Les paramètres écologiques ne suffisent pas toujours à expliquer les différences d a u ulatio des tau pa les diff e tes esp es de poisso s a i s, puis ue des espèces partageant le même habitat (Bank et al., 2007; Barhoumi et al., 2009; Siscar et al., 2013) ou partageant la même niche trophique (Bodin et al., 2017; Kiszka et al., 2015) peuvent présenter des concentrations métalliques contrastées. Les études expérimentales se le t alo s u iales a elles pe ette t de s aff a hi de la a ia ilit des o ditio s e i o e e tales et de ett e ai si e ide e l i pli atio de a is es u i ue e t relatifs à la biologie et la physiologie des espèces. Selon cette démarche, deux études expérimentales ont été menées au Centre de documentation, de recherche et d e p i e tatio s su les pollutio s a ide telles des eau CED‘E , da s le ut de
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comparer les réponses de deux espèces présentes dans le CCLME et aux caractéristiques ologi ues o t ast es, fa e au es o ditio s d e positio au Cd.
Le bar européen
Figure 6 Le bar européen Dicentrarchus labrax.
Le bar européen Dicentrarchus labrax (Linné, 1758) est un poisson démersal de la famille des Moronidés (Figure 6 , do t l ai e de pa titio s te d da s l Atla ti ue No d-Est de 60° N (Sud de la Norvège) à 30° N (côtes du Maroc et archipel des Canaries). Il est présent en mer d I la de, e du No d et e Balti ue, et il olo ise toute la mer Méditerranée ainsi que la e Noi e. A l âge adulte, la taille o e e du a est de , ais il peut attei d e pou plus de kg et i e jus u à u e t e tai e d a es. Le a est u poisso ôtie , fréquent notamment le long des côtes o heuses. Il peut t e t ou jus u à u e e tai e de t es de fo d, et jus u à e i o k des ôtes. C est u poisso eu hali , est à di e capable de supporter de grandes variations de salinité, pouvant ainsi être observé dans des baies et des estuaires. Le bar est un prédateur carnassier, les stades les plus jeunes se ou issa t esse tielle e t de sida s, d a phipodes, de op podes, et de la es de décapodes et de cirripèdes. Le régime alimentaire des bars adultes est également diversifié, mais il est cependant dominé par les crustacés décapodes brachyoures, les poissons et les céphalopodes (López et al., 2015). Le bar est un prédateur vorace qui peut ingérer des proies de grande taille. Il chasse aussi bien de jour que de nuit, sur le fond ou entre deux eaux. Malgré sa sensibilité vis-à- is de l e positio au Cd, ausa t e t e aut es st ess o da t, altérations cellulaires, troubles du métabolisme énergétique, et inhibition des comportements naturels (Cattani et al., 1996; Faucher et al., 2008; Giari et al., 2007; Roméo et al., 2000), le bar est connu pour répondre à la contamination via la synthèse de novo de
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Choix des espèces
Ces deux espèces ont été retenues car elles présentent des caractéristiques écologiques o u es i.e. e zo e g og aphi ue et p ofo deu d olutio ais des ha itats i.e. démersal pour le bar versus benthique pour la sole) et régimes alimentaires (poissons et invertébrés vs invertébrés) distincts. De par ces divergences écologiques, leur éloignement taxonomique et leur différence de comportement (espèce vagile pour le bar vs sédentaire pour la sole), des réponses contrastées sont attendues en termes de synthèse de MT et de stratégies de séquestrations, comme suggéré par des observations in situ sur les défenses antioxydantes (Fonseca et al., 2011), menant potentiellement à des différences de bioaccumulation du Cd. Elles sont toutes les deux présentes da s l os st e du ou a t des Ca a ies, jus u au sud de Ma o pou le a et jus u au sud du “ gal pou la sole. Pa ailleurs, leur approvisionnement est possible dans des classes de taille similaires à partir de fermes aquacoles (i.e. Aquastream dans le Morbihan pour le bar et la Ferme Marine de l Adou da s le pays basque pour la sole).
Protocole expérimental
Le hoi de l l e t talli ue tudi s est po t su le Cd, du fait de so a o da e da s l os st e a i du ou a t des Ca a ies, li e au ejets a th opi ues et à l a ti it de l up elli g. Il est de plus u des l e ts i l s pas le p og a e AN‘ EPU‘E da s le uel s i lue e t a ail de th se. U e o ta i atio h o i ue pa oie t ophi ue et à des concentrations retrouvées dans des proies potentielles différentes (i.e. 3,5 ppm pour la première et 22,9 ppm pour la deuxième), telles que des bivalves ou des polychètes du courant des Canaries (Bodin et al., 2013; Maanan, 2008; Rouhi et al., 2007) a été retenue, pou s app o he au ieu de la réalité environnementale.
Les espèces ont chacune été séparées en deux conditions : l u e « témoin » où les poissons o t t ou is a e u g a ul o e ial, et l aut e « contaminée » où les individus ont reçu un granulé enrichi en Cd. Les poissons o ta i s o t d a o d t e pos s au Cd pe da t ois a a t d t e ou is de la e faço ue les t oi s pe da t ois (exposition à 3,5 ppm) ou 2 mois (exposition à 22,9 ppm). Des échantillonnages ont été effectués à intervalle de temps régulier (voir Figure 8). A chaque échantillonnage, trois
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individus par bassin, soit neuf poissons par condition ont été échantillonnés. Le foie, le muscle dorsal (découpe standardisée par tous les individus) et la vésicule biliaire ont été prélevés avec des outils en céramique pour éviter toute contamination métallique. Le foie a t p le o e o ga e d a u ulatio p i ai e. Il a t p f à d aut es e aiso de so fo t pote tiel de sto kage hez es esp es. Il a pa e e ple t o t u il pou ait contenir dix fois plus de Cd que le rein chez la sole sénégalaise (Siscar et al., 2014). Le muscle a ua t à lui t p le o e o ga e d a u ulatio se o dai e et la si ule iliai e o e e teu d li i atio . E effet, de o euses tudes o t o t hez différentes esp es de poisso s ue la ile o stituait u e oie d e tio des tau à pa ti du foie, e s l i testi et le ilieu e te e (Chowdhury et al., 2004, 2003, Hauser-Davis et al., 2012a, 2014a, 2016). Différentes mesures biométriques ont également été effectuées sur le corps et le foie de chaque individu prélevé afin de mettre en évidence un éventuel impact du Cd sur la croissance.
Figure 8 Schéma du dispositif expérimental impliquant 2 espèces (bar et sole) et deux conditions (témoins et contaminés). Chaque bassin contient 50 individus pour le bar et 40 pour la sole afin de respecter des densités similaires. Deux études ont été menées, la première impliquant une exposition à , ppm de cadmium, l’autre à 22,9 ppm.
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Dosage des métallothionéines
Parmi les divers mécanismes physiologiques permettant de lutter contre la toxicité des métaux, les métallothionéines (MT), des protéines cytosoliques de faible poids moléculaires (environ 6 kDa chez les poissons) et impliquées dans la séquestration des métaux, sont ubiquistes dans le règne animal (Adam et al., 2010). Une de leur principale caractéristique est la p se e d u g a d o e de g oupe e ts thiols auxquels les métaux présentent u e fo te affi it , faisa t de es p ot i es d i po ta ts sites de fi atio pou les l e ts métalliques. Ceci leur confère un rôle primordial dans la régulation homéostasique des métaux essentiels tels que le cuivre et le zinc mais également un rôle secondaire de séquestration des métaux toxiques tels que le cadmium et le mercure. Cette capacité de s uest atio li ite ai si l i te a tio des io s talli ues a e d aut es io ol ules cellulaires et prévient des atteintes toxiques associées aux formes ioniques libres qui induisent la plus forte cytotoxicité.
La synthèse de MT peut être induite par une exposition métallique (Cheung et al., 2004; George et al., 1996) ce qui conduit à leur utilisation courante en tant que marqueur de contamination chez les poissons marins (Hauser-Davis et al., 2012b). Toutefois, cette biosynthèse peut également être influencée par de nombreux facteurs environnementaux et e dog es elatifs à la saiso , le se e et l tat de atu atio des poissons (Hylland et al., 1998) et également ne pas correspondre aux niveaux de contamination. Chez les espèces considérées au cours de ces travaux, il a par exemple été montré que les concentrations hépatiques en MT chez la sole sénégalaise variaient suivant la température en expérimental “is a et al., , et u elles e o espo daie t pas au g adie t d e positio au e u e chez le bar in situ (Mieiro et al., 2011). Les métallothionéines semblent cependant provoquer une plus grande accumulation des tau à l helle du o ps e tie hez d aut es esp es de poissons (Long et Wang, 2005a, 2005b), ai si u à l helle ellulai e o e o t su des hépatocytes isolés de rat (Stacey et Klaassen, 1980). De plus, plusieurs études in situ ont montré une forte corrélation entre concentrations en MT et en Cd, notamment chez le bar européen avec un coefficient de corrélation de 0,99 (Fernandes et al., 2008, 2007), sugg a t l i pli atio des MT da s la a ia ilit o se e e te es de ioa u ulatio .
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L h poth se selo la uelle les MT aug e te aie t l a u ulatio du Cd a pou ta t ue peu été explorée chez les poissons marins (Long et Wang, 2005a, 2005b).
Dans le cadre de ces travaux de thèse, il est donc apparu pertinent de mesurer la réponse de nos deux diff e tes esp es o e a t la ios th se et l utilisatio de es p ot i es fa e à l e positio au Cd. L e tuel d le he e t de la s th se de novo des MT ainsi que leur ôle pote tiel da s les i ti ues d a u ulatio du Cd o t do t tudi s par la mesure des concentrations en MT obtenue par spectrophotométrie dans le foie des poissons, afin de répondre à la problématique (i) qui concerne le lien entre réponses physiologiques et bioaccumulation.
Répartition du cadmium entre organes et au sein des cellules
La pa titio d u tal e t e les o ga es d u i di idu i.e. l o ga ot opis e d pe d tout d a o d de la oie d e positio di e te versus trophique) (Chowdhury et al., 2005). Après exposition par voie trophique, la répartition métallique chez les poissons marins sera souvent observée dans cet ordre : i testi > foie ≈ ei s > a hies > us le (Berntssen et al., 2001; Kim et al., 2006). L o ga ot opis e a epe da t gale e t efl te les diff e tes st at gies de sto kage ou d li i ation mises en place par les espèces. Ainsi, il a t o t ue l a guille eu op e e et la t uite a -en-ciel Oncorhynchus mykiss exposées à l a ge t e p se te t pas le e o ga ot opis e, sulta t e diff e tes apa it s d li i atio (Hogstrand et al., 2003). Alo s ue l a ge t est e o ilis des diff e ts o ga es tels ue les ei s e s le foie pou t e a u ul hez la t uite, l a guille o t e une élimination du métal par excrétion biliaire et via les branchies. Ces différents schémas de répartitio e t e o ga es sulte t e u e li i atio de la oiti du tal à l helle du o ps e tie hez l a guille, alo s ue la ua tit totale de tal olue pas hez la t uite après 67 jours de dépuration.
Récemment, certaines études se sont penchées sur la capacité des poissons à réguler la toxicité des métaux en fonction de leur répartition subcellulaire, et ont de nouveau mis en évidence des différences entre espèces (Eyckmans et al., 2012; Leonard et al., 2014). L tude d E k a et al. s est fo alis su l a u ulatio , l o ga ot opis e et la pa titio ellulai e du ui e hez t ois esp es d eau dou e : la truite arc-en-ciel, la carpe commune Cyprinus
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carpio et le carassin argenté Carassius gibelio. Les deux espèces montrant le facteur
d a u ulatio le plus fo t da s le foie la t uite et le a assi à la fi d u e p iode d e positio d u ois, p se te t gale e t l aug e tatio la plus fo te de la o e t atio e Cu da s la f a tio o te a t les MT. “a s ue les auteu s i te p te t ce résultat, ces observations suggèrent que la répartition subcellulaire du métal, et ota e t so asso iatio au MT, o ditio e so a u ulatio à l helle de l o ga e e tie . E e a he, t s peu d tudes o t he h à ett e e lie la dist i ution cellulaire des tau a e leu s i ti ues d a u ulatio et d li i atio . (Wallace et al., 2003) ont exposé deux bivalves Macoma balthica et Potamocorbula amurensis à du Cd et du zinc pe da t jou s, et o t pas o se de di i utio de la ua tit de métal lié aux MT durant 21 jours de dépuration, laissant à penser que les MT ne seraient pas impliquées dans l e tio des tau . Toutefois, plusieu s tudes o t o stat la p se e de tau o ple s à des MT da s la ile de poisso s au ou s d expositions expérimentales, i di ua t ue es p ot i es o stitue t ie u e teu d li i atio des tau ia l e tio iliai e (Hauser-Davis et al., 2014a, 2016).
Afin de mieux comprendre le rôle de ces mécanismes (i.e. organotropisme et répartition subcellulaire) chez nos deux espèces, les concentrations en Cd ont été mesurées par ICP-MS après minéralisation des échantillons, dans les tissus entiers (foie, muscle, bile) mais également dans différentes fractions subcellulaires (foie), obtenues suivant généralement le protocole de (Rosabal et al., 2015), lui-même adapté de celui de (Wallace et al., 2003). Selon ce protocole, un échantillon de foie est broyé puis séparé en différentes fractions après centrifugations successives résultant à chaque étape e l o te tio de su agea ts “ et de culots (C) (voir Figure 9). Six fractions majeurs ont ainsi été étudiées : la membrane cellulaire (débris cellulaires) ; les granules riches en métaux (metal-rich granules : MRG) ; les mitochondries ; le système endomembranaire regroupant le réticulum endoplasmique, l appa eil de Golgi et diverses vésicules (organites) ; des protéines cytosoliques stables à la chaleur telles que les métallothionéines (heat-stable proteins : H“P et d aut es d atu es à la chaleur comptant de nombreuses enzymes (heat-denaturated proteins).
D aut e pa t, alo s ue l a u ulatio du Cd est o ue pou i te f e a e d aut es tau esse tiels tels ue le zi et ai si o dui e à u d gle e t de l ho ostasie (Moulis, 2010), ces éléments essentiels confèrent une protection face à la toxicité du Cd de
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