Le métabolisme des xénobiotiques

2.1.1. Généralités

« Xénobiotique » est un nom donné à toute substance étrangère à un organisme et pouvant se révéler toxique ou non. Les organismes vivants, quels qu'ils soient, sont confrontés à un grand nombre de xénobiotiques dans leur environnement. S'ils sont absorbés par l'organisme, ils vont se distribuer en son sein, dans les différents organes et tissus, en fonction notamment de leurs caractéristiques physico-chimiques (lipophi-lie, composition chimique, etc.), et peuvent être accumulés ou métabolisés.

Le métabolisme correspond à l'ensemble des transformations (ou biotransformations) se produisant au sein d'une cellule ou d'un organisme. Les xénobiotiques peuvent être absorbés par diverses voies (orale, cutanée, pulmonaire) et entrainer des effets né-fastes pour l'organisme s’ils sont toxiques. Les organismes vivants possèdent donc généralement soit des barrières physiques (la peau, les intestins, les poumons) pou-vant empêcher l'entrée de ces composés dans l’organisme, soit des métabolismes par-ticuliers pouvant dégrader ces molécules afin de les éliminer (41,135–138).

Le métabolisme des xénobiotiques consiste donc en des réactions biochimiques ayant pour but de faciliter l’excrétion des xénobiotiques (via les fèces, l'urine, la sueur, etc). Il existe de nombreuses réactions de biotransformations (répertoriées en Annexe 2). Les réactions de biotransformations des xénobiotiques impliquent un réseau de dé-toxication propre à chaque espèce. Ce réseau regroupe généralement des enzymes par-ticulières capables de transformer ces composés. Dans la majorité des cas, ce proces-sus aboutit à des métabolites plus polaires et ainsi plus hydrosolubles et facilement excrétables par l'organisme. Le foie est généralement l'organe de référence en terme d'activité de biotransformation des xénobiotiques car il contient les plus grandes quantités et variétés d'enzymes impliquées dans le métabolisme des xénobiotiques. Cependant, d'autres organes tels que les reins, les intestins, les poumons et la peau, ont également des capacités de biotransformation.

Les réactions de biotransformations peuvent être séparées en deux familles dis-tinctes : les réactions de phase I et les réactions de phase II.

Réactions de phase I : Fonctionnalisation

Au cours des réactions de phase I, les xénobiotiques sont pris en charge par des en-zymes de fonctionnalisation et vont principalement subir des réactions d'oxydations, d'hydrolyse, de réduction et d'hydratation. Ces dernières sont généralement regrou-pées sous le terme « réactions de fonctionnalisation » car elles entrainent l'introduc-tion de groupes foncl'introduc-tionnels clés, comme par exemple -OH, -COOH, -NH2. Ces réac-tions ont pour effet d'augmenter la polarité des xénobiotiques et de favoriser soit leur élimination soit leur conjugaison (réactions de phase II). À la suite de cette première phase, il est possible que les métabolites produits engendrent une toxicité plus impor-tante que la molécule mère, on parle alors de bioactivation.

Parmi les enzymes intervenant lors du métabolisme de phase I, la famille des mo-nooxygénases à cytochrome P450s (CYPs), à l'origine de réactions d'oxydation et de réduction, est prépondérante. Elle joue un rôle majeur dans le métabolisme de nom-breux xénobiotiques. À l'inverse des autres enzymes métaboliques, les CYPs impli-quées dans le métabolisme des xénobiotiques ont une large spécificité de substrat. Les CYPs sont des enzymes membranaires principalement localisées dans le réticulum endoplasmique.

Réactions de phase II : Conjugaison

La phase II joue un rôle à la fois dans la détoxification et dans l'élimination des xé-nobiotiques. Il existe divers systèmes enzymatiques intervenant dans les réactions de

conjugaisons caractéristiques de la phase II. Ces enzymes agissent sur les groupes fonctionnels tels que -OH, -COOH, -NH2, qui peuvent être soit présents naturellement sur les molécules cibles, soit ajoutés lors des réactions métaboliques de phase I. Les composés générés à l'issue des réactions de phase II sont généralement plus polaires, plus facilement excrétés et, généralement, moins réactifs.

Les réactions de phase II consistent en l'addition d'une molécule endogène hydroso-luble sur les xénobiotiques ou sur leur métabolites issus de la phase I. Parmi les subs-trats endogènes conjugués se trouvent par exemple : l'acide glucuronique, les acides aminés, les sucres, le glutathion. Chaque type de substrat endogène fait intervenir une famille d'enzymes spécifiques. L'étude menée ici s'est intéressée plus particuliè-rement à la conjugaison au glutathion, principale enzyme de phase II chez l’abeille (139), et sera donc la seule à être décrite.

La conjugaison au glutathion fait intervenir une famille d'enzymes, les glutathion S-transférases, principalement contenues dans le cytosol. Cette famille d'enzymes est présente dans la plupart des tissus et à une plus forte concentration dans le foie, les intestins, les reins et les poumons. Le glutathion est un iso-tripeptide (Figure III-1). Il intervient dans la conjugaison d'une large variété de composés électrophiles ou qui peuvent être transformés en électrophiles lors de la phase I. Le mécanisme de réaction consiste en une attaque nucléophile, par un des doublets liants du glutathion, sur un site électrophile généralement porté par un carbone substitué par un halogène de la molécule concernée.

Figure III-1 Structure de l’iso tripeptide glutathion

En conclusion, le métabolisme des xénobiotiques (Figure III-2) peut se dérouler de plusieurs manières. Le xénobiotique peut subir la phase I puis la phase II avant d'être excrété, ou bien subir directement la phase II avant excrétion, ou encore ne subir que la phase I.

Figure III-2 Les enzymes des deux phases du métabolisme des xénobiotiques, modifiée de (138)

2.1.2. Le métabolisme des xénobiotiques chez les abeilles

Les abeilles peuvent être confrontées à de nombreux xénobiotiques dans leur environ-nement (parasites, poussières, pesticides, etc). En comparaison avec d'autres insectes, y compris d'autres hyménoptères, l'abeille présente un nombre moins important de gènes de détoxification, ce qui pourrait les rendre plus vulnérables, notamment aux interactions entre xénobiotiques (139).

Chez l'abeille Apis mellifera, la phase I de métabolisation des xénobiotiques est en majeure partie réalisée par les CYPs. Ils interviennent entre autre lors des réactions de biotransformations de flavonoïdes (pigments végétaux), de mycotoxines (toxines issues de champignons) et de pesticides tels que les organophosphates, les acaricides, les pyréthrinoïdes et les néonicotinoïdes (139). Les enzymes glutathion-S-transferases sont les principales enzymes de phase II, même si elles peuvent également intervenir en se liant directement aux xénobiotiques non fonctionnalisés (139). C’est le cas par exemple des pyréthrinoïdes (140). En ce qui concerne les néonicotinoïdes, bien que les abeilles aient une capacité de détoxication limitée, elles paraissent capables de rapi-dement les métaboliser et les éliminer, en quelques jours (140).

2.2. Approches expérimentales pour l’étude du