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A combined proteomic and targeted analysis unravels new toxic mechanisms for zinc oxide nanoparticles in macrophages

Authors :
Jean-Luc Ravanat
Thierry Rabilloud
Bastien Dalzon
Jean Marc Strub
Véronique Collin-Faure
Hélène Diemer
Marie Carrière
Alain Van Dorsselaer
Catherine Aude-Garcia
Sarah Cianférani
Protéomique, Métaux et Différenciation (ProMD )
Laboratoire de Chimie et Biologie des Métaux (LCBM - UMR 5249)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
Laboratoire Lésions des Acides Nucléiques (LAN)
Service de Chimie Inorganique et Biologique (SCIB - UMR E3)
Institut Nanosciences et Cryogénie (INAC)
Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Nanosciences et Cryogénie (INAC)
Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de Spectrométrie de Masse BioOrganique [Strasbourg] (LSMBO)
Département Sciences Analytiques et Interactions Ioniques et Biomoléculaires (DSA-IPHC)
Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien (IPHC)
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien (IPHC)
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
ANR-11-IDEX-0001,Amidex,INITIATIVE D'EXCELLENCE AIX MARSEILLE UNIVERSITE(2011)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Nanosciences et Cryogénie (INAC)
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Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien (IPHC)
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Journal of Proteomics, Journal of Proteomics, Elsevier, 2016, 134, pp.174-185. ⟨10.1016/j.jprot.2015.12.013⟩, Journal of Proteomics, 2016, 134, pp.174-185. ⟨10.1016/j.jprot.2015.12.013⟩
Publication Year :
2016
Publisher :
HAL CCSD, 2016.

Abstract

The cellular responses of the J774 macrophage cell line to zinc oxide and zirconium oxide nanoparticles have been studied by a comparative quantitative, protein level based proteomic approach. The most prominent results have been validated by targeted approaches. These approaches have been carried out under culture conditions that stimulate mildly the aryl hydrocarbon receptor, thereby mimicking conditions that can be encountered in vivo in complex environments. The comparative approach with two nanoparticles allows to separate the common responses, which can be attributed to the phagocytosis event per se, from the response specific to each type of nanoparticles. The zinc-specific responses are the most prominent ones and include mitochondrial proteins too, but also signaling molecules such as MyD88, proteins associated with methylglyoxal detoxification (glyoxalase 2, aldose reductase) and deoxyribonucleotide hydrolases. The in cellulo inhibition of GAPDH by zinc was also documented, representing a possible source of methylglyoxal in the cells, leading to an increase in methylglyoxal-modified DNA bases. These observations may be mechanistically associated with the genotoxic effect of zinc and its selective effects on cancer cells.The responses of the murine J774 macrophage cell lines to two types of metallic oxide nanoparticles (zinc oxide and zirconium dioxide) were studied by a comparative 2D gel based approach. This allows sorting of shared responses from nanoparticle-specific responses. Zinc oxide nanoparticles induced specifically a strong decrease in the mitochondrial function, in phagocytosis and also an increase in the methylglyoxal-associated DNA damage, which may explain the well known genotoxicity of zinc. In conclusion, this study allows highlighting of pathways that may play an important role in the toxicity of the zinc oxide nanoparticles.

Details

Language :
English
ISSN :
18743919 and 18767737
Database :
OpenAIRE
Journal :
Journal of Proteomics, Journal of Proteomics, Elsevier, 2016, 134, pp.174-185. ⟨10.1016/j.jprot.2015.12.013⟩, Journal of Proteomics, 2016, 134, pp.174-185. ⟨10.1016/j.jprot.2015.12.013⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....ba54d284700677f9eb8a6653561cda58