Effects of C-14 or C-16 Phosphorylation on the toxicity of zearalenone

Abstract

Les mycotoxines sont des métabolites fongiques toxiques qui contaminent une variété d’aliments destinés à l’alimentation humaine et animale, notamment les céréales. Les porcs et les humains sont très sensibles aux mycotoxines. La mycotoxine zéaralénone (ZEN) se retrouve dans les aliments pour animaux et dans l'alimentation humaine principalement la suite d’une contamination fongique des céréales par Fusarium spp. la ZEA peut se fixer au 17-β-estradiol récepteur en raison de sa flexibilité, explique ses effets délétères sur les fonctions reproductives. Différentes stratégies de décontamination ont été développées pour réduire l’exposition des animaux d’élevage aux mycotoxines, parmi lesquelles des méthodes de conversion enzymatique de ZEN par certains micro-organismes. Cependant, les données préliminaires indiquent que certains de ces produits de biotransformation peuvent être reconvertis en ZEN. Des données récentes indiquent que Bacillus spp. S62-W peut phosphoryler ZEN sur ses 14e ou 16e carbones, la convertissant respectivement en ZEN-14-phosphate (ZEN-14-P) ou en ZEN-16-phosphate (ZEN-16-P). Cependant, la toxicité résiduelle et la stabilité de ZEN-14-P et de ZEN-16-P par rapport à ZEN sont encore inconnues. Cette étude visait à étudier la cytotoxicité, le stress oxydatif, l'activité pro-inflammatoire et l'activité œstrogénique des ZEN phosphorylés en utilisant des cellules épithéliales intestinales et endométriales porcines et humaines, ainsi que des explants d’utérus de cochettes prépubères. Nous avons également analysé les voies métaboliques de biotransformation des ZEN phosphorylés par les cellules porcines et humaines. Nos résultats ont démontré que l’exposition à ZEN-14-P ou à ZEN-16-P diminue significativement la viabilité des cellules intestinales porcines IPEC-J2 et des cellules endométriales humaines d’Ishikawa. ZEN, les produits de phosphorylation ont induit de manière significative un stress oxydatif dans les cellules IPEC-J2 à 10 µM. De même, 5 μM ou 25 μM de ZEN-14-P et ZEN-16-P ont activé de manière significative l'expression de cytokines pro-inflammatoires TNF-α, IL-1β, IL-6 et IL-8 dans les cellules IPEC-J2 différenciées. Pour ce qui est des effets œstrogéniques, de manière similaire à ZEN, l'activité intracellulaire de la phosphatase alcaline a été augmentée de façon significative et dose dépendante par ZEN-14-P et ZEN-16-P, dans les cellules d'Ishikawa. Ces produits de phosphorylation ont également, à l’image de ZEN, activé de manière significative l'expression de gènes sensibles aux œstrogènes ALPP, ALPG, PGR, ESR1, ESR2 et GPER1 dans les cellules d'Ishikawa. Enfin, l’exposition à ZEN ou aux ZEN phosphorylés a induit la prolifération des glandes endométriales dans les explants utérins de cochettes prépubères. L'analyse LC-MS/MS des surnageants de culture cellulaire de IPEC-J2 et Ishikawa indique que, bien que les ZEN phosphorylés aient été partiellement hydrolysés en ZEN, leurs métabolites de phase I et de phase II sont différents de ceux de ZEN. Globalement, ces résultats indiquent que la phosphorylation ne réduit pas la toxicité de ZEN pour les lignées cellulaires porcine et humaine. De plus, les voies métaboliques impliquées dans la biotransformation de ZEN et celle des produits de phosphorylation sont différentes, ce qui suggère une toxicité intrinsèque des ZEN phosphorylés. Pigs and humans are highly susceptible to mycotoxins, which are toxic fungal metabolites that contaminate a variety of food and feedstuffs. Among these, Zearalenone (ZEN) is found in the feed and food supply from Fusarium fungal contamination in cereals. ZEN is functionally similar to 17-β estradiol, and therefore exerts deleterious effects on reproductive functions. Different decontamination strategies are developed to reduce the exposure of farm animals to mycotoxins. At many of these, there are methods of biotransformation of ZEN by the enzymatic activity of certain microorganisms. Bacillus sp. S62 reportedly phosphorylates ZEN on its 14th or 16th carbons, yielding, ZEN-14-P and ZEN-16-P. However, the residual toxicity and stability of ZEN-14-P and ZEN-16-P compared to ZEN are still unknown. This study aimed to investigate the cytotoxicity, oxidative stress, pro-inflammatory activity, and estrogenic activity of phosphorylated ZENs, as well as its metabolic fate when incubated either with intestinal or reproductive cells. Our results showed that ZEN-14-P and ZEN-16-P did not decrease the cytotoxic effect of ZEN in porcine intestinal IPEC-J2 cells and human endometrial Ishikawa cells. ZEN and both phosphorylated ZENs significantly induced oxidative stress in IPEC-J2 cells at 10 µM. Likewise, 5 μM or 25 μM ZEN-14-P and ZEN-16-P altered the expression of pro-inflammatory cytokines TNF-α, IL-1β, IL-6 and IL-8 in differentiated IPEC-J2 cells. In addition, intracellular activity of alkaline phosphatase increased by ZEN, ZEN-14-P and ZEN-16-P in Ishikawa cells. ZEN, ZEN-14-P and ZEN-16-P activated the expression of estrogen-responsive genes ALPP, ALPG, PGR, ESR1, ESR2, and GPER1 at 10 μM in Ishikawa cells. Furthermore, ZEN and phosphorylated ZENs induced the proliferation of endometrial glands in prepubertal gilt uterine explants at 30 µM. Finally, LC-MS/MS analysis of the supernatant of IPEC-J2 and Ishikawa cell cultures exposed to ZEN or its phosphorylated metabolites showed that the latter were partially hydrolyzed back to ZEN, but their phase-I and phase-II metabolites still differ from the ones of ZEN. Overall, these results suggest that phosphorylation does not reduce the toxicity of ZEN for pigs and humans. Moreover, different metabolic fate is involved in the biotransformation of ZEN and phosphorylation products.