ToxCell : Utilisation d’une approche combinée EDA-WoE pour caractériser la toxicité cellulaire de cyanopeptides de Microcystis

Les évènements climatiques extrêmes et l’eutrophisation des eaux intensifient les proliférations de cyanobactéries. Microcystis, ubiquitaire dans les écosystèmes d’eau douce, est un genre fortement proliférant qui impacte la santé humaine, animale et environnementale. La sénescence de Microcystis libère une très grande diversité de métabolites potentiellement toxiques. Les microcystines, une famille structurale (329 variants) principalement produite par Microcystis, ont été largement étudiées pour leur toxicité. D’autres familles de cyanopeptides suscitent l’intérêt scientifique, certains variants de ces familles présentant des activités toxiques chez les mammifères et les organismes aquatiques vertébrés.

Le projet ToxCell vise à caractériser la toxicité cellulaire potentielle de ces contaminants émergents en considérant les familles indépendamment et sous forme de mélanges complexes, plus représentatif des conditions environnementales naturelles. L’évaluation de la toxicité des mélanges cyanopeptidiques complexes requiert de caractériser les effets synergiques, antagonistes et additionnels sous-jacents, déjà documentés.

Cette caractérisation de la toxicité cellulaire utilise une approche combinée originale Effect-Directed Analysis (EDA) et Weight-of-Evidence (WoE). L’EDA consiste à fractionner les mélanges complexes cyanopeptidiques jusqu’à l’identification de cyanopeptides toxiques par utilisation de bioessais cellulaires in vitro (démarche 3R). Trois lignées cellulaires de poissons dulcicoles ont été sélectionnées : RTL-W1 (Rainbow Trout Liver-Waterloo 1), cellules épithéliales de foie de truite arc-en-ciel ; CLC (Carp Leucocyte Culture), leucocytes de carpe commune ; CCB (Common Carp Brain), fibroblastes cérébraux de carpe commune. La toxicité cellulaire des cyanopeptides s’évalue par une première étape de criblage de la cytotoxicité, suivie de l’analyse en dose-réponse en cas de forte cytotoxicité ou de l’analyse d’effets sublétaux (cycle cellulaire, métabolisme énergétique, ROS, phagocytose, activité du cytochrome) en cas de cytotoxicité plus faible. Cette stratégie multi-lignées et multi-réponses est une approche pertinente pour identifier des cibles biologiques potentielles des cyanopeptides émergents dont le mécanisme de toxicité reste indéterminé. Une approche intégrative, de type Weight-of-Evidence (WoE) ou poids de l’évidence, permet de contourner la difficulté d’interprétation avec cet ensemble de données. Cette démarche intègre des lignes de preuves pondérées jusqu’à l’obtention d’indices de toxicité globale répartis en différentes classes de toxicité, bornées entre un contrôle négatif (0% d’effet) et un contrôle positif (100% d’effet) qui ont validé également les bioessais cellulaires. Cette procédure permet une interprétation globale de la toxicité associée à un niveau de toxicité ainsi que la sélection des compositions toxiques dans la procédure de fractionnement EDA.