Niveaux élevés de mercure décelés dans certaines types de cellules du cerveau chez les mammifères.

4 janvier 2024

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par Cheryl Pierce, Purdue University

L'exposition au mercure (Hg) est extrêmement neurotoxique dans la plupart des formes chimiques. Même les scientifiques qui étudient les composés de mercure sont exposés au risque d'exposition potentielle au Hg. Le célèbre physicien Michael Faraday a souffert d'empoisonnement au Hg en raison d'une exposition prolongée aux vapeurs de Hg, ce qui l'a amené à interrompre ses recherches à l'âge de 49 ans en raison de la détérioration de sa santé. Un autre exemple est celui de la chimiste de laboratoire Karen Wetterhahn, qui a été tuée par empoisonnement au diméthylmercure après que quelques gouttes se soient échappées d'une pipette et aient atterri sur l'une de ses mains gantées de latex.

De nombreuses études se sont concentrées sur l'exposition et les effets du Hg, notamment chez les créatures marines. Il est bien connu que les gens devraient limiter la consommation de certains poissons, comme le thon, en raison de la présence de mercure. Cependant, la question se pose : les ions de mercure peuvent-ils atteindre le cerveau des animaux terrestres ?

La Dre Yulia Pushkar, professeure de physique et d'astronomie au College of Science de l'Université Purdue, était initialement sceptique. Depuis 2008, elle dirige un programme d'imagerie cérébrale à l'Université Purdue. Son groupe, spécialisé dans la préparation d'échantillons, les mesures et l'analyse des données, est sollicité par des chercheurs aux États-Unis et dans le monde entier, notamment du Japon et plus récemment de l'Australie.

Le groupe de recherche de Pushkar a été chargé de vérifier la présence de Hg dans les cerveaux de mangoustes collectées sur l'île d'Okinawa. Étonnamment, les scanners cérébraux ont révélé la présence de mercure chez ces animaux envahissants. Le groupe de recherche a affiné les scanners, atteignant une résolution de quelques dizaines de nanomètres pour observer les cellules cérébrales affectées. Leurs résultats collaboratifs ont récemment été publiés dans Environmental Chemistry Letters.

Le mystère de la manière dont le mercure pénètre dans le cerveau de la mangouste reste non résolu. Les sources possibles comprennent l'eau qu'elles boivent, les œufs d'oiseaux qu'elles consomment, l'exposition aux minéraux ou même l'air qu'elles respirent. Une chose est très claire cependant, c'est un très mauvais signe.

"Le Hg est très toxique à faible concentration car il peut se lier et affecter la fonction des biomolécules essentielles", explique Pushkar. "L'efficacité de la détoxification dépendra de l'absorption et de la constante de liaison à l'intérieur des accumulations détectées et des fuites potentielles de celles-ci si les cellules cérébrales meurent. À l'heure actuelle, il n'existe aucun moyen connu de dissoudre en toute sécurité ces agrégats de tissu et il n'y a aucun rapport de réversibilité de l'empoisonnement au Hg du système nerveux. L'approche principale que nous devrions tous adopter est d'éviter toute exposition, en particulier les expositions chroniques, comme dans le cas de Faraday."

"J'étais sceptique quant à la possibilité de détecter du Hg. Habituellement, les éléments neurotoxiques, même s'ils pénètrent dans le cerveau, sont présents en concentrations extrêmement faibles", explique Pushkar. "Nous avons emmené ces spécimens à l'Advanced Photon Source de l'Argonne National Laboratory, où les cerveaux ont été exposés à des rayons X intenses. Contre toute attente, le signal du Hg était présent."

En balayant les échantillons cérébraux, les chercheurs ont commencé à tracer les zones cérébrales qui semblaient contenir une concentration plus élevée de Hg. Après trois années d'études et cinq voyages dans deux installations nationales de synchrotrons (l'Advanced Photon Source de l'Argonne National Laboratory et le NSLS-II de Brookhaven National Laboratory), les chercheurs peuvent maintenant rapporter que certaines cellules cérébrales - les cellules du plexus choroïde (qui forment la barrière sang liquide céphalo-rachidien) et les astrocytes de la zone sous-ventriculaire - contiennent des puncta riches en Hg (d'une taille de ~0,5 à 2 microns).

L'équipe de recherche de Pushkar estime que ces cellules contribuent à filtrer le Hg du sang et des tissus cérébraux et à le stocker avec l'aide d'un autre élément, le sélénium (Se). Il reste à découvrir quelles molécules biologiques contenant du Se se lient au Hg.

L'équipe de Pushkar pour cette publication comprend Pavani Devabathini et Gabriel Bury (tous deux étudiants diplômés), ainsi que Darrell Fischer (alors étudiant de premier cycle, actuellement à l'école supérieure de Harvard). Les données ont été collectées par l'ensemble de l'équipe et analysées par Devabathini et Fischer. Une fois les données analysées, l'ensemble de l'équipe a contribué à la rédaction de la publication.

Cette découverte est importante pour la surveillance environnementale chez les animaux terrestres et offre de nouveaux outils pour tracer le Hg dans les cellules cérébrales, ce qui pourrait avoir un impact sur la santé et la sécurité humaines.

'Human activities result in the emission of 2,000 metric tons of mercury compounds annually and we do not fully understand where all this neurotoxic Hg ends up,' says Pushkar. 'Most studies so far focused on marine biota (fish and whales) but apparently terrestrial species are also affected. We expect the human brain reacts to Hg in a similar fashion via interactions with cells of choroid plexus and astrocytes. However, we do not know if the human brain has enough Se-containing biomolecules to bind to Hg.'

Provided by Purdue University