Distribution of Soluble Uranium in the Nuclear Cell Compartment at Subtoxic Concentrations

Abstract

Uranium is naturally found in the environment, and its extensive use results in an increased risk of human exposure. Kidney cells have mainly been used as in vitro models to study effects of uranium exposure, and very little about the effects on other cell types is known. The aim of this study was to assess the impact of depleted uranium exposure at the cellular level in human kidney (HEK-293), liver (HepG2), and neuronal (IMR-32) cell lines. Cytotoxicity studies showed that these cell lines reacted in a roughly similar manner to depleted uranium exposure, responding at a cytotoxicity threshold of 300-500 μM. Uranium was localized in cells with secondary ion mass spectrometry technology. Results showed that uranium precipitates at subtoxic concentrations (>100 μM). With this approach, we were able for the first time to observe the soluble form of uranium in the cell at low concentrations (10-100 μM). Moreover, this technique allows us to localize it mainly in the nucleus. These innovative results raise the question of how uranium penetrates into cells and open new perspectives for studying the mechanisms of uranium chemical toxicity.

Données nouvelles sur la néphrotoxicité de l’uranium

“…Des études menées sur des cellules rénales d'espèces différentes (rat, cochon, homme) (Carriere et al, 2004 ;Mirto et al, 1999 ;Prat et al, 2005) ainsi que sur des cellules osseuses (Milgram et al, 2008), neuronales et hépatiques (Rouas et al, 2010) montrent que l'uranium possède des propriétés cytotoxiques. Néanmoins, les mécanismes exacts de la toxicité de l'uranium restent à l'heure actuelle méconnus.…”

“…Néanmoins, l'apparition de ces précipités est décrite pour des concentrations d'uranium élevées et supérieures aux concentrations minimales induisant une mort cellulaire. Globalement, la concentration qui induit 50 % de mortalité pour des cellules rénales d'origine humaine est aux environs de 500 µM d'uranium (Carriere et al, 2004 ;Prat et al, 2005 ;Rouas et al, 2010). Des variations de sensibilité à l'uranium ont été observées et seraient dues à la fois à la différence de robustesse des modèles cellulaires mais également à la spéciation du composé (Carriere et al, 2004 ;Milgram et al, 2008a).…”

“…Nous avons récemment proposé que la forme physique de l'uranium (soluble ou précipité) et sa localisation intra-cellulaire pouvaient jouer un rôle dans la toxicité cellulaire de l'uranium (Rouas et al, 2010). Dans cette étude, grâce à l'utilisation de la technique d'imagerie SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry) permettant une analyse élémentaire et isotopique, nous avons pu montrer la présence préférentielle d'uranium (soluble) dans le noyau des cellules exposés à de faibles concentrations d'uranium (<50 µM).…”

Thèses remarquées

“…Par ailleurs, l'approche in vitro souligne le potentiel cytotoxique de l'UA sur les cellules d'origine humaine (rénales et hépatiques) ainsi que la présence du composé dans les cellules. En effet, l'UA, à concentrations proches du seuil de cytotoxicité, est retrouvé sous forme précipitée dans les cellules alors qu'à concentration inférieure, il y est présent sous forme soluble avec une localisation principalement nucléaire mais également cytoplasmique (Rouas et al, 2010b). En conclusion, ces résultats démontrent que l'exposition chronique à une dose environnementale d'uranium induit des modifications d'ordre génique et protéique de certaines EMXs et que ces perturbations peuvent être en lien avec la localisation cellulaire du composé.…”

Interaction of Eu(III) with mammalian cells: Cytotoxicity, uptake, and speciation as a function of Eu(III) concentration and nutrient composition

“…Nevertheless, up to now, knowledge concerning the speciation of long-lived radionuclides in biological systems and its impact on their chemo-and radiotoxicity is limited. Most actinide studies were carried out with actinides in higher oxidation states, especially with uranium(VI) (Carrière et al, 2004(Carrière et al, , 2005aMilgram et al, 2008aMilgram et al, , 2007Milgram et al, , 2008bMirto et al, 1999a,b;Muller et al, 2006;Rouas et al, 2010), for which the relationship between its speciation and its cytotoxicity onto mammalian cells is comprehensively studied. A second, well studied actinide is plutonium(IV), whose uptake and binding was studied with various cell lines Fouillit et al, 2004;Gorman-Lewis et al, 2011;Jensen et al, 2012Jensen et al, , 2011Planas-Bohne and Duffield, 1988;Planas-Bohne et al, 1985Planas-Bohne and Rau, 1990;Schuler and Taylor, 1987).…”