augmentation des ROS par le biais de plusieurs mécanismes. Parmi eux, il y a un effet direct des ions plomb sur les protéines qui régulent les niveaux de ROS. De plus, le plomb peut augmenter indirectement le niveau de ROS par interaction avec l'acide aminolévulinique, un précurseur biochimique des composants de l'hémoglobine. Les ROS peuvent endommager diverses structures de la cellule et, ce faisant, créer encore plus de ROS. De plus, les ROS sont impliqués dans la signalisation de la mort cellulaire et d'autres réponses cellulaires.

La méthylation de l'ADN est l'un des mécanismes de régulation de l'expression des gènes et la régulation de l'expression des gènes est l'une des bases de la différenciation cellulaire. Il a été démontré que l'exposition au plomb entraîne une altération de la méthylation de l'ADN, qui à son tour est associée à l'inhibition de la différenciation des NSC. Par des mécanismes qui ne sont pas encore connus, le plomb provoque des changements dans les schémas de méthylation proches de gènes fortement associés à la différenciation neuronale.

Les cellules ne restent pas passives pendant ces processus. Comme d'autres cellules, les NSC ont un mécanisme par lequel elles neutralisent bon nombre de ces événements nocifs. L'une des recherches les plus récentes a étudié le processus impliquant la protéine Nrf2.

Le Nrf2 a été directement lié au mécanisme de protection du NSC contre le stress oxydatif causé par l’exposition au plomb. Nrf2 est associé à la protéine KEAP1 dans le cytoplasme. Lorsque les niveaux de ROS augmentent, Nrf2 se sépare du KEAP1, migre vers le noyau et se lie à des régions d'ADN spécifiques appelées éléments de réponse antioxydants (ARE).Lors de la liaison Nrf2, les ARE activent l'expression de ses gènes cibles qui codent pour diverses protéines responsables de la désintoxication cellulaire des ROS.

De plus, une nouvelle cible Nrf2, la protéine SPP1, a été récemment identifiée. SPP1 a une importance particulière dans la lésion de NSC car il a été associé à des propriétés neuroprotectrices par des études in vitro et par l'association de mutations dans sa séquence de gène codant avec des maladies neurologiques. Ces effets sont le résultat du mécanisme de signalisation impliquant un processus anti-apoptotique et pro-prolifératif. Le processus aboutit à des réponses compensatoires pour entraîner l'inhibition de la prolifération des NSC. En conséquence, SPP1 a été proposé comme médiateur protecteur de la neurotoxicité lors de l'exposition au plomb.

De nombreuses maladies résultent de dommages cellulaires excessifs auxquels les cellules ne sont pas capables de s'adapter. C'est le cas des NSC où les processus neurodéveloppementaux essentiels peuvent être modifiés par la toxicité du plomb. Bien que les NSC soient équipés de mécanismes de protection, ils ne sont souvent pas assez puissants pour contrer les influences environnementales néfastes. Dans de tels cas, les altérations de l'embryogenèse neurale, de la prolifération et de la différenciation ont lieu. Des changements spécifiques conduisant à des manifestations neurologiques particulières doivent encore être étudiés en détail.

Notre meilleure compréhension de l'effet nocif du plomb sur le développement neurologique prénatal nécessite une attention accrue pour éviter l'exposition des futures mères à cet élément toxique. On pense que des millions de femmes enceintes dans le monde sont régulièrement exposées à des concentrations élevées de plomb dans les aliments et l'eau potable. Cela affecte souvent la santé de la jeune génération dans de nombreux pays du monde.

Références

Peter J.Wagner, Hae-Ryung Park, Zhaoxi Wang, Rory Kirchner, Yongyue Wei, Li Su, Kirstie Stanfield, Tomas R. Guilarte, Robert O. Wright, David C. Christiani et Quan Lu (2016) In Vitro Effects of Lead sur l'expression génique dans les cellules souches neurales et les associations entre les gènes régulés à la hausse et les scores cognitifs chez les enfants. Environ Health Perspect; DOI: 10.1289 / EHP265

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Cet article invité a été initialement publié sur le blog primé sur la santé et la science et sur la communauté sur le thème du cerveau, BrainBlogger: Comment l'exposition prénatale au plomb entraîne-t-elle les troubles neurodéveloppementaux.