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Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
N° d'ordre :……………… THESE présentée pour obtenir LE TITRE DE DOCTEUR DE L'INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE École doctorale : Sciences Ecologiques, Vétérinaires, Agronomiques et Bioingénieries Spécialité : Qualité et sécurité des aliments Par Anne RIU DEVENIR DES RETARDATEURS DE FLAMMES BROMÉS CHEZ LE RAT ET L'HOMME: CARACTÉRISATION DES MÉTABOLITES ET ÉVALUATION DE L'EXPOSITION FŒTALE Soutenue le 22 décembre 2006 devant le jury composé de : M. TABET J. C. Professeur Université P. et M. Curie, Paris Président M. CRAVEDI J. P. Directeur de recherche INRA, Toulouse Directeur de thèse Mme GOMEZ E. Maître de conférences, Université de Montpellier 2 Rapporteur M OLEA N. Professeur Université de Grenade, Espagne Rapporteur M. ZALKO D. Chargé de recherche INRA, Toulouse Co-directeur

  • réalisation des synthèses chimiques des molécules radiomarquées

  • apci ionisation chimique

  • lc chromatographie

  • gc chromatographie en phase gazeuse

  • membre des jurys des thèses

  • iers aux membres de l'équipe du laberca de nantes


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Publié le 01 décembre 2006
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N° d’ordre :………………








THESE


présentée

pour obtenir

LE TITRE DE DOCTEUR DE L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE



École doctorale : Sciences Ecologiques, Vétérinaires, Agronomiques et Bioingénieries

Spécialité : Qualité et sécurité des aliments


Par Anne RIU


DEVENIR DES RETARDATEURS DE FLAMMES BROMÉS
CHEZ LE RAT ET L’HOMME: CARACTÉRISATION DES
MÉTABOLITES ET ÉVALUATION DE L’EXPOSITION
FŒTALE





Soutenue le 22 décembre 2006 devant le jury composé de :



M. TABET J. C. Professeur Université P. et M. Curie, Paris Président
M. CRAVEDI J. P. Directeur de recherche INRA, Toulouse Directeur de thèse
Mme GOMEZ E. Maître de conférences, Université de Montpellier 2 Rapporteur
M OLEA N. Professeur Université de Grenade, Espagne
M. ZALKO D. Chargé de recherche INRA, Toulouse Co-directeur
REMERCIEMENTS



Je tiens en premier lieu à exprimer toute ma reconnaissance à Monsieur Jacques Tulliez et
Monsieur Jean-Pierre Cravedi qui a dirigé ce travail de thèse, pour m’avoir accueillie au
laboratoire des xénobiotiques, mais également pour leur soutien, leurs encouragements et leur
encadrement scientifique de qualité et la valeur de leurs conseils tout au long de ce travail.

Je tiens particulièrement à remercier Monsieur Daniel Zalko qui a codirigé cette étude, pour
sa constante disponibilité et son soutien quotidien, qui m’a fait profiter de ses connaissances
scientifiques tout en me laissant la liberté d’action nécessaire pour mener à bien le travail
entrepris.

L’appui de Monsieur Laurent Debrauwer pour l’interprétation et la compréhension des
analyses en spectrométrie de masse, a largement contribué au développement de ce travail, de
même que celui de Madame Elisabeth Perdu-Durand, dont l’aide précieuse a permis de mener
à bien les études de métabolisme in vitro. Je remercie également Madame Cécile Canlet pour
sa précieuse aide concernant la réalisation et l’interprétation des analyses en RMN, ainsi que
Madame Isabelle Jouanin pour ses conseils et son aide lors de la réalisation des synthèses
chimiques des molécules radiomarquées.

Mes remerciements s’adressent également à Madame Laurence Dolo dont la sympathie et
l’efficacité ne m’ont jamais fait défaut, ainsi qu’à Monsieur Raymond Gazel et Madame
Florence Blas-y-Estrada, qui ont pris soin des animaux et que j’ai beaucoup sollicité au cours
des expérimentations in vivo. Je tiens aussi à remercier Melle Aurélie Garcia pour sa bonne
humeur quotidienne et qui m’a été d’une aide précieuse au cours de son stage de DEA, pour
l’obtention des derniers résultats importants en fin de thèse. Je remercie très sincèrement mes
voisins de bureau, Madame Anne Hillenweck et Monsieur Jean-Philippe Jaeg, pour leur
soutien amical, leurs conseils et leur sympathie, malgré les propos « pseudo machistes » de
Jean-Philippe. Plus généralement, mes remerciements vont à l’ensemble de l’équipe du
laboratoire des Xénobiotiques, pour leur accueil, leur soutien amical et leur disponibilité.

Je tiens à exprimer des remerciements particuliers aux membres de l’équipe du LABERCA de
Nantes, Messieurs Bruno Le Bizec, Jean-Philippe Antignac et Ronan Cariou, pour leur accueil
et m’avoir fait partager leurs compétences dans l’étude de traces de contaminants dans des
matrices biologiques. Je voudrais exprimer également ma gratitude à Messieurs Patrick
Balaguer et Alain Berrebi pour leurs conseils scientifiques et leur disponibilité.

Je souhaite également remercier les membres du Jury de thèse, Madame Elena Gomez,
Monsieur Nicolas Olea, Monsieur Jean-Claude Tabet, qui m’ont fait l’honneur de lire et de
juger ce travail et pour le temps qu’ils y ont consacré.

Je voudrais enfin remercier mes parents, beaux-parents, mes frères et sœurs Camille, Julie,
Emilie, Louise et Olivier, mais aussi Sonia et tous mes amis pour leur présence et leur soutien
quotidien tout au long de ces trois années de thèse et qui ont largement contribuer à ma
réussite. LISTE DES ABREVIATIONS

ABS Acrylonitrile butadiène styrène
ACN Acétonitrile
AhR Récepteur aux hydrocarbures aromatiques
APCI Ionisation chimique à pression atmosphérique
APPI Photo-ionisation à pression atmosphérique
AR Récepteur aux androgènes
AS Activité spécifique
Bromodiphényle éther BDE
BPA Bisphénol A
CLHP Chromatographie liquide haute performance
CMC Concentration micellaire critique
CYP Cytochrome
DBDE Décabromodiphényle éther
DE Diphényle éther
DL Dose létale pour 50 % des individus 50
DMEM Dubelco’s modified eagle’s medium
DMSO Diméthyle sulfoxide
Diphénylène iodonium DPI
dpm Désintégration par minute
ER Récepteur aux œstrogènes
ESI Ionisation electrospray
GC Chromatographie en phase gazeuse
HBCD Hexabromocyclododécane
i.p. Intra péritonéale
IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistery
Union internationale de la chimie pure et appliquée
K Coefficient de partition octanol/eau ow
Chromatographie liquide LC
m/z Rapport masse/charge
MG sur la base de la teneur en matière grasse
MPO Myéloperoxydase
MS Spectrométrie de masse sur la base du poids corporel p.c.
PBB Polybromobiphényle
PBDD o-dibenzo-dioxine
Polybromodiphényle éther PBDE
PBDF o-dibenzo-furane
PCB Polychlorobiphényle
POP Polluant organique persistant
PPAR Peroxisome Proliferator-Activated Receptor
ppb partie par milliard
ppm illion
Récepteur à la progestérone PR
PVC Chlorure de polyvinyle
PXR Pregnane X receptor
Retardateur de flamme bromé RFB
RMN Résonance magnétique nucléaire
ROS Espèces réactives de l’oxygène
T3 Triiodo-thyronine
T4 Tétraïodo-thyronine
TBBPA Tétrabromobisphénol A
T Temps de rétention R
TSH Thyrotropine
TTR Transthyrétine
u Unité de masse atomique
Chromatographie Liquide Ultra Performance UPLC
UV Ultraviolets
AVANT PROPOS .................................................................................................................... 1
CHAPITRE 1 : INTRODUCTION ........................................................................................ 5
I. CONTEXTE ............................................................................................................................................. 7
1. Les retardateurs de flammes ..................................................................................................................... 7
2. Les Retardateurs de Flammes Bromés (RFB)........................................................................................... 8
2.1. Production et utilisation du brome .................................................................................................. 8
2.2. Marché des retardateurs de flammes bromés .................................................................................. 9
2.3. utilisation des principaux RFB................................................................................ 10
2.3.1. Le tétrabromobisphénol A (TBBPA) 10
2.3.2. Les polybromodiphényles éthers (PBDE) 11
3. Structure et propriétés des principaux retardateurs de flammes bromés................................................. 11
3.1. Le tétrabromobisphénol A (TBBPA ; n° CAS : 79-94-7) ............................................................. 11
3.1.1. Structure du TBBPA................................................................................................................. 11
3.1.2. Propriétés physico-chimiques du TBBPA 12
3.2. Les polybromodiphényles éthers (PBDE)..................................................................................... 12
3.2.1. Structure des PBDE.................................................................................................................. 12
3.2.2. Propriétés physico-chimiques des PBDE ................................................................................ 14
4. Enjeux sociétaux et aspects réglementaires....... 15
4.1. Risques d’incendie........... 15
4.2. Contamination de l’environnement............................................................................................... 15
4.3. Réglementation et restrictions....................................................................................................... 16
5. Conclusion.............................................................................................................................................. 17
II. PRESENCE ET DEVENIR DES RFB DANS L’ENVIRONNEMENT ................................................ 18
1. Niveaux résiduels de RFB détectés dans les différents compartiments environnementaux.................... 18
1.1. Le milieu aérien............................................................................................................................. 18
1.2. Le milieu aquatique........... 19
1.2.1. Contamination de l’hydrosphère .............................................................................................. 19
1.2.2. ination des sédiments ................................................................................................... 20
1.2.3. Contamination des espèces aquatiques..................................................................................... 21
1.2.3.1. Niveaux de contamination................................................................................................. 21
1.2.3.2. Biotransformation.............................................................................................................. 22
1.2.4. Cas particulier des mammifères marins.................................................................................... 22
1.3. Le milieu terrestre ......................................................................................................................... 23
1.3.1. Contamination des oiseaux.......................................................................................................23
1.3.2. ination des mammifères ............................................................................................... 24
1.4. Le cas des stations d’épuration...................................................................................................... 24
2. Spécificités analytiques........................................................................................................................... 25
3. Dégradations biotiques et abiotiques des RFB dans l’environnement.................................................... 26
3.1. Biodégradation .............................................................................................................................. 26
3.2. Photo-dégradation. ........................................................................................................................ 26
3.3. Thermolyse.................................................................................................................................... 27
4. Conclusions ............................................................................................................................................ 28
III. NIVEAUX DE CONTAMINATION HUMAINE ................................................................................. 29
1. Données disponibles ............................................................................................................................... 29
2. Voies d’expositions.................... 31
2.1. Exposition par voie alimentaire..................................................................................................... 31
2.2. Inhalation/ingestion de poussières ménagères............................................................................... 32
2.3. Exposition professionnelle ............................................................................................................ 33
3. Conclusions........................ 33
IV. DONNEES METABOLIQUES.............................................................................................................. 34
1. Le TBBPA .............................................................................................................................................. 34
1.2. Distribution ................................................................................................................................... 34
1.3. Biotransformations........................................................................................................................ 34
2. DBDE et autres PBDE............................................................................................................................ 35
2.1. Absorption/élimination.................................................................................................................. 35
2.2. Distribution................ 36
2.3. Biotransformations........... 36
3. Conclusions ............................................................................................................................................ 37
V. DONNEES TOXICOLOGIQUES..........................................................................................................38
1. Toxicité aigüe, subchronique et chronique ............................................................................................. 38
2. Toxicité sur la reproduction et le développement................................................................................... 39
3. Etudes des fonctions endocrines ............................................................................................................. 40
4. Immunotoxicité....................................................................................................................................... 41
5. Conclusions........................ 42
VI. OBJECTIFS DE LA THESE ET STRATEGIE ADOPTEE .................................................................. 42
CHAPITRE 2 : METHODOLOGIES MISES EN ŒUVRE ..............................................45
I. SYNTHESE DES MOLECULES RADIO-MARQUEES...................................................................... 47
141. [ C]-TBBPA .......................................................................................................................................... 47
142. [ C]-DBDE ............................................................................................................................................ 48
II. CHOIX ET MISE AU POINT DES OUTILS ANALYTIQUES ........................................................... 48
1. Instrumentation....................................................................................................................................... 48
2. Développement des méthodes analytiques concernant le TBBPA ......................................................... 49
2.1. Développement et optimisation des conditions chromatographiques............................................ 49
2.2. Purification des produits formés.................................................................................................... 51
2.3. Mise au point des méthodes de solubilisation du TBBPA ............................................................ 53
2.3.1. Pour les études in vitro ............................................................................................................. 53
2.3.2. in vivo .............................................................................................................. 53
2.4. Techniques d’extraction à partir de différentes matrices biologiques ........................................... 53
2.4.1. Extraits des fèces et des contenus digestifs .............................................................................. 53
2.4.2. Extraction du plasma ................................................................................................................ 54
3. Développement des méthodes analytiques concernant le DBDE ........................................................... 54
3.1. Développement et optimisation des conditions chromatographiques............................................ 54
3.2. Purification du DBDE sur cartouche............................................................................................. 57
3.3. Mise au point de méthodes de solubilisation du DBDE................................................................ 57
3.3.1. Pour les incubations in vitro ..................................................................................................... 57
3.3.2. Pour les études in vivo 58
3.4. Techniques d’extraction à partir de différentes matrices biologiques ........................................... 59
III. ETUDES IN VITRO............................................................................................................................... 59
1. Incubations avec des microsomes et des fractions S9 de foie................................................................. 59
2. Incubations avec des tranches de foie de rat........................................................................................... 60
3. Incu contenus intestinaux de rat en conditions anaérobies ........................................... 60
4. Incubations avec des granulocytes humains (neutrophiles) .................................................................... 61
IV. TESTS D’ACTIVITE BIOLOGIQUE SUR LIGNEES CELLULAIRES BIOLUMINESCENTES ..... 61
V. CARACTERISATION STRUCTURALE DES PRODUITS DE BIOTRANSFORMATION DU
TBBPA ET DU DBDE ......................................................................................................................................... 63
1. Méthodes biochimiques .......................................................................................................................... 63
1.1. Suc d’Helix pomatia (activité sulfatase et glucuronidase) ............................................................ 63
1.2. β glucuronidase de foie de bovin................................................................................................... 63
1.3. Aryl sulfatase d’Aerobacter aerogenes......................................................................................... 63
2. Identification et caractérisation en spectrométrie de masse.................................................................... 64
2.1. Etude des PBDE par APPI-MS et APPI-MS/MS (article 1) ........................................................ 65
2.1.1. Introduction .............................................................................................................................. 65
2.1.2. Résultats ................................................................................................................................... 66
2.1.3. Résultats complémentaires .......................................................................................................66
2.1.4. Discussion ................................................................................................................................ 67
Article 1................................................................................................................................................................ 69

2.2. Etude des RFB et de leurs produits de dégradation par LC-APPI-MS (article 2). ....................... 71
2.2.1. Introduction .............................................................................................................................. 71
2.2.2. Résultats............. 71
2.2.3. Résultats complémentaires.72
2.2.4. Discussion........... 73
Article 2................................. 75
V. Conclusions ............................................................................................................................................ 77
CHAPITRE 3 : ETUDE DU METABOLISME DES RFB .................................................79
A/ ETUDE DU METABOLISME DU TBBPA.....................................................................81
I. METABOLISME DU TBBPA IN VITRO.............................................................................................. 81
1. Introduction ............................................................................................................................................ 81
2. Résultats.................................................................................................................................................. 82
3. Résultats complémentaires ..................................................................................................................... 83
3.1. Effet de la photo-dégradation........................................................................................................ 83
3.2. Incubations du TBBPA avec des tranches de foie de rat............................................................... 84
3.3. Production de certains métabolites du TBBPA pour des identifications structurales
complémentaires en RMN........................................................................................................................... 84
3.3.1. Oxydation du TBBPA par voie chimique................................................................................. 84
3.3.2. Photo-dégradation du TBBPA 85
3.4. Tests d’activité biologique du TBBPA, de ses dérivés moins bromés (dont le BPA) et de certains
de ses métabolites........................................................................................................................................ 86
4. Discussion............................................................................................................................................... 88
Article 3................................................................................................................................................................ 89
14II. DEVENIR du [ C]-TBBPA chez la RATE GESTANTE...................................................................... 91
1. Introduction ............................................................................................................................................ 91
2. Matériels et méthodes............................................................................................................................. 91
2.1. Synthèse ........................................................................................................................................ 91
2.2. Animaux........................................................................................................................................ 92
2.3. Instrumentation ............................................................................................................................. 92
2.4. Méthodes d’extraction des matrices biologiques........................................................................... 92
2.5. Hydrolyses enzymatiques.............................................................................................................. 93
3. Résultats et discussion.................... 93
3.1. Distribution de la radioactivité et profils métaboliques chez la rate gestante gavée quatre jours
14consécutifs avec du [ C]-TBBPA............................................................................................................... 93
3.2. Profils plasmatiques obtenus à des temps courts après administration (i.p.) d’une dose unique de
14[ C]-TBBPA chez le rat.............................................................................................................................. 96
4. Conclusion.............................................................................................................................................. 97
III. BIOACTIVATION DU TBBPA IN VITRO PAR DES CELLULES SANGUINES HUMAINES........ 98
1. Introduction ............................................................................................................................................ 98
2. Résultats.................................................................................................................................................. 99
3. Discussion........................ 101
Article 4.............................................................................................................................................................. 103
IV. Conclusions .......................................................................................................................................... 105
B/ ETUDE DU METABOLISME DU DBDE..................................................................... 107
I. BIOTRANSFORMATIONS DU DBDE IN VITRO............................................................................. 107
1. Introduction .......................................................................................................................................... 107
2. Matériels et méthodes........................................................................................................................... 107
3. Résultats................................................................................................................................................ 107
4. Discussion............................................................................................................................................. 108
II. DEVENIR DU DBDE CHEZ LA RATE GESTANTE (ARTICLE 5) ................................................ 109
1. Introduction....................... 109
2. .......................... 110
3. Résultats complémentaires ................................................................................................................... 112
3.1. Implication de la microflore intestinale dans le métabolisme du DBDE .................................... 112
3.2. Essais préliminaires d’identification structurale de l’octaBDE hydroxylé par APPI-MS ........... 112
4. Discussion........................ 114
Article 5.............................................................................................................................................................. 117
III. Conclusions .......................................................................................................................................... 119
DISCUSSION GENERALE................................................................................................. 121
CONCLUSION ET PERSPECTIVES ................................................................................ 137
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES............................................................................ 143
ANNEXES.............................................................................................................................. 159