Mécanismes de toxicité des fongicides inhibiteurs de la succinate déshydrogénase (SDHi) : impact sur la fonction mitochondriale et la reprogrammation métabolique dans les cellules épithéliales du côlon humain

Les inhibiteurs de la succinate déshydrogénase (SDHi) sont des fongicides utilisés pour lutter contre la prolifération de champignons pathogènes dans les cultures de céréales, les fruits et les légumes. Leur mode d'action repose sur le blocage de l'activité de la succinate déshydrogénase (SDH), une enzyme présente dans toutes les espèces possédant des mitochondries. La SDH participe à deux processus métaboliques interconnectés pour la production d'énergie 1) la respiration cellulaire, où elle permet le transfert des électrons vers l'ubiquinone en tant que complexe II de la chaine respiratoire des mitochondries, et 2) le cycle de Krebs, où elle catalyse l'oxydation du succinate en fumarate. Chez l'être humain, les déficits héréditaires en SDH sont une cause d'encéphalopathies et de cancers. Les mécanismes cellulaires et moléculaires liés à l'inactivation génétique de la SDH ont été bien décrit dans des tumeurs neuroendocrines, où elle induit un stress oxydatif, un phénotype de pseudohypoxie, un remodelage métabolique, épigénétique et transcriptomique, et des modifications des capacités de migration et d'invasion des cellules cancéreuses, en lien avec l'accumulation de succinate consécutive à l'inactivation de la SDH. L'analyse des données de la littérature montre que l'impact des SDHi sur la santé reste largement inexploré à ce jour, malgré un nombre croissant d'études faisant état d'effets toxiques dans des organismes non cibles. Ceci est corroboré par un travail récent mettant en évidence 1) le haut degré de conservation du site catalytique de la SDH au cours de l'évolution (site de liaison des SDHi) et 2) la capacité des SDHi à inhiber la SDH dans les mitochondries d'espèces non cibles, dont l'être humain. Ces observations montrent que les SDHi ne sont pas spécifiques de la SDH des champignons et que leur utilisation pourrait constituer un risque pour la santé humaine, notamment dans le cadre d'une exposition chronique via l'alimentation. De plus, l'analyse des rapports d'évaluation réglementaire montre que la plupart des SDHi induisent des tumeurs chez l'animal sans preuve de génotoxicité. Ainsi pour ces substances, les mécanismes de cancérogénicité ne sont, à ce jour, pas clairement établis. Le présent travail s'inscrit dans une démarche visant à générer de nouvelles connaissances sur l'impact d'une exposition aux fongicides SDHi, en explorant des mécanismes de toxicité non évalués par les processus d'évaluation réglementaire actuels. Les objectifs de cette étude ont été d'étudier les effets d'expositions aiguës ou subchroniques à 3 SDHi (boscalid, bixafen et sedaxane) sur les fonctions cellulaires et mitochondriales, et sur le métabolisme de cellules épithéliales coliques non cancéreuses et cancéreuses, en relation avec leurs phénotypes morphologiques et migratoires. Dans les cellules coliques humaines non cancéreuses HCEC-1CT et les cellules humaines d'adénocarcinome colique Caco2, nous n'avons pas observé d'effet des SDHi sur la viabilité, la prolifération et la mort cellulaire dans les conditions testées. Par contre, les SDHi diminuent l'activité de la SDH dans la chaine respiratoire des mitochondries et augmentent le niveau de succinate, un oncométabolite impliqué dans la mise en place du phénotype tumoral dans les tumeurs liées à une inactivation génétique de la SDH. L'effet le plus marqué est observé avec le bixafen, qui induit une reprogrammation métabolique caractérisée par une glycolyse accrue et une diminution de la respiration, des caractéristiques typiques de l'effet Warburg observé dans la plupart des cellules cancéreuses. Elle s'accompagne d'une modification de la morphologie cellulaire qui reste à caractériser. En conclusion, nos résultats démontrent que les SDHi sont capables d'inhiber la SDH humaine et de reproduire au moins en partie certaines caractéristiques phénotypiques et métaboliques résultant de mutations génétiques de la SDH chez l'être humain.Succinate dehydrogenase inhibitors (SDHi) are fungicides used to control the proliferation of pathogenic fungi in cereal, fruit and vegetable crops. Their mode of action is based on blocking the activity of succinate dehydrogenase (SDH), an enzyme existing in all species with mitochondria. SDH is involved in two interconnected metabolic processes for energy production: 1) cellular respiration, where it allows the transfer of electrons to ubiquinone as complex II of the mitochondrial respiratory chain, and 2) the Krebs cycle, where it catalyzes the oxidation of succinate to fumarate. In humans, inherited SDH deficiencies are a cause of encephalopathies and cancers. The cellular and molecular mechanisms related to the genetic inactivation of SDH have been well described in neuroendocrine tumors, where it induces an oxidative stress, a pseudohypoxia phenotype, a metabolic, epigenetic and transcriptomic remodeling, and alterations in the migration and invasion capacities of cancer cells, in tight connection with the accumulation of succinate following SDH inactivation. The analysis of literature data shows that the impact of SDHi on health remains largely unexplored to date, despite a growing number of studies reporting toxic effects in non-target organisms. This is supported by recent work highlighting 1) the high degree of conservation of the SDH catalytic site during evolution (SDHi binding site) and 2) the ability of SDHi to inhibit SDH in the mitochondria of non-target species, including humans. These observations show that SDHi are not specific to fungal SDH and that their use may present a risk to human health, particularly in the context of chronic exposure through the diet. Moreover, the analysis of regulatory assessment reports shows that most SDHi induce tumors in animals without evidence of genotoxicity. Thus, for these substances, the mechanisms of carcinogenicity are, to date, not clearly established. The present work is part of an approach aiming to generate new knowledge on the impact of exposure to SDHi fungicides, by exploring mechanisms of toxicity not evaluated by the current regulatory assessment processes. The objectives of this study were to investigate the effects of acute or subchronic exposures to 3 SDHi (boscalid, bixafen and sedaxane) on cellular and mitochondrial functions and metabolism of non-cancerous and cancerous colonic epithelial cells in relation to their morphological and migratory phenotypes. In human colonic non-cancerous HCEC-1CT and human colonic adenocarcinoma Caco2 cells, we did not observe any effect of SDHi on viability, proliferation and cell death under the tested conditions. However, SDHi decreased SDH activity in the mitochondrial respiratory chain and increased the level of succinate, an oncometabolite involved in the establishment of the tumor phenotype in cancers related to genetic inactivation of SDH. The strongest effect is observed with bixafen, which induces a metabolic reprogramming characterized by increased glycolysis and decreased respiration, typical features of the Warburg effect observed in most cancer cells. It is accompanied by a modification of the cell morphology which remains to be characterized. In conclusion, our results demonstrate that SDHi are able to inhibit human SDH and to reproduce at least in part some of the phenotypic and metabolic characteristics resulting from genetic mutations in human SDH