Une étude montre comment de faibles doses de cadmium induisent un stress nocif dans les cellules épithéliales pulmonaires

L’exposition à la fumée de cigarette est associée au développement et à la gravité de la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC), qui est la troisième cause de décès dans le monde.

La fumée de cigarette contient 2 à 3 microgrammes de cadmium, un métal hautement toxique et polluant environnemental, par cigarette. La combustion du tabac libère de l’oxyde de cadmium, qui peut être adsorbé sur les microparticules de la fumée qui pénètrent profondément dans les poumons. De plus, le corps est incapable d’excréter le cadmium, qui s’accumule chez les fumeurs de longue date.

Dans une Rapports scientifiques Dans une étude de l’Université d’Alabama à Birmingham, des chercheurs montrent comment une faible dose de cadmium induit un stress nocif dans les cellules épithéliales pulmonaires, et leurs résultats mettent en évidence des cibles thérapeutiques potentielles à étudier dans l’exposition au cadmium et les lésions pulmonaires qui en résultent.

La recherche, dirigée par Veena Antony, MD, professeur au département de médecine de l’UAB, se concentre sur le microARN-381 et l’expression d’un gène de canal chlorure appelé ANO1 dans des échantillons de tissus pulmonaires et des cellules épithéliales des voies respiratoires. ANO1 aide à la formation de mucus dans les voies respiratoires ; Cependant, la surproduction de mucus dans les maladies pulmonaires chroniques peut entraîner un épaississement des voies respiratoires et un blocage du mucus, augmentant ainsi la gravité de la maladie. Par conséquent, la surexpression de ANO1 peut aggraver la BPCO.

Les chercheurs de l’UAB ont comparé des échantillons de tissus pulmonaires de neuf fumeurs “jamais” qui n’avaient jamais fumé de cigarettes avec des échantillons de tissus pulmonaires de 13 fumeurs “jamais” atteints de BPCO et qui avaient des antécédents de tabagisme entre 15 et 25 paquets-années par personne. Un paquet-année fait généralement référence au fait de fumer un paquet de cigarettes par jour pendant une période d’un an. Les chercheurs ont découvert que les fumeurs « jamais », contrairement aux fumeurs « jamais », avaient régulé positivement l’expression de ANO1 dans les cellules épithéliales des voies respiratoires.

De même, les cellules épithéliales des voies respiratoires dans un liquide de lavage broncho-alvéolaire provenant d’un patient non-MPOC et d’un fumeur atteint de BPCO ont montré une plus grande expression de ANO1 dans les cellules du patient BPCO.

Ensuite, les chercheurs ont testé l’effet direct de très petites doses de cadmium sur les cellules épithéliales normales des voies respiratoires humaines. Ces cellules ont été cultivées à une interface air-liquide qui permet une différenciation normale des cellules des voies respiratoires. Une exposition de deux semaines à 0,5 ou 1,0 micromolaire de chlorure de cadmium dans la couche fluide a augmenté l’expression de ANO1 de 12 à 14 fois.

Les microARN ont la capacité de réguler négativement l’expression d’un gène en interagissant directement avec la séquence d’ARNm de ce gène. À l’aide d’une analyse logicielle, l’équipe de l’UAB a identifié le microARN-381 comme le microARN ayant la plus grande interaction avec les ARNm de ANO1, ce qui suggère que le microARN-381 est un régulateur négatif de ANO1. Certains métaux lourds sont connus pour réguler négativement les microARN.

Antony et ses collègues ont utilisé un inhibiteur synthétique du microARN-381 pour inhiber l’expression du microARN-381 dans les cellules épithéliales primaires des voies respiratoires humaines provenant de patients atteints de BPCO et ont découvert que l’expression de ANO1 était significativement augmentée. En revanche, l’ajout d’un mimétique microARN-381 ; un ARN synthétique qui agit comme le microARN-381 pour augmenter le niveau de régulation négative – ; sur ces cellules, l’expression de ANO1 a diminué. Ces résultats ont renforcé la conviction des chercheurs de l’UAB selon laquelle le cadmium régule négativement l’expression du microARN-381, régulant ainsi à la hausse l’expression de ANO1 dans les cellules épithéliales des voies respiratoires.

Enfin, les chercheurs ont découvert que l’inhibiteur du microARN-381 régulait toujours positivement ANO1 et que le mimétique régulait toujours négativement ANO1 même lorsque les cellules épithéliales primaires des voies respiratoires humaines provenant de patients atteints de BPCO étaient également exposées à 1 micromolaire de chlorure de cadmium.

Nos observations issues d’expériences avec une exposition à faible dose de cadmium de cellules épithéliales suggèrent que ANO1 est une cible directe de miR-381, qui est régulée négativement lors d’une exposition à faible dose de cadmium. Par conséquent, la toxicité du cadmium induite par la cigarette peut altérer les mécanismes de l’homéostasie cellulaire à de très faibles concentrations, et l’exposition au cadmium chez une personne souffrant d’une maladie pulmonaire existante peut avoir un effet additif ou néfaste avec une susceptibilité accrue aux infections et aux allergènes environnementaux.

Cette interaction du cadmium, du microARN-381 et de l’ANO1 suggère que les microARN pourraient agir comme des cibles thérapeutiques potentielles qui doivent être explorées plus en détail lors de l’exposition au cadmium et des lésions pulmonaires ultérieures.

Veena Antony, MD, professeur, département de médecine de l’UAB

À l’UAB, Antony est titulaire du poste de professeur doté en médecine environnementale, dirige le centre de recherche Superfund et est membre du département de médecine pulmonaire, d’allergie et de soins intensifs.

Les co-auteurs avec Antony dans l’étude «L’exposition au cadmium à faible dose régule l’interaction miR-381-ANO1 dans les cellules épithéliales des voies respiratoires» sont Pooja Singh, Fu Jun Li, Kevin Dsouza, Crystal T. Stephens, Huaxiu Zheng et Mark T. Dransfield, Département de médecine de l’UAB, Département de médecine pulmonaire, d’allergie et de soins intensifs ; et Abhishek Kumar, conseil consultatif du UAB Superfund Center, Gainesville, Floride.

Le soutien a été fourni par la subvention ES027723 de l’Institut national des sciences de la santé environnementale.