Development of biomarkers of neurotoxicity and endocrine disruptions in the freshwater amphipod Gammarus fossarum
Développement de marqueurs de neurotoxicité et de perturbations endocrines chez l'amphipode d'eau douce Gammarus fossarum
Résumé
The aim of this works was to develop specific biomarkers of neurotoxicity (cholinesterase activity) and endocrine disruptions linked to reproduction (vitellogenine synthesis) in freshwater amphipod Gammarus fossarum. G. fossarum owns only an isoforme of cholinesterase of type acetylcholinesterase (AChE). Biotic factors have been shown as the main source of natural variability of the activity AChE in this species. Therefore, the selection of organisms with male phenotype and a body-weight of 15-20 mg allowed to propose a methodology of reliable and strong dosage. A reference value and a threshold value were described. Our works on the AChE, also demonstrated that there is no relation between the inhibition of this enzymatic activity and the mortality. On the other hand, a direct relation was observed between the activity AChE and behaviours. Finally, the coupled use of in situ bioassays and measure of the activity AChE showed to be a relevant tool for the environmental assessment of anti-ChE compound impact. The description of the physiological processes, bound to the reproduction cycle of females (moult cycle, oocyte growth and embryonic development), brought bases for the development of the Vtg gene expression as biomarker. It also allowed to develop a robust and reproducible reprotoxicity-test displaying a very weak variability of the basic values observed in the non-impacted organisms. Females present an important rise of the Vtg synthesis during their reproduction cycle, corresponding with the implementation of the secondary vitellogenesis process. The induction of the Vtg gene expression was observed in males exposed in laboratory to model endocrine disrupters and in organisms exposed in situ, in areas subjected to an anthropological pressure
L’objectif de cette thèse était de développer des biomarqueurs de neurotoxicité (l’activité des cholinestérases) et de perturbations endocriniennes en lien avec la reproduction (la synthèse de vitellogénine) chez l’amphipode d’eau douce Gammarus fossarum. G. fossarum ne possède qu’une isoforme de cholinestérase de type acétylcholinestérase (AChE). Les facteurs biotiques ont été montrés comme la principale source de variabilité naturelle de l’activité AChE chez cette espèce. Ainsi, la sélection d’organismes de phénotype mâle avec un poids de 15-20 mg a permis de proposer une méthodologie de dosage fiable et robuste. Une valeur de référence et une valeur seuil ont été décrites. Ces travaux ont également permis de montrer qu’il n’existe aucune relation entre l’inhibition de cette activité enzymatique et la mortalité. En revanche, une relation directe a été observée entre l’activité AChE et le comportement. Enfin, l’utilisation couplée de tests in situ et de la mesure de l’activité AChE s’est révélée être un outil pertinent pour évaluer l’impact de composés anti-cholinestérasiques. La description des processus physiologiques, liés au cycle de reproduction des femelles (cycle de mue, croissance des ovocytes et développement embryonnaire), a apporté les bases pour le développement de l’expression de la Vtg comme biomarqueur. Cela nous a également permis de développer un bio-essai de reprotoxicité reproductible et robuste avec une faible variabilité des valeurs de base. Les niveaux d’expression du gène Vtg observés chez les femelles étaient de 200 à 700 fois plus élevés que chez les mâles. Les femelles présentent une importante élévation de la synthèse de Vtg au cours de leur cycle de reproduction, concordante avec la mise en place de la vitellogénèse secondaire. L’induction de l’expression du gène Vtg a été observée chez des mâles exposés, en laboratoire, à des perturbateurs endocriniens modèles et chez des individus exposés in situ sur des sites anthropisés