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Evolutionarily conserved susceptibility of the mitochondrial respiratory chain to SDHI pesticides and its consequence on the impact of SDHIs on human cultured cells

Authors :
Pierre Rustin
Agathe Kahn
Judith Favier
Paule Bénit
Pierre Gressens
D Chretien
Sylvie Bortoli
Anne Paule Gimenez-Roqueplo
Laurence Huc
Malgorzata Rak
Manuel Schiff
Maladies neurodéveloppementales et neurovasculaires (NeuroDiderot (UMR_S_1141 / U1141))
Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
Toxicité environnementale, cibles thérapeutiques, signalisation cellulaire (T3S - UMR_S 1124)
Université Paris Descartes - Paris 5 (UPD5)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
Contaminants & Stress Cellulaire (ToxAlim-COMICS)
ToxAlim (ToxAlim)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT)
Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole d'Ingénieurs de Purpan (INPT - EI Purpan)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)
Service de neurologie pédiatrique et maladies métaboliques
Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Hôpital Robert Debré-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)
Paris-Centre de Recherche Cardiovasculaire (PARCC - UMR-S U970)
Hôpital Européen Georges Pompidou [APHP] (HEGP)
Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Hôpitaux Universitaires Paris Ouest - Hôpitaux Universitaires Île de France Ouest (HUPO)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Hôpitaux Universitaires Paris Ouest - Hôpitaux Universitaires Île de France Ouest (HUPO)-Université Paris Descartes - Paris 5 (UPD5)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
Service de génétique [CHU HEGP]
Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Hôpital Européen Georges Pompidou [APHP] (HEGP)
Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Hôpitaux Universitaires Paris Ouest - Hôpitaux Universitaires Île de France Ouest (HUPO)-Hôpitaux Universitaires Paris Ouest - Hôpitaux Universitaires Île de France Ouest (HUPO)
No specific funding was initially provided for this work. After the work realization, PB and PR received a specific support grant from the French Association POLLINIS (https://www.pollinis.org/). General expenses were covered by grants from AAJI (Association pour l’Aide aux Jeunes Infirmes & aux Personnes Handicapées)
AFAF (Association Française de l’Ataxie de Friedreich)
Association OLY (Ouvrir Les Yeux)
ANR MITOXDRUGS (ANR-16-CE18-0010).
ANR-16-CE18-0010,MITOXDRUGS,Toxicité mitochondriale des médicaments et stéatose hépatique. Généralisation de la relation causale pour le développement de nouveaux tests prédictifs.(2016)
Université Paris Descartes - Paris 5 (UPD5)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (APHP)-Hôpital Robert Debré-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)
Université Paris Descartes - Paris 5 (UPD5)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Hôpital Européen Georges Pompidou [APHP] (HEGP)
Hôpitaux Universitaires Paris Ouest - Hôpitaux Universitaires Île de France Ouest (HUPO)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (APHP)-Hôpitaux Universitaires Paris Ouest - Hôpitaux Universitaires Île de France Ouest (HUPO)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (APHP)
Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (APHP)-Hôpital Européen Georges Pompidou [APHP] (HEGP)
Hôpitaux Universitaires Paris Ouest - Hôpitaux Universitaires Île de France Ouest (HUPO)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (APHP)-Hôpitaux Universitaires Paris Ouest - Hôpitaux Universitaires Île de France Ouest (HUPO)
Rustin, Pierre
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole d'Ingénieurs de Purpan (INPT - EI Purpan)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Bodescot, Myriam
Toxicité mitochondriale des médicaments et stéatose hépatique. Généralisation de la relation causale pour le développement de nouveaux tests prédictifs. - - MITOXDRUGS2016 - ANR-16-CE18-0010 - AAPG2016 - VALID
Source :
PLoS ONE, Vol 14, Iss 11, p e0224132 (2019), PLoS ONE, PLoS ONE, Public Library of Science, 2019, 14 (11), pp.e0224132. ⟨10.1371/journal.pone.0224132⟩, Plos One 11 (14), 20 p.. (2019), PLoS ONE, 2019, 14 (11), pp.e0224132. ⟨10.1371/journal.pone.0224132⟩
Publication Year :
2019
Publisher :
Public Library of Science (PLoS), 2019.

Abstract

International audience; Succinate dehydrogenase (SDH) inhibitors (SDHIs) are used worldwide to limit the proliferation of molds on plants and plant products. However, as SDH, also known as respiratory chain (RC) complex II, is a universal component of mitochondria from living organisms, highly conserved through evolution, the specificity of these inhibitors toward fungi warrants investigation. We first establish that the human, honeybee, earthworm and fungal SDHs are all sensitive to the eight SDHIs tested, albeit with varying IC50 values, generally in the micromolar range. In addition to SDH, we observed that five of the SDHIs, mostly from the latest generation, inhibit the activity of RC complex III. Finally, we show that the provision of glucose ad libitum in the cell culture medium, while simultaneously providing sufficient ATP and reducing power for antioxidant enzymes through glycolysis, allows the growth of RC-deficient cells, fully masking the deleterious effect of SDHIs. As a result, when glutamine is the major carbon source, the presence of SDHIs leads to time-dependent cell death. This process is significantly accelerated in fibroblasts derived from patients with neurological or neurodegenerative diseases due to RC impairment (encephalopathy originating from a partial SDH defect) and/or hypersensitivity to oxidative insults (Friedreich ataxia, familial Alzheimer's disease).

Subjects

Subjects :
0301 basic medicine
Glutamine
Respiratory chain
Mitochondrion
Toxicology
Biochemistry
Antioxidants
Database and Informatics Methods
0302 clinical medicine
Animal Cells
Medicine and Health Sciences
Glycolysis
Annelids
Amino Acids
[SDV.BBM.BC] Life Sciences [q-bio]/Biochemistry, Molecular Biology/Biochemistry [q-bio.BM]
Energy-Producing Organelles
Cells, Cultured
Connective Tissue Cells
Multidisciplinary
biology
Organic Compounds
Succinate dehydrogenase
Monosaccharides
Acidic Amino Acids
Quinones
Eukaryota
Neurodegenerative Diseases
Bees
Mitochondria
[SDV.BBM.BC]Life Sciences [q-bio]/Biochemistry, Molecular Biology/Biomolecules [q-bio.BM]
Insects
Succinate Dehydrogenase
Chemistry
Mitochondrial respiratory chain
[SDV.TOX.TVM] Life Sciences [q-bio]/Toxicology/Vegetal toxicology and mycotoxicology
Connective Tissue
Physical Sciences
Mitochondrial Membranes
Medicine
Cellular Structures and Organelles
Cellular Types
Anatomy
Honey Bees
Sequence Analysis
Research Article
Arthropoda
Bioinformatics
Science
Carbohydrates
Médecine humaine et pathologie
[SDV.TOX.TVM]Life Sciences [q-bio]/Toxicology/Vegetal toxicology and mycotoxicology
Oxidative phosphorylation
Bioenergetics
Research and Analysis Methods
Electron Transport
Fungal Proteins
03 medical and health sciences
Drug Resistance, Fungal
Animals
Earthworms
Humans
Oligochaeta
Pesticides
[SDV.BBM.BC]Life Sciences [q-bio]/Biochemistry, Molecular Biology/Biochemistry [q-bio.BM]
Toxicologie
Organic Chemistry
Chemical Compounds
Organisms
Fungi
Biology and Life Sciences
Proteins
Cell Biology
Fibroblasts
Invertebrates
Hymenoptera
Biological Tissue
Glucose
030104 developmental biology
Cell culture
biology.protein
Human health and pathology
Sequence Alignment
030217 neurology & neurosurgery

Details

Language :
English
ISSN :
19326203
Volume :
14
Issue :
11
Database :
OpenAIRE
Journal :
PLoS ONE
Accession number :
edsair.doi.dedup.....dab6949b6eba6b461ff0364df65b28d4
Full Text :
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0224132⟩