L'exposition aux nanoplastiques anioniques induit une fuite endothéliale

Aug 13, 2023

Nature Communications volume 13, Numéro d'article : 4757 (2022) Citer cet article

5038 accès

9 Citations

23 Altmétrique

Détails des métriques

La production de plastiques à l'échelle mondiale a joué un rôle déterminant dans l'avancement de la société moderne, tandis que l'accumulation croissante de plastiques dans les décharges, les océans et tout ce qui se trouve entre les deux est devenue un facteur de stress majeur pour la durabilité environnementale, le climat et, potentiellement, la santé humaine. Alors que les forces mécaniques et chimiques de l'homme et de la nature peuvent éventuellement décomposer ou recycler les plastiques, notre compréhension des empreintes biologiques des plastiques, en particulier des nanoplastiques, reste médiocre. Nous rapportons ici un phénomène associé aux formes nanoplastiques du polystyrène anionique et du poly(méthacrylate de méthyle), où leur introduction a perturbé les jonctions de cadhérine endothéliales vasculaires de manière dose-dépendante, comme révélé par la microscopie confocale à fluorescence, les voies de signalisation, les simulations de dynamique moléculaire , ainsi que des essais ex vivo et in vivo avec des systèmes de modèles animaux. Collectivement, nos résultats impliquaient la perméabilité vasculaire induite par les nanoplastiques comme étant principalement de nature biophysique et biochimique, sans corrélation avec des événements cytotoxiques tels que la production d'espèces réactives de l'oxygène, l'autophagie et l'apoptose. Cette voie découverte du transport paracellulaire a ouvert de vastes perspectives pour étudier le comportement et les effets biologiques des nanoplastiques, ce qui peut offrir des informations cruciales pour guider les innovations vers une industrie des plastiques durable et l'assainissement de l'environnement.

Les micro- et nano-plastiques sont des dérivés des dégradations physiques, chimiques et biologiques des plastiques rejetés dans l'environnement, par les débouchés industriels et de recherche ou en tant que sous-produits de produits de base tels que les vêtements, les shampooings et les sachets de thé en plastique1. Avec la production mondiale de plastiques en constante augmentation au cours du siècle dernier, atteignant 359 millions de tonnes rien qu'en 20182, comprendre et atténuer les effets biologiques néfastes de ces matériaux synthétiques3, en particulier sous leurs formes micro- et nanoplastiques, est devenu crucial pour la protection de la santé humaine et de la durabilité environnementale tout en préservant le mode de vie moderne.

Des traces de plastique ont été trouvées dans les organes des animaux et des humains par inhalation, ingestion et exposition cutanée, résultant de leur prévalence dans l'air, l'eau et le sol4,5. Différent de leurs homologues microscopiques et plus étudiés en termes de surface par volume et de profil de toxicité, les nanoplastiques peuvent altérer la croissance, la reproduction et le métabolisme des animaux6,7,8,9, et compromettre le système immunitaire en augmentant la sécrétion de cytokines, l'apoptose, le stress du réticulum endoplasmique , et le stress oxydatif10,11,12,13.

Récemment, il a été rapporté que des nanoparticules inorganiques anioniques telles que TiO2, SiO2, l'or et les nanodiamants dans une plage de taille donnée (c'est-à-dire <100 nm) peuvent perturber les jonctions de cadhérine endothéliale vasculaire (VE-cadhérine) pour créer des microns transitoires. - ouvertures physiques de taille dans les monocouches endothéliales14,15. Ce phénomène, appelé fuite endothéliale induite par les nanomatériaux (NanoEL), a des implications importantes pour la nanotoxicologie ainsi que pour la nanomédecine, où les nanostructures sont conçues pour délivrer des médicaments ou détecter des anomalies tissulaires via leur circulation vasculaire16, impliquant leur translocation à travers la barrière hémato-encéphalique ( BBB) parfois. Dans cette étude, nous rapportons un phénomène biologique associé à l'exposition aux nanoplastiques, sous la forme d'une fuite endothéliale dans les cellules endothéliales de la veine ombilicale humaine (HUVEC) provoquée par les nanomatériaux. Cette découverte est surprenante en ce que (1) les nanoplastiques sont des matériaux polymères non connus pour induire NanoEL16, et (2) les densités des nanoplastiques, c'est-à-dire ∼1,05 g/m3 pour le polystyrène et ∼1,18 g/m3 pour le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA), sont nettement inférieurs au seuil de 1,72 g/m3 déterminé pour les nanoparticules inorganiques compétentes en NanoEL17. Plus précisément, nous avons examiné les mécanismes moléculaires de la rupture du dimère de VE-cadhérine par les nanoplastiques de polystyrène et de PMMA à l'aide de simulations de dynamique moléculaire, et documenté en outre la fuite endothéliale ex vivo avec des veines de lapin et de porc et in vivo avec des souris exposées aux nanoplastiques. Cette étude impliquait la perméabilité vasculaire en tant que mécanisme de transport paracellulaire des nanoplastiques, comblant un vide de connaissances crucial dans notre quête pour comprendre le comportement biologique et le devenir des plastiques qui envahissent l'écosphère.

La morphologie et le diamètre hydrodynamique du nanoplastique de polystyrène (PS) ont été caractérisés par microscopie électronique à transmission (TEM) et diffusion dynamique de la lumière (DLS). Comme le montrent les Fig. 1a, b et la Fig. 1 supplémentaire, les billes de PS étaient monodispersées et supposaient une taille moyenne de 21, 2 ± 3, 5 nm dans l'eau et de 26, 2 ± 4, 6 nm dans le milieu des cellules endothéliales (ECM), comme indiqué par TEM. En comparaison, le nanoplastique PS affichait la taille hydrodynamique de 62 ± 5,0 nm dans H2O et 72 ± 2,0 nm dans ECM, comme déterminé par DLS, en raison d'un certain degré d'agglomération. En conséquence, le potentiel ζ du nanoplastique est passé de -35,4 ± 1,9 mV dans H2O à -7,5 ± 0,5 mV dans l'ECM (tableau supplémentaire 1). De plus, une analyse par spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS) a indiqué la présence de carboxyles sur le nanoplastique (Fig. 1c). La toxicité du nanoplastique a ensuite été quantifiée par un kit de comptage cellulaire in vitro-8 (CCK 8), des espèces réactives de l'oxygène (ROS) et des tests de mortalité cellulaire, où les HUVEC ont été exposés à différentes concentrations du nanoplastique au fil du temps (Fig. 1d, e et Fig. 2 supplémentaire). Les HUVEC dont l'intégrité de l'ADN et / ou les membranes sont compromises ont été indiquées par une coloration à l'iodure de propidium (PI) avec un traitement de 22 h (Fig. 1d et Supplémentaire Fig. 2a), et aucune mort cellulaire évidente ne s'est produite pour une incubation jusqu'à 10 h pour toutes les concentrations de nanoplastiques appliqué. Le rétrécissement et la déformation des cellules se sont produits avec le nanoplastique PS de 0,5 mg/mL après 22 h, alors qu'aucun changement significatif de la viabilité cellulaire ou des dommages à la membrane n'a été observé à des concentrations de PS de 0,05 à 0,25 mg/mL. Pendant des périodes de traitement plus courtes, la viabilité cellulaire n'a pas été affectée par le nanoplastique PS à 0, 05 et 0, 5 mg / ml dans l'heure suivant l'exposition (Fig. 1e), cependant, la production de ROS était positivement corrélée à la concentration et au temps de nanoplastique. Plus précisément, des ROS ont été observés à de faibles concentrations de nanoplastiques (0, 05 et 0, 1 mg / ml) sur 1 h (Fig. 2b, c supplémentaires). L'internalisation du nanoplastique PS dans les HUVEC a été améliorée avec l'augmentation du temps et de la dose d'incubation (Fig. 1f et Fig. 3 supplémentaire). De plus, nous avons étudié la façon dont le nanoplastique de PS incite à la mort cellulaire. L'autophagie est un processus d'autodigestion18 impliqué à la fois dans la mort et la survie des cellules19. La forme lipidée de la chaîne légère 3 (LC3) de la protéine associée aux microtubules, LC3-II, s'est avérée être un marqueur de l'autophagosome, et la formation ou le taux de renouvellement de LC3-II est utilisé comme indicateur de l'activité de l'autophagie20. Nous avons constaté que 0, 05 mg / ml de nanoplastique PS n'augmentait pas la conversion de LC3-II dans les HUVEC à 1 et 3 h, mais régulait significativement à la hausse le niveau d'expression de LC3-II à 6 h. De plus, une expression abondante de LC3-II a pu être détectée en seulement 1 h en présence de 0, 5 mg / ml de nanoplastique PS (Fig. 1g). De plus, le nanoplastique de PS a induit l'autophagie et l'apoptose en inhibant la voie PI3K/AKT dans les HUVEC à 6 h (Figs. 4 et 5 supplémentaires). Plus précisément, les transferts Western ont montré que les protéines liées à l'autophagie Beclin1, p62 et Atg5 et la protéine pro-apoptotique Bax étaient significativement augmentées, tandis que la protéine anti-apoptotique Bcl-2 était significativement diminuée dans les HUVEC de manière dose-dépendante. Les résultats de l'expression génique et de l'expression protéique étaient en bon accord (Figs. 4 et 5 supplémentaires). Lorsque les HUVEC ont été exposés à 0, 05 ou 0, 5 mg / ml de nanoplastique PS pendant 6 h, des noyaux atrophiques et la formation de corps apoptotiques ont été observés (Fig. 6 supplémentaire).

a, b Imagerie TEM de nanoplastiques de polystyrène (PS) dans de l'eau Milli-Q et leur distribution de taille correspondante (n = 341 nanoparticules examinées). Barre d'échelle : 50 nm. c Les groupes fonctionnels de nanoplastique PS ont été déterminés par analyse par spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS). Le pic dominant à 284, 83 eV provenait de la liaison C – C, et les autres pics à 286, 34 eV et 289, 28 eV étaient respectivement attribués à la liaison C – O et O = C – O. d Toxicités des HUVEC lors d'une exposition à différentes concentrations de nanoplastique PS à 22 h. Les cellules mortes colorées au PI ont été révélées dans le canal de fluorescence rouge (n = 3 réplicats biologiques). Barres d'échelle : 200 μm. e La viabilité cellulaire avec le nanoplastique PS à 0,05 et 0,5 mg/mL a été mesurée par un test CCK8 à différents moments (1, 3 et 6 h). H2O2 (200 μM) a été utilisé comme contrôle positif. L'analyse statistique a été réalisée au moyen d'une ANOVA unidirectionnelle suivie de tests de comparaison multiples de Tukey. Les valeurs P comparant au contrôle dans chaque groupe ont été insérées dans le panel. f Évaluation de l'association cellulaire pour différentes concentrations de nanoplastique PS à 1, 3 et 6 h. La fluorescence verte du nanoplastique a été mesurée par cytométrie en flux. Les données sont exprimées en moyennes ± SD (n = 3). L'analyse statistique a été effectuée au moyen d'une ANOVA à deux voies suivie de tests de comparaison multiples de Tukey. Les valeurs P dérivées ont été insérées dans le panel. g Western blot et analyse semi-quantitative du niveau d'expression de la chaîne légère de la protéine associée aux microtubules 3-II/I (LC3-II/I). Les HUVEC ont été exposés au nanoplastique de PS (0,05 et 0,5 mg/mL) pendant différents temps (1, 3 et 6 h). La rapamycine (1 μM) avec un traitement de 6 h a été utilisée comme témoin positif. Les taux de protéines ont été standardisés par comparaison avec la β-actine. Les données sont exprimées en moyennes ± SD. Des échantillons biologiquement indépendants ont été utilisés (n = 3). L'analyse statistique a été effectuée par ANOVA à deux voies suivie de tests de comparaison multiples de Tukey. Les valeurs P dérivées ont été insérées dans le panel. Les données source sont fournies sous la forme d'un fichier de données source.

Les nanoparticules inorganiques anioniques peuvent migrer et perturber les jonctions adhérentes entre les cellules endothéliales pour induire NanoEL21. Fait intéressant, nous avons observé NanoEL dans les HUVEC en présence de nanoplastique PS polymère. Nous avons postulé que le nanoplastique pourrait perturber les jonctions adhérentes et provoquer en outre une fuite endothéliale (Fig. 2a). Pour confirmer l'apparition d'une fuite endothéliale, nous avons effectué un test transwell avec une sonde fluorescente, le dextrane conjugué à l'isothiocyanate de fluorescéine (FITC – dextrane), avec une monocouche HUVEC intacte exposée à diverses concentrations de nanoplastique PS (Fig. 2b). Une fuite significative a été observée lorsque les cellules ont été traitées avec 0,5 mg/mL de nanoplastique dans l'heure suivant l'exposition. Au fur et à mesure que le traitement augmentait à 6 h, nous avons observé l'apparition d'une fuite endothéliale pour toutes les concentrations du nanoplastique. Nous avons ensuite utilisé la coloration par immunofluorescence pour visualiser la perturbation des jonctions adhérentes dans les barrières endothéliales, où deux concentrations représentatives de nanoplastique PS à 0, 05 et 0, 5 mg / ml ont été appliquées aux HUVEC et 0, 5 mM d'EDTA a été utilisé comme contrôle positif (Fig. 2c, Figures supplémentaires 7 et 8). Des lacunes abondantes ont été observées pour 0,05 et 0,5 mg/mL de nanoplastique à 6 h. Les changements morphologiques et la perturbation de l'intégrité de la VE-cadhérine dans les HUVEC étaient perceptibles à 3 et 6 h par rapport au témoin. L'étendue de la fuite endothéliale a été déterminée par une analyse de la zone d'écart à l'aide d'ImageJ (Fig. 2d et Supplémentaire Fig. 7)21. Les pourcentages dérivés de zones d'espacement ont corroboré les données du test transwell, où la fuite endothéliale était plus prononcée au fil du temps pour le nanoplastique PS de 0,05 et 0,5 mg/mL. L'étendue de la fuite endothéliale à 6 h a révélé une élévation notable, par rapport aux incubations de 1 h et 3 h. Concomitamment, l'altération de l'intensité de fluorescence des filaments d'actine a indiqué une réorganisation du réseau d'actine cytosquelettique, en conjonction avec le phénomène de fuite endothéliale, à 3 et 6 h d'exposition du nanoplastique à 0,05 mg/mL et 1, 3, 6 h d'exposition du nanoplastique à 0,5 mg/mL, respectivement (Fig. 2e). En outre, un essai de réduction de la protéine VE-cadhérine a été mis en œuvre pour déterminer si le nanoplastique PS pouvait se lier directement et perturber les jonctions adhérentes. Après exposition à différentes concentrations de nanoplastique PS et pendant différentes durées, les cellules entières ont été lysées et les nanoplastiques PS avec leurs protéines associées dans les milieux de culture ont été extraits par centrifugation en même temps. Comme le montrent la Fig. 2f et la Fig. 9 supplémentaire, la VE-cadhérine homophile des jonctions adhérentes a été abaissée par le nanoplastique PS de manière dose-dépendante, et une élévation des VE-cadhérines liées à la PS a été observée à 0, 5 mg / mL de 0,05 mg/mL, alors que la quantité de VE-cadhérines extraites par le nanoplastique PS n'était pas influencée par la durée d'exposition. De plus, des nanoplastiques PS de 0, 05 et 0, 5 mg / ml ont été ajoutés à un lysat cellulaire non traité (post-lyse, P), qui n'a entraîné aucune VE-cadhérine détectable. L'interprétation du résultat spécifique a montré que le nanoplastique PS était lié aux VE-cadhérines dans les jonctions adhérentes et non dans la condition du tampon de lyse, ce qui suggère qu'une jonction adhérente intacte était nécessaire pour que le nanoplastique PS se lie à la VE-cadhérine. En revanche, il n'y avait pas de VE-cadhérines pull-down en présence de billes magnétiques de protéine A/G (A) après lyse cellulaire sans nanoplastique PS. Le lysat de cellules entières a montré une expression similaire de la VE-cadhérine dans les différents groupes, indiquant que le nanoplastique PS n'affectait pas l'expression cellulaire de la VE-cadhérine de manière transcriptionnelle ou post-traductionnelle.

a Interaction illustrée entre les jonctions adhérentes et le nanoplastique de polystyrène (PS). L'intégrité de la monocouche HUVEC a été perturbée par le nanoplastique PS en raison de son interaction avec la VE-cadhérine. b Le test Transwell a indiqué une dépendance à la dose et au temps dans la fuite des barrières de cellules endothéliales. Les données sont exprimées en moyennes ± SD (n = 3 échantillons biologiquement indépendants). L'analyse statistique a été réalisée par ANOVA unidirectionnelle suivie des tests de comparaison multiples de Tukey. Les valeurs P dérivées comparées au contrôle dans chaque groupe ont été insérées dans le panel. c La microscopie confocale à fluorescence a observé une fuite endothéliale en présence de différentes concentrations de nanoplastique PS (0,05 et 0,5 mg/mL) lors d'une exposition de 1, 3 et 6 h (n = 3 répétitions biologiques). Les VE-cadhérines ont été colorées en rouge. Les flèches blanches indiquent les écarts induits par la PS entre les HUVEC. Barre d'échelle : 20 μm. d L'analyse semi-quantitative de la zone des lacunes a été réalisée par le logiciel ImageJ selon les images du panneau c. Les données sont exprimées en moyennes ± SD (n = 3 expériences biologiquement indépendantes). L'analyse statistique a été effectuée par ANOVA à deux voies suivie de tests de comparaison multiples de Tukey. Les valeurs P dérivées comparant au contrôle ont été insérées dans le panel. e L'intensité de l'actine a été analysée par le logiciel ImageJ correspondant aux images de la Fig. 7 supplémentaire. Les filaments d'actine ont été colorés par la phalloïdine-iFluor 488. Les données sont exprimées en moyennes ± SD (n = 3 expériences biologiquement indépendantes). L'analyse statistique a été effectuée par ANOVA à deux voies suivie de tests de comparaison multiples de Tukey. Les valeurs P dérivées comparant au contrôle ont été insérées dans le panel. f PS directement lié aux VE-cadhérines homophiles jonctionnelles adhérentes (VEC) de manière dose-dépendante. Après la lyse (P), l'ajout de PS à 0,05 et 0,5 mg/mL à un témoin non traité n'a entraîné aucune VE-cadhérine détectable. Des billes magnétiques de protéine A/G (A) ont été ajoutées pour montrer qu'aucune VE-cadhérine détectable n'a été précipitée sans l'ajout de PS (n = 3 expériences biologiquement indépendantes). Les données source sont fournies sous la forme d'un fichier de données source. (Certains éléments artistiques du panneau a proviennent de smart.servier.com.).

Outre le nanoplastique PS carboxylé décrit ci-dessus, nous avons également utilisé deux autres types de nanoplastiques, à savoir le polystyrène aminé (NH2-PS) et le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA), pour explorer la compétence NanoEL des nanoplastiques de charge et de chimie différentes. composition.

De même, les nanoplastiques NH2-PS et PMMA ont été caractérisés par TEM, DLS et XPS. En particulier, TEM a révélé la taille moyenne de NH2-PS et de PMMA à 19,7 ± 3,8 nm et 54,7 ± 6,1 nm, respectivement (Fig. 3a, Fig. 10 et 11 supplémentaires), tandis que les mesures DLS indiquaient deux pics de la taille hydrodynamique de 31 ± 0,6 nm et 3984 ± 253,4 nm pour le nanoplastique NH2-PS et 89 ± 1,3 nm pour le nanoplastique PMMA dans H2O (tableau supplémentaire 1). De plus, les mesures de potentiel ζ ont révélé une charge de surface positive de 31, 0 ± 1, 3 mV pour le nanoplastique NH2-PS et une charge de surface négative de -24, 8 ± 0, 7 mV pour le PMMA (tableau supplémentaire 1). La taille et le potentiel ζ des nanoplastiques ont également été testés en ECM par DLS, qui n'ont pas montré de changements significatifs. Les caractérisations de surface des deux nanoplastiques ont été analysées plus en détail avec XPS, révélant la présence d'amidogènes sur le nanoplastique NH2-PS et de carboxyles sur le nanoplastique PMMA comme prévu (Fig. 3b).

une imagerie TEM de nanoplastiques NH2-PS et PMMA dans H2O (n = 3 échantillons indépendants). b Les groupes fonctionnels de nanoplastiques NH2-PS et PMMA ont été déterminés par analyse XPS. Les principaux pics de NH2-PS à 402, 06 et 400, 02 eV se rapportaient respectivement aux liaisons C – N et N – H. Le pic dominant pour le PMMA à 284, 74 eV provient de la liaison C – C ou C = C, et les pics à 286, 33 eV et 288, 57 eV peuvent être attribués à la liaison C – O et O = C – OH, respectivement. c, d Viabilité cellulaire des nanoplastiques NH2-PS et PMMA à 0,05 et 0,5 mg/mL, mesurée par un test CCK8 à différents temps (1, 3 et 6 h). H2O2 (200 μM) a été utilisé comme contrôle positif. Les données sont exprimées en moyennes ± SD (n = 3 expériences biologiquement indépendantes). L'analyse statistique a été réalisée par ANOVA unidirectionnelle suivie des tests de comparaison multiples de Tukey. Les valeurs P dérivées comparant au contrôle ont été insérées dans le panel. e, f Le test Transwell a indiqué que le nanoplastique NH2-PS chargé positivement était incompétent pour induire une fuite endothéliale, tandis que le nanoplastique PMMA chargé négativement déclenchait une fuite des barrières cellulaires endothéliales. Les données sont exprimées en moyennes ± SD (n = 3 expériences biologiquement indépendantes). L'analyse statistique a été effectuée par ANOVA à deux voies suivie de tests de comparaison multiples de Tukey. Les valeurs P dérivées comparant au contrôle ont été insérées dans le panel. g La microscopie confocale à fluorescence a révélé une fuite endothéliale en présence de nanoplastique PMMA (0,05 et 0,5 mg/mL) lors de traitements de 1, 3 et 6 h (n = 3 expériences biologiquement indépendantes). Les flèches blanches indiquent les écarts entre les HUVEC. Alors qu'aucune fuite endothéliale n'a été observée dans le traitement nanoplastique NH2-PS. Barre d'échelle : 20 μm. Les données source sont fournies sous la forme d'un fichier de données source.

De plus, nous avons exposé les HUVEC aux deux types de nanoplastiques pour différentes concentrations et durées de traitement. En particulier, 1 h d'exposition des HUVEC au nanoplastique NH2-PS à 0, 05 mg / ml n'a pas affecté la viabilité cellulaire, tandis que la mortalité cellulaire a augmenté de manière significative avec l'augmentation du dosage et du temps d'incubation du nanoplastique (Fig. 3c). En comparaison, le nanoplastique PMMA chargé négativement présentait une meilleure biocompatibilité et innocuité (Fig. 3d). De plus, pour observer la perturbation des jonctions VE-cadhérine et quantifier la NanoEL entraînée par les nanoplastiques, une coloration par immunofluorescence des VE-cadhérines a été utilisée et la perméabilité de la monocouche endothéliale des HUVEC a été mesurée par un test transwell (Fig. 3e-g et Supplémentaire Fig. 12) . Plus précisément, le nanoplastique PMMA présentait déjà une capacité d'induction de NanoEL à la faible concentration de 0,05 mg/mL en 1 h, qui devenait plus prononcée avec l'augmentation de la concentration en nanoplastique et du temps d'exposition. Sans surprise, le nanoplastique NH2-PS a exercé peu d'impact sur la fuite endothéliale. Dans l'ensemble, ces résultats ont indiqué que NanoEL pouvait être déclenché par des nanoplastiques chargés négativement d'une taille de 20 à 60 nm, à la fois pour le PS et le PMMA.

La production de ROS est une caractéristique de la cytotoxicité22. De nombreuses nanoparticules d'oxyde métallique peuvent induire des ROS23 cellulaires, entraînant indirectement une fuite endothéliale par des dommages au cytosquelette24. En revanche, l'absorption cellulaire n'est pas nécessaire à l'apparition de la fuite21. Parmi les biomarqueurs pertinents, la 4-amino-5-(4-méthylphényl)−7-(t-butyl)pyrazolo[3,4-d]-pyrimidine (PP1) est un inhibiteur de la kinase Src qui inhibe la phosphorylation de la VE-cadhérine25, rho - L'inhibiteur de la protéine kinase associée (ROCK) Y-27632 empêche la perturbation du réseau cytosquelettique26, et la N-acétyl-L-cystéine (NAC) inhibe la génération de ROS. Nous avons constaté que les inhibiteurs d'endocytose méthyl-β-cyclodextrine (MβCD) et monodansylcadavérine (MDC) ne pouvaient pas empêcher la fuite induite par le nanoplastique PS, tandis que PP1 et Y-27632 pouvaient bloquer le processus (Fig. 4a). Nous avons observé une augmentation significative du niveau de ROS après le traitement des HUVEC avec du nanoplastique PS pendant 1 h (Fig. 2 supplémentaire). Il n'y avait pas de différence significative dans le niveau de fuite lorsque les cellules étaient traitées avec l'antioxydant NAC (5 mM) ou les inhibiteurs d'endocytose MβCD (5 mM) et MDC (10 µM) pendant 1 h avant l'exposition au nanoplastique (0,05 mg/mL) pendant 1 h (Fig. 4b). Cependant, par rapport au groupe PS, les niveaux de fuite dans le groupe PP1 et le groupe Y-27632 ont été significativement diminués (P < 0,05 ou P < 0,001). Des résultats cohérents ont été obtenus en traitant les cellules avec 0, 5 mg / ml de nanoplastique PS (Fig. 4c). Le phénomène ci-dessus a indiqué que la fuite endothéliale induite par le nanoplastique PS était indépendante de la formation de ROS et de l'endocytose, mais était liée à la voie de la VE-cadhérine et au remodelage de l'actine.

a L'endocytose bloquante avec des inhibiteurs ou l'inhibition des ROS n'a pas empêché la fuite du nanoplastique PS. Cependant, l'inhibiteur de kinase Src PP1 et l'inhibiteur de ROCK Y-27632 ont affecté la fuite du nanoplastique PS. Les HUVEC ont été traités avec l'inhibiteur de la kinase Src PP1 (10 µM), l'inhibiteur de la protéine kinase associée à la rho (ROCK) Y-27632 (10 µM), les inhibiteurs de l'endocytose (5 mM de méthyl-β-cyclodextrine (MβCD) et 10 µM de monodansylcadavérine (MDC) ), ou inhibiteur de ROS (5 mM N-acétyl-L-cystéine (NAC)) pendant 1 h avant b 0,05 mg/mL ou c 0,5 mg/mL traitement nanoplastique PS. PP1 et Y-27632 ont considérablement réduit le facteur de pénétration du FITC-dextran par rapport à leurs homologues respectifs sans traitement inhibiteur. MβCD, MDC ou NAC n'ont pas diminué de manière significative le facteur de pénétration du FITC-dextran par rapport à leurs homologues respectifs sans traitements inhibiteurs. Les données sont exprimées en moyennes ± SD. Des échantillons biologiquement indépendants ont été utilisés (n = 3). L'analyse statistique a été réalisée par ANOVA unidirectionnelle suivie des tests de comparaison multiples de Tukey. Les valeurs P dérivées ont été insérées dans le panel. Analyse Western blot de la VE-cadhérine et de ses niveaux de phosphorylation : d 0,05 mg/mL ou e 0,5 mg/mL Le traitement nanoplastique PS a induit la phosphorylation de la tyrosine de la VE-cadhérine à Y658 et Y731. Cependant, PP1 a inhibé efficacement la phosphorylation induite par les nanoplastiques PS de la VE-cadhérine à Y658 et Y731. f L'analyse semi-quantitative a révélé l'activation de la signalisation de la VE-cadhérine (VEC) exposée au nanoplastique PS (0,05 ou 0,5 mg/mL). Les données sont exprimées en moyennes ± SD (n = 3 expériences biologiquement indépendantes). L'analyse statistique a été effectuée par ANOVA à deux voies suivie de tests de comparaison multiples de Tukey. Les valeurs P dérivées ont été insérées dans le panel. Les données source sont fournies sous la forme d'un fichier de données source.

L'état naturel des cellules endothéliales dans les vaisseaux sanguins matures est une monocouche fusionnée et statique, dans laquelle les VE-cadhérines sont rassemblées aux contacts entre les cellules et adhèrent aux tissus correspondants27. La VE-cadhérine contribue au réarrangement du cytosquelette28 et au remodelage des jonctions serrées29 dans les cellules endothéliales au cours de l'angiogenèse. Bien qu'elle ait d'autres fonctions, la fonction principale de la VE-cadhérine est de favoriser l'adhésion entre les cellules endothéliales et d'augmenter la perméabilité cellulaire lorsque les jonctions sont perturbées27. La tyrosine kinase Src active la phosphorylation de la VE–cadhérine au niveau des résidus Y658 et Y73130. La VE-cadhérine interagit avec la p120 et la β-caténine par sa queue cytoplasmique pour favoriser l'adhésion cellulaire31. La phosphorylation de la tyrosine de la queue cytoplasmique de la VE-cadhérine perturbe la liaison de p120 et déstabilise l'interaction entre la VE-cadhérine et la caténine cytoplasmique, formant ainsi des lacunes par le déplacement latéral de la VE-cadhérine phosphorylée32. Nous avons utilisé PP1 pour détecter si le nanoplastique PS activait la kinase Src pour induire la phosphorylation de la VE-cadhérine. Pour les HUVEC traités avec du nanoplastique PS de 0, 05 ou 0, 5 mg / ml, PP1 a empêché la phosphorylation de la VE-cadhérine au niveau des résidus Y658 et Y731 (Fig. 4d, e). Il y a eu des diminutions significatives des niveaux de phosphorylation des résidus Y658 et Y731 de la VE-cadhérine lorsque les cellules ont été traitées avec PP1 (10 µM) pendant 1 h avant l'introduction du nanoplastique PS (0,05 ou 0,5 mg/mL) pendant divers temps (1 , 3 ou 6 h) (Fig. 4f). Nos données ont en outre montré que le nanoplastique PS peut déclencher la phosphorylation de la VE-cadhérine, ce qui peut augmenter les lacunes intercellulaires et induire des fuites. De plus, nous avons constaté que le PMMA (0, 05 ou 0, 5 mg / ml) induisait également la phosphorylation des VE-cadhérines (Fig. 13 supplémentaire).

Pour caractériser la perturbation du dimère de VE-cadhérine induite par le nanoplastique PS, nous avons effectué des simulations de dynamique moléculaire discrète (DMD) de tous les atomes avec des modèles de solvant implicites. Avant d'exercer une force de traction in silico, une simulation de liaison d'un dimère de cadhérine avec un nanoplastique PS a d'abord été réalisée. Nous avons utilisé le premier dimère de domaine extracellulaire (EC1) de la cadhérine VE pleine longueur, car la région à permutation de domaine dans le dimère EC1 est importante pour l'adhésion transcellulaire à cellule21 (Fig. 5a). Ensuite, des nanoplastiques PS avec des groupes de surface carboxyle ont été construits pour étudier leur compétence avec NanoEL. En raison du coût de calcul élevé lié à la grande taille du PS, nous avons modélisé le nanoplastique PS composé de 20 chaînes PS répétitives et le diamètre du nanoplastique formé était équivalent à environ 15 Å pour la simulation DMD à l'équilibre de 50 ns (Fig. 5b). Il a été démontré, à la fois informatiquement et expérimentalement, que des chaînes de PS non chargées de tailles similaires interagissent directement avec les cellules et pénètrent dans les membranes plasmiques33,34. Ici, le PS chargé négativement modifié avec des groupes carboxyle a été modélisé comme dans les expériences pour minimiser leurs interactions directes avec les membranes cellulaires contenant des lipides chargés négativement. Par la suite, le nanoplastique construit a été localisé au hasard à partir du dimère EC1 et 30 simulations de liaison indépendantes ont été effectuées pour identifier les sites de liaison du nanoplastique PS avec le dimère de cadhérine EC1. La fréquence de liaison calculée a indiqué qu'après 50 ns, le nanoplastique PS se liait fortement aux résidus 32–38, 42, 46–51 et 76–81 dans le dimère VE-cadhérine (Fig. 14a supplémentaire). Ces régions étaient situées loin de la région interfaciale du dimère et étaient riches en résidus chargés positivement, comme l'indique la représentation de surface du dimère codée par couleur en fonction des fréquences de liaison aux nanoplastiques (Fig. 5c). Les données de fréquence de liaison suggèrent que le nanoplastique PS préfère se lier près de la région de virage du dimère. Chaîne PS non modifiée, en revanche, liée à l'interface dimère (résidus 1–4, 85–89) en raison d'interactions hydrophobes (Fig. 15a, b supplémentaires). Par conséquent, les interactions électrostatiques entre les groupes carboxyle à la surface du nanoplastique PS et les résidus chargés positivement dans la région de virage du dimère ont conduit à l'association des deux entités.

a Structure du dimère de cadhérine EC1. Les bâtons rouges et les sphères grises indiquent la région à échange de domaine et les ions calcium, respectivement. b Structure d'un nanoplastique de PS carboxylé après simulation DMD à l'équilibre de 50 ns. c Fréquence de liaison codée par couleur du nanoplastique PS sur la surface du dimère de cadhérine EC1. Les couleurs bleues et rouges représentent des fréquences de liaison faibles à élevées. Le panneau agrandi détaille la liaison nanoplastique avec le dimère EC1. d Tracés de violon de la liaison du dimère avec le nanoplastique PS. e Trajectoires représentatives de dissociation du dimère en présence du nanoplastique PS sous 0 pN de traction.

En plus de la simulation de liaison, nous avons en outre effectué une simulation DMD (sDMD) dirigée pour déterminer les effets du nanoplastique PS sur la stabilité du dimère de cadhérine ainsi que sur la dissociation de la cadhérine. Ici, nous avons considéré une plage de force faible (0 à 20 pN), suffisante pour rompre le dimère EC1 par des nanoparticules d'or21, afin de mesurer la stabilité du dimère de cadhérine. Nous avons immobilisé l'un des domaines EC1 et appliqué une force constante à l'autre domaine EC1 avec la direction pointant vers le domaine EC2 associé (Fig. 14b supplémentaire). Pour chaque cas de forces appliquées, 30 simulations sDMD indépendantes avec des vitesses initialement randomisées ont été réalisées pendant 100 ns. Pour les simulations sDMD, nous avons calculé le premier temps de dissociation moyen du dimère de cadhérine lorsque le nombre de contacts atomiques entre le dimère de cadhérine était réduit à zéro. Un tracé de violon a été obtenu en fonction du temps de dissociation et des forces constantes appliquées (Fig. 5d). Nous avons découvert que le nanoplastique PS induisait de fortes probabilités de dissociation précoce des dimères EC1 par rapport au contrôle des cadhérines sans nanoplastique PS. Des probabilités élevées de temps de dissociation courts ont été observées à mesure que l'amplitude des forces appliquées augmentait. Des trajectoires représentatives ont révélé que le nanoplastique lié provoquait une dissociation précoce du dimère de cadhérine (Fig. 5e). En revanche, la liaison de la chaîne PS non modifiée à l'interface du dimère n'a pas déstabilisé le dimère (Fig. 15c supplémentaire). Pour confirmer la stabilité réduite du dimère de cadhérine induite par le nanoplastique PS, nous avons en outre calculé la distribution de l'angle du dimère et la fluctuation quadratique moyenne (RMSF) des domaines flexibles du dimère pendant les 30 premières ns de la simulation sans forces appliquées (Supplémentaire Figures 14c, e). Nous avons précédemment découvert que les nanoparticules d'or inorganiques déplaçaient le dimère EC1 d'un état stable (s-dimère) à un état intermédiaire (x-dimère) tout en réduisant l'entropie du dimère de cadhérine pour perturber sa fonction inhérente21. Dans le présent travail, nos résultats de calcul suggèrent que la liaison du nanoplastique PS déstabilise le dimère de cadhérine via un mécanisme moléculaire similaire en modifiant l'état du dimère de s-dimère en x-dimère et en réduisant la flexibilité du dimère.

En plus du PS, nous avons également étudié comment le nanoplastique PMMA pourrait induire une perturbation du dimère de cadhérine. Le PMMA 20mère chargé négativement modifié en supprimant les groupes méthyle d'un sous-ensemble de répétitions composites s'est avéré former un globule compact après des simulations DMD à l'équilibre de 50 ns (Fig. 16a supplémentaire). Nous avons calculé la fréquence de liaison du PMMA avec le dimère de cadhérine via des simulations DMD de liaison à 50 ns. Le nanoplastique PMMA avait une liaison forte similaire aux mêmes régions de virage dans la cadhérine que les nanoplastiques PS (Fig. 5a), mais également une liaison faible aux régions d'interface du dimère (Fig. 16b, c supplémentaires). Des simulations sDMD ultérieures du dimère de cadhérine avec du nanoplastique PMMA ont indiqué que le nanoplastique PMMA augmentait également la dissociation du dimère de cadhérine sous de faibles forces (Fig. 16d supplémentaire). Fait intéressant, en raison de la liaison supplémentaire du PMMA à l'interface du dimère de cadhérine, une voie de dissociation alternative avec une liaison compétitive du nanoplastique à l'un des monomères de cadhérine a été observée (Fig. 16e supplémentaire). Indépendamment de leur composition chimique, les nanoplastiques anioniques PS et PMMA ont induit la dissociation du dimère de cadhérine. Bien que les tailles des nanoplastiques PS et PMMA ne soient pas directement comparables à celles des expériences, en raison de la nécessité de réduire les coûts de calcul, nos simulations supplémentaires ont montré qu'une gamme de nanoplastiques PS avec une taille accrue jusqu'à 80 mer perturbait systématiquement la cadhérine. dimère (Fig. 5e et Fig. 17 supplémentaire). Par conséquent, les grands nanoplastiques devraient se comporter de la même manière en interagissant avec le dimère de VE-cadhérine. Prises ensemble, nos données in silico ont corroboré les observations expérimentales selon lesquelles les nanoplastiques PS et PMMA étaient compétents pour perturber l'association cadhérine-cadhérine et nos simulations ont en outre révélé que la liaison nanoplastique réduisait la stabilité du dimère de cadhérine grâce à une tension inter-domaine accrue et à une entropie réduite.

En plus des examens in vitro et in silico, nous avons également effectué des essais ex vivo à l'aide de vaisseaux de lapin et de porc pour mesurer la fuite dans ces endothéliums vasculaires induits par le nanoplastique PS (Fig. 6a). Il a été observé que les intensités de fluorescence de l'EBD qui fuyait dans les vaisseaux de lapin étaient élevées avec la concentration accrue de nanoplastique PS (Fig. 6b). Nous avons observé un phénomène similaire avec les vaisseaux porcins (Fig. 6c). Lorsque les vaisseaux porcins ont été traités avec 0,5 et 5 mg/mL de nanoplastique PS pendant 6 h, la fuite des vaisseaux porcins a été significativement améliorée par rapport au témoin (P < 0,001). Dans le même temps, nous avons également détecté la phosphorylation des VE-cadhérines ex vivo (Fig. 18 supplémentaire).

a Schéma de la construction ex vivo. b Augmentation dépendante de la concentration de la pénétration du colorant bleu Evans (EBD) dans les vaisseaux de lapin. Les quantifications de l'EBD ont indiqué que les groupes de nanoplastiques de polystyrène (PS) à 0,05 et 0,5 mg/mL étaient significativement différents du témoin non traité. Le nanoplastique PS à 0,5 mg/mL a induit plus de fuites que le groupe nanoplastique PS à 0,05 mg/mL. Les données sont exprimées en moyennes ± SD. Des échantillons biologiquement indépendants ont été utilisés (n = 3). L'analyse statistique a été réalisée par ANOVA unidirectionnelle suivie des tests de comparaison multiples de Tukey. Les valeurs P dérivées comparant au contrôle ont été insérées dans le panel. c Augmentation dépendante de la concentration de la pénétration de l'EBD dans les navires porcins. La pénétration de l'EBD était plus prononcée dans le groupe de nanoplastiques PS à 5 mg/mL que dans le groupe de nanoplastiques PS à 0,5 mg/mL. Les données sont présentées sous forme de moyennes ± SD (n = 3 échantillons biologiquement indépendants), analysées via une ANOVA à un facteur suivie de tests de comparaison multiples de Tukey. Les valeurs P dérivées comparant au contrôle ont été insérées dans le panel. d Des souris Swiss mâles ont reçu une injection intraveineuse de nanoplastique PS (1,5, 15 ou 30 mg/kg) contenant une solution EBD 10 mM. Les souris témoins ont reçu une fois une injection intraveineuse de 10 mM d'EBD. Après 24 h, les souris ont été sacrifiées pour prélever leurs organes pour l'imagerie. Le signal de fluorescence a progressivement augmenté du jaune au rouge avec une dose accrue de nanoplastique. Plus la fuite EBD était grande, plus le signal de fluorescence était fort. Le nanoplastique PS a favorisé la fuite des vaisseaux sanguins sous-cutanés chez la souris. Des nanoplastiques de PS (30 mg/kg) ont été injectés dans des poches sous-cutanées sur le dos des souris. L'EBD a été injecté par injection intraveineuse dans la queue. La quantification de l'EBD a montré plus de fuites endothéliales dans le groupe PS par rapport au groupe de souris non traitées. Les données sont exprimées sous forme de moyennes ± SD (n = 3 animaux biologiquement indépendants), analysées via le test t de Student bilatéral. Les valeurs P dérivées comparant au contrôle ont été insérées dans le panel. Les données source sont fournies sous la forme d'un fichier de données source. (Certains éléments artistiques du panneau a proviennent de smart.servier.com.).

Nous avons également étudié la fuite endothéliale induite par le nanoplastique PS in vivo. Pour les études utilisant l'administration intraveineuse de nanoparticules, les nanoparticules s'accumulent principalement dans le foie et la rate, etc.35,36. Dans notre expérience, des souris ont été soumises à une injection intraveineuse d'une solution EBD contenant du nanoplastique PS. Après 24 h, nous avons observé que, pour les nanoplastiques de PS aux doses de 1,5 mg/kg, 15 mg/kg et 30 mg/kg, la fuite d'EBD existait principalement dans le cerveau, le foie, la rate et les poumons des souris ( figure 6d). Il y avait aussi une petite quantité de fluorescence de fuite d'EBD dans les reins et les diaphragmes. Nous avons analysé quantitativement les intensités de fluorescence des fuites d'EBD dans les tissus. À l'exception du cœur, les intensités de fluorescence des fuites d'EBD dans le cerveau, le foie, la rate, les poumons, les reins et les diaphragmes ont augmenté de manière significative avec l'introduction du nanoplastique PS (Fig. 19 supplémentaire). Les cellules endothéliales fournissent une barrière physique entre la circulation et le tissu sous-jacent. Cependant, certains stimuli peuvent provoquer une perturbation partielle de la barrière endothéliale, augmentant ainsi l'extravasation de liquide de la circulation vers l'interstitium au-dessus des niveaux basaux37. Une augmentation à long terme de la perméabilité peut détruire les jonctions cellule-cellule, ce qui entraîne à son tour une altération de l'intégrité vasculaire27. Pour déterminer si le nanoplastique PS pouvait provoquer des fuites dans les vaisseaux sanguins sous-cutanés, nous avons injecté de l'EBD dans les veines de la queue de souris, suivi d'un tampon PBS témoin de véhicule ou d'un nanoplastique PS injecté dans les poches sous-cutanées. Le nanoplastique PS a provoqué une extravasation d'EBD au niveau du système vasculaire sous-cutané sur la base de quantifications, confirmant ainsi l'apparition d'une fuite endothéliale (Fig. 6e).

Comprendre la charge environnementale, y compris le cycle de vie et l'empreinte carbone des plastiques fossiles, est un grand défi auquel le monde est confronté aujourd'hui. Ce défi est imposé par la présence toujours croissante de la production de plastiques à l'échelle industrielle couplée à leur dégradation remarquablement progressive dans le milieu naturel. En effet, les effets néfastes potentiels des plastiques sur la santé humaine, que ce soit via une exposition directe ou un transfert trophique dans l'écosphère, restent flous. Cela est particulièrement vrai pour les nanoplastiques, une forme finale concevable de plastique par les forces de l'homme et de la nature, dont les implications biologiques n'ont commencé à devenir apparentes que ces dernières années. Dans cette étude, nous avons documenté notre découverte de la fuite endothéliale induite par le polystyrène anionique et les nanoplastiques PMMA, caractérisée par les techniques d'imagerie par fluorescence confocale, les tests transwell, les voies de signalisation avec les HUVCE, les vaisseaux du lapin et du porc et les souris, ainsi que la microscopie à force virtuelle. de simulations informatiques. La fuite endothéliale a montré une dépendance à la dose et au temps de l'exposition cellulaire aux deux types de nanoplastiques, médiée par des changements conformationnels et structurels des jonctions VE-cadhérine des cellules endothéliales engagées avec les nanoparticules polymères et indépendantes de la production de ROS, de l'autophagie et de l'apoptose des cellules impactées . Comme l'apparition d'une fuite endothéliale implique que les nanoplastiques pourraient s'infiltrer dans et hors du système vasculaire qui se propage dans le corps, cette découverte a de profondes implications pour la compréhension de la sécurité et des empreintes biologiques des matériaux plastiques synthétiques qui encombrent l'environnement.

Toutes les expériences sur les animaux se sont conformées aux réglementations éthiques en matière d'expérimentation animale et de recherche conformément aux directives du NIH et ont été approuvées par le Comité institutionnel de protection et d'utilisation des animaux (IACUC) de l'Université du Sud-Ouest (référence (numéro d'identification) IACUC-20200525-01).

Pour l'imagerie TEM de PS (billes de PS carboxylées de 30 nm, numéro de catalogue L5155, Sigma-Aldrich, États-Unis), de NH2-PS (billes de PS aminées de 30 nm, numéro de catalogue : PSGF00030, Zhongke Detong Inc, Chine) et de PMMA (50 nm PMMA carboxylé, numéro de catalogue : BKPMMA50, Beikenami Inc, Chine) nanoplastiques, 5 µL des échantillons ont été déposés sur des grilles de cuivre à décharge luminescente, formvar/carbone (400 mesh, ProSciTech). Après 1 min d'incubation, les grilles ont été séchées et lavées avec 10 µL de Milli-Q H2O, puis colorées négativement avec 5 µL d'acétate d'uranyle (UA, 1 %). Les échantillons ont été imagés avec un FEI Tecnai F20 fonctionnant à 200 kV. La distribution de taille a été analysée par le logiciel ImageJ 1.53c. Les diamètres hydrodynamiques des nanoplastiques PS, NH2-PS et PMMA ont été déterminés par diffusion dynamique de la lumière (DLS) avec Zetasizer Nano-ZS (Malvern) à température ambiante. Les compositions élémentaires de surface et l'état chimique des nanoplastiques ont été identifiés à l'aide de la spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS, Thermo escalab 250X, USA). Les nanoplastiques PS, NH2-PS et PMMA ont été lyophilisés par un lyophilisateur (Alpha2-42DPlus, Christ). Ensuite, l'échantillon de poudre a été collé à l'étage d'échantillon avec un adhésif conducteur, puis testé après mise sous vide.

Des cellules endothéliales de veine ombilicale humaine (HUVEC, CRL-1730) ont été obtenues auprès de l'American Type Culture Collection (ATCC, États-Unis) et ont été cultivées dans un milieu de cellules endothéliales complet (ECM, ScienCell, États-Unis) contenant 10 % de sérum bovin fœtal (FBS, Gibco, États-Unis). Les cellules ont été incubées à 37°C dans une atmosphère humidifiée de 5% de CO2 dans l'air. Lorsque les cellules ont atteint la confluence, 0,25% de trypsine a été utilisée pour digérer les cellules pendant 4 min. La trypsine a ensuite été éliminée et un milieu contenant du sérum a été introduit dans le mélange pour arrêter la digestion. Les cellules ont été pipetées, centrifugées et remises en suspension dans un nouveau milieu.

Environ 1 × 106 cellules / puits ont été ensemencées dans des plaques à 6 puits pendant la nuit, suivies du traitement de nanoplastique PS ou de nanoplastique NH2-PS à 0, 05 ou 0, 5 mg / ml pendant 1, 3 ou 6 h. Les cellules ont ensuite été lavées avec du PBS et analysées à l'aide d'une cytométrie en flux BD FACS MelodyTM. Un total de 1 × 104 événements a été acquis pour chaque échantillon à partir de trois expériences indépendantes. Les données ont été analysées par FlowJo_V10.

Environ 1 × 106 cellules/puits ont été cultivées sur des plaques à 6 puits et exposées au nanoplastique PS (0,05, 0,1, 0,25 et 0,5 mg/mL) pendant 1, 3 ou 6 h. Les cellules du groupe témoin ont reçu un traitement avec un milieu sans sérum pendant 1, 3 ou 6 h, puis ont été incubées avec l'indicateur DCFH-DA (Sigma-Aldrich, États-Unis) dans l'obscurité à 37 ° C pendant 30 min. Les cellules ont été lavées deux fois avec une solution saline tamponnée au phosphate (PBS). La fluorescence cellulaire a été analysée par un cytomètre en flux BD FACS MelodyTM. Les expériences ont été répétées 3 fois indépendamment. Les données ont été analysées par FlowJo_V10.

Les HUVEC (5 × 104 cellules/puits) ont été ensemencées dans une plaque noire à 96 puits à fond transparent (Corning Costar, USA) et cultivées à 37 °C pendant 48 h. Les anciens milieux ont été remplacés par de l'ECM frais contenant 1 × 10−6 M d'iodure de propidium (PI, Sigma-Aldrich, USA). Après 30 min d'incubation, les cellules ont été exposées à différentes concentrations de nanoplastique PS (0, 0,05, 0,1, 0,25 et 0,5 mg/mL). Par la suite, la morphologie cellulaire et le nombre de cellules mortes ont été mesurés à l'aide d'Operetta (objectif 20 × PlanApo, ouverture numérique NA = 0, 7, PerkinElmer) avec une chambre à cellules vivantes (37 ° C, 5% CO2) sur 22 h. La mortalité cellulaire a été calculée par les cellules PI-positives par rapport au nombre total de cellules, qui ont été dérivées de la fonction de cartographie en champ clair du logiciel Harmony High-Content Imaging and Analysis (PerkinElmer). Des HUVEC (5 × 103 cellules/puits) ont été ensemencées dans une plaque à 96 puits pendant une nuit avant le traitement avec des nanoplastiques PS, NH2-PS et PMMA (0,05 et 0,5 mg/mL) pendant 1 h, 3 h et 6 h. Le témoin négatif a été exposé à du milieu frais pendant 1, 3 ou 6 h. Le contrôle positif a été exposé à 200 μM de H2O2 pendant 1, 3 ou 6 h. Par la suite, un volume de 100 μL de milieu et 10 μL de réactif CCK8 ont été ajoutés à chaque puits et incubés à 37 ° C pendant 2 h. L'absorbance de chaque puits de culture a été mesurée avec un lecteur de microplaques (BioTek, USA) à la longueur d'onde de 450 nm.

Des HUVEC à une concentration de 1 × 106 cellules/puits ont été ensemencées dans des plaques à 6 puits (Dingjin, Chine). Pour la voie de signalisation de l'autophagie, les cellules ont été traitées avec du nanoplastique PS (0,05 ou 0,5 mg/mL) pendant différents temps (1, 3 ou 6 h), le contrôle négatif a été exposé à du milieu frais pendant 1, 3 ou 6 h. Pour le traitement au PS nanoplastique (0,05 ou 0,5 mg/mL) pendant 6 h, le témoin négatif a été exposé à du milieu frais pendant 6 h. Pour le test de la voie de signalisation de l'apoptose, les cellules ont été traitées avec du nanoplastique PS (0, 05 ou 0, 5 mg / ml) pendant 6 h et le contrôle négatif a été exposé à du milieu frais pendant 6 h. Pour le dosage de la voie de signalisation VE-cadhérine, les cellules ont été traitées avec l'inhibiteur de la kinase Src PP1 (10 µM) pendant 1 h avant le traitement au nanoplastique PS (0, 05 ou 0, 5 mg / ml) pendant 1, 3 ou 6 h. Les groupes sans PP1 ont été exposés à du milieu frais avec seulement un traitement au nanoplastique PS (0,05 ou 0,5 mg/mL) pendant 1, 3 ou 6 h. Le contrôle négatif a été exposé à du milieu frais. Pour le dosage de la voie de signalisation de la VE-cadhérine, les cellules ont été traitées avec du nanoplastique PMMA (0,05 ou 0,5 mg/mL) pendant 1, 3 ou 6 h. Après 3 lavages au PBS, les cellules sont lysées avec du tampon de lyse sur glace pendant 10 min. Pour le dosage de la voie de signalisation de la VE-cadhérine dans des modèles ex vivo, des vaisseaux de lapin et de porc ont été homogénéisés à 4 ° C et centrifugés à 10 000 g, 4 ° C pendant 20 min, et les surnageants ont été collectés. Les concentrations en protéines des lysats cellulaires ont été déterminées en utilisant la méthode de Carmassi Bradford. Les protéines cellulaires de chaque groupe ont été séparées par électrophorèse sur gel de polyacrylamide dodécylsulfate de sodium standard à 8% ou 12,5% ou 15% (SDS-PAGE), puis transférées sur des membranes de nitrocellulose (PALL, USA). Les membranes ont été bloquées avec du lait écrémé à 5 % à température ambiante pendant 2 h, puis incubées avec un anticorps primaire correspondant à température ambiante pendant 3 h. Les membranes ont été lavées avec du Tween 20 (Biofroxx, Allemagne)/solution saline tamponnée au Tris (TBST) et incubées avec des anticorps IgG de chèvre anti-lapin biotinylés (H + L) ou des anticorps anti-IgG de souris anti-souris (H + L) de chèvre biotinylés (1 : dilution 2000, Sangon, Chine) pendant 1 h et avec un anticorps streptavidine marqué HRP (dilution 1:5000, Sangon, Chine) pendant 1 h à température ambiante. Les membranes ont été visualisées dans le système de chimiluminescence électrogénérée (ECL). Des images représentatives ont été choisies parmi au moins trois expériences indépendantes. Les images des bandes de protéines ont été analysées de manière semi-quantitative grâce au logiciel ImageJ 1.53c. Les analyses non recadrées des transferts ont été fournies dans le fichier Source Data. Les anticorps primaires et secondaires ont été répertoriés dans le tableau supplémentaire 2.

Des HUVEC à une concentration de 1 × 106 cellules/puits ont été ensemencées dans des plaques à 6 puits (Dingjin, Chine). Les cellules ont été traitées avec du nanoplastique PS (0,05 ou 0,5 mg/mL) pendant 6 h. Ensuite, les cellules ont été lysées et collectées pour l'extraction de l'ARN avec un kit de purification d'ARN total (BioTeke, Chine). L'ARN purifié a été rétrotranscrit en ADNc avec le kit de synthèse d'ADNc premier brin du transcripteur (Yeasen, Chine). Ensuite, l'ADNc a été analysé par analyse RT-qPCR en utilisant 2 × SYBR Green qPCR Master Mix (Bimake, États-Unis) dans une machine de PCR en temps réel (Roche, Suisse). Les données de trois expériences indépendantes ont été analysées avec la β-actine comme étalon interne. Les amorces utilisées pour l'amplification ont été répertoriées dans le tableau supplémentaire 3.

Les HUVEC ont été ensemencées dans des boîtes confocales à une densité de 8 × 104 cellules/puits et cultivées pendant 24 h. Les cellules ont été traitées avec du nanoplastique PS (0,05 ou 0,5 mg/mL) pendant 6 h. Ensuite, les cellules ont été colorées avec du DAPI (200 μL) pendant 10 min. Après trois lavages avec du PBS, les caractéristiques morphologiques des cellules ont été capturées à l'aide d'un microscope confocal à fluorescence (Nikon, N-SIM E).

Les HUVEC (5 × 105 cellules/puits) ont été ensemencées sur des lames de chambre à 8 puits et cultivées pendant 5 à 6 jours pour former une monocouche intacte. Ensuite, du nanoplastique PS, du NH2-PS et du PMMA à 0, 05 et 0, 5 mg / ml dans du milieu cellulaire frais ont été ajoutés dans les puits et incubés avec des cellules pendant 1, 3 ou 6 h. Après cela, les cellules ont été soigneusement lavées deux fois avec une solution saline équilibrée de Hanks (HBSS, Sigma Aldrich, USA) et fixées par du paraformaldéhyde à 4% (PFA, Sigma Aldrich, USA) pendant 15 min à température ambiante. Après lavage avec du PBS, les cellules ont été bloquées en utilisant 0,1 % de saponine et 5 % de sérum de cheval dans du PBS pendant 1 h à température ambiante. Par la suite, l'immunocoloration a été utilisée pour déclencher l'expression des VE-cadhérines et des filaments d'actine. Un anticorps polyclonal de lapin anti-VE-cadhérine à 1:400 dans du sérum de cheval à 5 ​​%/PBS a été ajouté dans les puits de la chambre et incubé pendant une nuit à 4 °C. Après lavage avec du PBS, les cellules ont été incubées avec une solution d'anticorps secondaire (Donkey anti-lapin Alexa Fluor 594 à 1:500 dans du PBS contenant 0,1% de phalloïdine-iFluor 488) pendant 2 h à température ambiante. Ensuite, Hoechst 33342 (Thermo Fisher Scientific, USA) à 1:2 000 dans du PBS a été ajouté aux cellules et incubé pendant 5 min. Les lames de chambre ont ensuite été imagées à l'aide d'un microscope confocal à fluorescence (SP8 LIGHTNING, Leica Microsystems) avec un objectif à huile 63 ×. Une analyse d'image semi-quantitative pour la zone d'écart et l'intensité de l'actine a été réalisée à l'aide du logiciel ImageJ 1.53c.

Les HUVEC ont été ensemencées dans des inserts transwell (membrane en polycarbonate, diamètre de pore de 0, 4 μm; Corning Costar, États-Unis) avec environ 8 × 104 cellules et cultivées pendant 4 jours pour atteindre une confluence d'environ 100% pour former une monocouche intacte. Ensuite, les cellules ont été traitées avec du nanoplastique PS (0,05, 0,1, 0,25 et 0,5 mg/mL), NH2-PS (0,05 et 0,5 mg/mL) ou PMMA (0,05 et 0,5 mg/mL) pendant 1, 3 ou 6 h. Pour le test d'inhibition pharmaceutique, les cellules ont été traitées avec les inhibiteurs correspondants, l'inhibiteur d'endocytose 5 mM méthyl-β-cyclodextrine (MβCD, Solarbio, Chine) ou 10 μM monodansylcadaverine (MDC, Sigma Aldrich, USA), 10 μM ROCK inhibiteur Y-27632 (Yuanye , Chine), 10 µM d'inhibiteur de kinase Src PP1 (Yuanye, Chine) ou 5 mM d'inhibiteur de ROS N-acétyl-L-cystéine (NAC, Sigma Aldrich, États-Unis) pendant 1 h avant le nanoplastique PS (0,05 ou 0,5 mg/mL) traitement pendant 1h. Les groupes sans inhibiteurs ont été exposés à un milieu frais avec uniquement du nanoplastique PS pendant 1 h. Le témoin négatif a été exposé au milieu frais pendant 1 h. Après le traitement, les cellules ont été soigneusement lavées deux fois avec du PBS. Du FITC-dextran (poids moléculaire moyen 40 000, Sigma-Aldrich, USA) de 100 μL avec une concentration finale de 1 mg/mL a été ajouté à chaque puits et les milieux du compartiment inférieur ont été collectés après 30 min. Les intensités de fluorescence ont été mesurées à une excitation/émission de 495 nm/519 nm avec un lecteur de microplaques. La lecture du groupe témoin négatif a été utilisée pour normaliser les lectures des autres groupes.

Les HUVEC ont été ensemencées dans une plaque à 96 puits (fond noir/transparent, Corning Costar, États-Unis) avec environ 5 × 104 cellules/puits et incubées à 37 °C pendant 48 h. Ensuite, les cellules ont été traitées avec du nanoplastique PS (0,05, 0,1, 0,25 et 0,5 mg/mL) pendant différents temps (1, 3 et 6 h). Les cellules du groupe témoin ont reçu un traitement avec un milieu sans sérum pendant des durées différentes (1, 3 et 6 h). La fluorescence intracellulaire a été mesurée à l'aide d'Operetta (PerkinElmer, objectif de microscope PlanApo 20 ×, ouverture numérique NA = 0, 7).

Des monocouches confluentes de HUVEC ont été traitées avec du nanoplastique PS (0, 05 et 0, 5 mg / ml) pendant différents temps (1, 3 et 6 h). Ensuite, les protéines ont été extraites avec un tampon de lyse. Les nanoplastiques PS avec leurs protéines associées ont été extraits par centrifugation (10 000 g, 20 min, 4 ° C). Le nanoplastique PS a été lavé 3 fois avec du tampon RIPA et les protéines associées ont été dénaturées du nanoplastique PS à 97 ° C pendant 10 min dans un tampon de chargement. Pour l'expérience de pull-down post-lyse, les HUVEC ont été lysées et ont été ajoutées avec du nanoplastique PS (0, 05 et 0, 5 mg / ml) ou des billes magnétiques de protéine A / G (Bimake, États-Unis). Ensuite, les mélanges ont été agités doucement pendant 1 h à 4 °C. Ensuite, des billes magnétiques en PS nanoplastique ou en protéine A / G avec leurs protéines associées ont été extraites par centrifugation (10 000 g, 20 min, 4 ° C) et lavées 3 fois avec du tampon RIPA. Les protéines ont été séparées par SDS-PAGE standard à 8 %, puis transférées sur des membranes de fluorure de polyvinylidène (PVDF). Ensuite, les membranes ont été sondées avec des anticorps contre la VE-cadhérine (1: 1000; Abcam, États-Unis) et l'α-tubuline (1: 2000; Proteintech, Chine).

La dynamique moléculaire discrète de tous les atomes (DMD) a été largement utilisée pour les études biomoléculaires, notamment le repliement des protéines, l'agrégation de peptides38,39,40, la structure et la dynamique des protéines41,42 et les interactions nanoparticules-protéines21,43,44. La DMD est une classe spéciale de dynamique moléculaire (MD) où le champ de force est remodelé en tant que fonctions discrètes à partir de simulations MD conventionnelles45. Plus précisément, le potentiel inter-atomique des simulations DMD dans cette étude consistait en termes liés (c'est-à-dire liaisons, angle de liaison et angle dièdre) et non liés (c'est-à-dire van der Waals, électrostatique, solvatation et liaisons hydrogène). . En termes non liés, le champ de force CHARMM46 et l'approximation Debye-Hückel ont été appliqués respectivement à van der Waals et aux termes électrostatiques. La solvatation dans les paramètres non liés a été employée par le modèle de solvant implicite EEF1 développé par Lazaridis et Karplus47, et la liaison hydrogène a été modélisée avec l'algorithme de type réaction48.

La cadhérine est une protéine dépendante du calcium, qui est l'une des principales protéines pour l'adhésion de cellule à cellule. Il est connu que le dimère trans est formé par les protéines de cadhérine provenant de deux cellules opposées impliquées dans l'adhésion cellule à cellule. Nous nous sommes concentrés sur l'interaction trans qui était principalement formée par la région à échange de domaine dans les domaines du premier domaine extracellulaire (EC1). Nous avons utilisé le dimère de cadhérine EC1 du modèle cryo-EM du dimère de cadhérine EC12 (PDB ID : 3PPE49). Pour assurer la stabilité structurelle du dimère EC1 natif, la région à permutation de domaine comprenant le N-terminal (c'est-à-dire les résidus 1 à 5) a été contrainte en appliquant respectivement le potentiel Gō (Fig. 5a). Ici, les contraintes Gō ont été attribuées uniquement entre les atomes Cβ des résidus en contact avec une faible énergie de contact de 0, 3 kcal / mol (∼ 0, 5 kBT). La coordination Ca2+ des boucles (c'est-à-dire les résidus Glu11, Asp62, Glu64, Asp96 et Asp99) a été modélisée par des contraintes liées par paires entre les atomes d'oxygène coordonnés. Ensuite, nous avons construit un nanoplastique PS et PMMA avec des groupes de surface carboxyle pour chacun. Une chaîne PS composée de 20 monomères de styrène répétitifs a été préparée et relâchée et équilibrée pour des simulations DMD de 50 ns. Une fois que la chaîne PS pure a formé une particule compacte, des groupes carboxyle ont été ajoutés à la chaîne PS, suivis de simulations DMD de 50 ns. Le nanoplastique PMMA a été modélisé selon la méthode du nanoplastique PS. Construit de longues chaînes PS et PMMA avec des groupes carboxyle maintenus sous forme de structure compacte avec les groupes carboxyle exposés (Fig. 5b et Fig. 16a supplémentaire). Par la suite, le nanoplastique distribué au hasard près du dimère de cadhérine EC1 à au moins 12 Å de distance dans une boîte cubique de 120 nm3 pour effectuer la simulation de liaison. Au cours des simulations, le squelette du dimère EC1 était contraint et leurs chaînes latérales interagissaient librement avec les nanoplastiques PS et PMMA. Pour exécuter des simulations DMD, 50 fs/pas de temps de simulation unitaire et 1 kcal/mol d'énergie correspondante ont été utilisés et une température de 300 K a été maintenue avec le thermostat d'Anderson. Nous avons effectué 30 simulations DMD indépendantes pendant 50 ns et des simulations totales cumulées de 1,5 μs. Après les simulations de liaison, les fréquences de liaison des nanoplastiques PS et PMMA avec le dimère de cadhérine EC1 ont été calculées à partir des 20 dernières ns des simulations. Une distance de coupure de 0,65 nm a été attribuée pour obtenir un contact atomique entre le dimère de cadhérine EC1 et les nanoplastiques PS et PMMA afin de calculer leur fréquence de liaison.

Ensuite, des expériences de traction de force constante in silico sur des complexes nanoplastiques cadhérine-PS et cadhérine-PMMA ont été réalisées pour identifier la stabilité du dimère de cadhérine EC1-EC1 via des simulations de dynamique moléculaire dirigée (sDMD). La technique sDMD imite généralement les pincettes optiques et la microscopie à force atomique (AFM) pour caractériser les biomolécules en fonction d'une vitesse constante ou d'une force constante. L'approche de simulation sDMD a caractérisé avec succès la liaison protéine-ligand, les complexes protéine-nanoparticule21,50 et le dépliement des protéines51.

Avant les simulations sDMD, nous avons distribué des ions chlorure près du complexe nanoplastique cadhérine-PS pour neutraliser les charges et randomiser la vitesse initiale de tous les atomes du système. Par la suite, nous avons immobilisé le squelette de l'un des dimères EC1 (à l'exclusion du fragment à permutation de domaine) et le reste du domaine était flexible (Fig. 5e). Le domaine flexible du dimère de cadhérine EC1 a été tiré par des forces constantes le long de la direction EC1 à EC2 imitant l'interaction trans du dimère de cadhérine pendant les simulations sDMD. Les détails de l'exécution des simulations sDMD sont les mêmes que les simulations DMD de liaison. Nous avons appliqué 10 pN comme force d'intervalle dans la plage de 0 à 20 pN. Pour un échantillonnage suffisant, 30 cas de simulations sDMD indépendantes chacune pour 100 ns ont été réalisées. Nous avons utilisé pyMol (Schrödinger) pour analyser les trajectoires de dissociation du dimère de cadhérine avec et sans nanoplastiques.

Les différentes espèces de cadhérine ont deux dimères intermédiaires et à échange de domaine différents connus sous le nom de x-dimère et s-dimère pendant la dimérisation. Il a été identifié que les angles dimères du x-dimère et du s-dimère de la structure cristalline des cadhérines sont d'environ 0 et 90 degrés l'un par rapport à l'autre21. Nous avons calculé l'angle du dimère EC1 sans la force appliquée pendant les 30 premières ns des simulations sDMD avant que le dimère ne commence à se dissocier. Les produits scalaires de deux vecteurs entre les 88e et 98e résidus pour le s-dimère et les 92e et 99e pour le x-dimère des domaines flexible et immobilisé du dimère de cadhérine EC1 ont été pris en compte. L'angle dimère a été calculé à l'aide de MATLAB_R2017a, et l'analyse des données correspondante a été effectuée à l'aide de Python, de la dynamique moléculaire visuelle (VMD) et de Grace.

Un test de fuite vasculaire a été réalisé en utilisant des vaisseaux de lapin et de porc comme inserts transwell. Des vaisseaux de trois grands porcs blancs mâles âgés de 8 mois ont été obtenus d'un abattoir local à Chongqing, en Chine. Des vaisseaux de trois lapins néo-zélandais mâles âgés de 4 mois ont été obtenus auprès d'Ensiweier Biotechnology Co, Ltd. (Chongqing, Chine). Les vaisseaux de l'artère coronaire ont été coupés transversalement en morceaux individuels et placés dans une chambre transpuits commerciale après le retrait de ses membranes d'origine. Des nanoplastiques PS de 0,5 et 5 mg/mL ont été ajoutés au dispositif transwell de vaisseau de lapin ou de porc sur mesure, puis incubés pendant 3 ou 6 h à 37 °C, respectivement. Après l'exposition, la solution contenant le nanoplastique PS a été jetée, puis de l'EBD 100 mM (Macklin, Chine) a été ajouté à chaque puits, incubé pendant 1 h supplémentaire. Enfin, le signal de fluorescence du compartiment inférieur du transwell a été quantifié à 624 nm avec un lecteur de microplaques. Les lectures du groupe témoin négatif ont été utilisées pour la normalisation.

Douze souris suisses mâles âgées de 10 semaines ont été obtenues auprès d'Ensiweier Biotechnology Co, Ltd. (Chongqing, Chine). Des souris Swiss mâles ont reçu un libre accès à la nourriture et à l'eau et ont été maintenues dans un environnement humide et à température standard avec un cycle lumière/obscurité de 12 h. Les souris ont reçu une injection intraveineuse unique de PS nanoplastique (1,5, 15 ou 30 mg/kg) contenant une solution d'EBD 10 mM. Les souris témoins ont reçu une fois une injection intraveineuse de solution EBD 10 mM. Après 24 h, les souris ont été sacrifiées pour prélever les organes pour l'imagerie à l'aide du système d'imagerie NEWTON 7.0.

Six souris suisses mâles âgées de 10 semaines ont été obtenues auprès d'Ensiweier Biotechnology Co, Ltd. (Chongqing, Chine). Toutes les expériences de souris in vivo ont été réalisées conformément aux directives du NIH pour le soin et l'utilisation des animaux de laboratoire et ont été approuvées par le Comité de protection et d'utilisation des animaux de l'Université du Sud-Ouest. Des souris suisses mâles ont reçu un accès libre à la nourriture et à l'eau et ont été maintenues dans un environnement humide et à température standard avec un cycle lumière/obscurité de 12 h. Des souris Swiss mâles ont reçu une fois une injection intraveineuse de solution EBD 10 mM. Ensuite, les souris ont été anesthésiées avec de l'isoflurane et une injection sous-cutanée de PBS ou de 30 mg/kg de PS nanoplastique. Les souris ont été sacrifiées par dislocation cervicale 15 min après avoir reçu des injections sous-cutanées. Ensuite, les régions de la peau ont été excisées pour extraire le colorant extravasé par du formamide déionisé. Enfin, 100 µL du surnageant contenant le colorant de chaque échantillon ont été transférés dans un puits séparé de la plaque à 96 puits. Les signaux de fluorescence des échantillons ont été quantifiés à 624 nm avec un lecteur de microplaques.

Les tests in vitro, y compris la viabilité cellulaire, la production de ROS, les tests transwell in vitro et ex vivo, l'extraction d'ARN, le Western blot, l'imagerie par microscopie confocale, ont été dérivés d'au moins trois échantillons biologiques (n = 3). L'étendue de la fuite endothéliale a été exprimée par la zone d'écart et la distribution, qui ont été dérivées des images à l'aide du plug-in de segmentation Weka entraînable dans le logiciel ImageJ 1.53c.

La représentation graphique des données et l'analyse statistique ont été réalisées avec GraphPad Prism version 9.3.1 (GraphPad Software, La Jolla) et Origin 7.5. Toutes les données ont été exprimées en moyenne ± écarts-types (SD), analysées par ANOVA unidirectionnelle ou bidirectionnelle, et suivies du test de comparaisons multiples de Tukey, comme indiqué dans les légendes des figures respectives. P < 0,05 était considéré comme statistiquement significatif.

De plus amples informations sur la conception de la recherche sont disponibles dans le résumé des rapports de recherche sur la nature lié à cet article.

Les données source sous-jacentes au texte principal respectif (Figs. 1–4, 6) et aux figures supplémentaires (Figs. Supplémentaires 1, 2, 4, 5, 9–13, 18 et 19) sont fournies sous forme de fichier de données source. Les données sources sont fournies avec ce document. Les données sources de la Fig. 5 et des figures supplémentaires 14 à 17 ont été déposées sur le serveur Web https://dlab.clemson.edu/research/NanoPlasticEL/. Les données de description des s-dimères et des x-dimères ont été déposées dans la Protein Data Bank (PDB) sous les codes d'accession 3PPE et 4ZT1. Les données sources sont fournies avec ce document.

Wang, L. et al. Devenir environnemental, toxicité et stratégies de gestion des risques des nanoplastiques dans l'environnement : état actuel et perspectives futures. J. Hazard. Mater. 401, 123415 (2021).

Article CAS PubMed Google Scholar

PlasticsEurope. Plastiques - les faits 2019. PlasticsEurope, (2019).

Bhattacharya, P., Lin, S., Turner, JP & Ke, PC L'adsorption physique des nanoparticules de plastique chargées affecte la photosynthèse des algues. J.Phys. Chim. C. 114, 16556–16561 (2010).

Article CAS Google Scholar

Prata, JC Microplastiques aéroportés : Conséquences pour la santé humaine ? Environ. Pollution. 234, 115-126 (2018).

Article CAS PubMed Google Scholar

Lim, SL et al. La métabolomique ciblée révèle les effets biologiques différentiels des nanoplastiques et du nanozno dans les cellules pulmonaires humaines. Nanotoxicologie 13, 1117-1132 (2019).

Article CAS PubMed Google Scholar

Liu, Z. et al. Effets des nanoplastiques à la concentration environnementale prévue sur la daphnie pulex après exposition sur plusieurs générations. Environ. Pollution. 256, 113506 (2020).

Article CAS PubMed Google Scholar

Brandts, I. et al. Effets des nanoplastiques de polyméthacrylate de méthyle sur Dicentrarchus labrax. Génomique 110, 435–441 (2018).

Article CAS PubMed Google Scholar

Tan, Y., Zhu, X., Wu, D., Song, E. et Song, Y. L'effet autophagique compromis des nanoplastiques de polystyrène médié par la protéine corona a été récupéré après la dégradation lysosomale de Corona. Environ. Sci. Technol. 54, 11485–11493 (2020).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Nie, J. et al. L'exposition aux nanoplastiques de polystyrène a provoqué une morphogenèse défectueuse du tube neural par endocytose médiée par les cavéoles et une apoptose défectueuse. Nanotoxicologie 15, 885–904 (2021).

CAS PubMed Google Scholar

Forte, M. et al. Internalisation des nanoparticules de polystyrène dans les cellules d'adénocarcinome gastrique humain. Toxicol. Vitr. 31, 126-136 (2016).

Article CAS Google Scholar

Chiu, HW et al. Les nanosphères de polystyrène cationique induisent la mort cellulaire autophagique par l'induction d'un stress du réticulum endoplasmique. Nanoscale 7, 736–746 (2015).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Ruenraroengsak, P. & Tetley, TD Bioréactivité différentielle des nanoparticules de polystyrène neutres, cationiques et anioniques avec des cellules du compartiment alvéolaire humain : réponse robuste des cellules épithéliales alvéolaires de type 1. Partie. Fibre Toxicol. 12, 19 (2015).

Article PubMed PubMed Central CAS Google Scholar

Sokmen, TO et al. Les nanoplastiques de polystyrène (20 nm) sont capables de se bioaccumuler et de causer des dommages oxydatifs à l'ADN dans le tissu cérébral de l'embryon de poisson zèbre (Danio rerio). Neurotoxicologie 77, 51–59 (2020).

Article CAS PubMed Google Scholar

Setyawati, MI et al. Les nanomatériaux de dioxyde de titane provoquent une fuite des cellules endothéliales en perturbant l'interaction homophile de la ve-cadhérine. Nat. Commun. 4, 1673 (2013).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Peng, F. et al. Les nanoparticules favorisent l'intravasation et l'extravasation in vivo des cellules cancéreuses du sein en induisant une fuite endothéliale. Nat. Nanotechnologie. 14, 279-286 (2019).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Tee, JK et al. Interactions des nanoparticules avec le système vasculaire dans les maladies. Chim. Soc. Rév. 48, 5381–5407 (2019).

Article CAS PubMed Google Scholar

Tay, CY, Setyawati, MI & Leong, DT Densité des nanoparticules : un régulateur biophysique critique de la perméabilité endothéliale. ACS Nano 11, 2764–2772 (2017).

Article CAS PubMed Google Scholar

Klionsky, DJ & Emr, SD Biologie cellulaire - autophagie en tant que voie régulée de dégradation cellulaire. Sciences 290, 1717-1721 (2000).

Article ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Shintani, T. & Klionsky, DJ Autophagie dans la santé et la maladie : une épée à double tranchant. Sciences 306, 990–995 (2004).

Article ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Klionsky, DJ et al. Lignes directrices pour l'utilisation et l'interprétation des tests de surveillance de l'autophagie. Autophagie 8, 445–544 (2012).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Lee, M. et al. Un cadre de transport paracellulaire via une fuite endothéliale induite par des nanoparticules. Adv. Sci. 8, e2102519 (2021).

Article CAS Google Scholar

Pandey, RK & Prajapati, VK Effets toxiques moléculaires et immunologiques des nanoparticules. Int. J. Biol. Macromol. 107, 1278-1293 (2018).

Article CAS PubMed Google Scholar

Mortezaee, K. et al. Interactions redox et génotoxicité des nanoparticules à base de métaux : une revue complète. Chim. Biol. Interagir. 312, 108814 (2019).

Article CAS PubMed Google Scholar

Apopa, PL et al. Les nanoparticules d'oxyde de fer induisent la perméabilité des cellules endothéliales microvasculaires humaines par la production d'espèces réactives de l'oxygène et le remodelage des microtubules. Partie. Fibre Toxicol. 6, 1 (2009).

Article PubMed PubMed Central CAS Google Scholar

Wang, YX et al. Les intégrines régulent la ve-cadhérine et les caténines : Dépendance de cette régulation à Src, mais pas à Ras. Proc. Natl Acad. Sci. ETATS-UNIS. 103, 1774–1779 (2006).

Article ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Calvo, F. et al. La mécanotransduction et le remodelage matriciel dépendant de Yap sont nécessaires à la génération et au maintien des fibroblastes associés au cancer. Nat. Cell Biol. 15, 637–646 (2013).

Article CAS PubMed Google Scholar

Giannotta, M., Trani, M. & Dejana, E. Ve-cadhérine et jonctions adhérentes endothéliales : gardiens actifs de l'intégrité vasculaire. Dév. Cellule 26, 441–454 (2013).

Article CAS PubMed Google Scholar

Komarova, Y. & Malik, AB Régulation de la perméabilité endothéliale via les voies de transport paracellulaire et transcellulaire. Annu. Rév. Physiol. 72, 463–493 (2010).

Article CAS PubMed Google Scholar

Taddei, A. et al. Les jonctions endothéliales adhérentes contrôlent les jonctions serrées par la régulation à la hausse médiée par la ve-cadhérine de la claudine-5. Nat. Cell Biol. 10, 923–934 (2008).

Article CAS PubMed Google Scholar

Klomp, JE et al. L'activation de la kinase Src variant dans le temps détermine la réponse de perméabilité endothéliale. Chimie cellulaire. Biol. 26, 1081-1094 (2019).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Oas, RG et al. La P120-caténine et la bêta-caténine régulent différemment la fonction adhésive de la cadhérine. Mol. Biol. Cellule 24, 704–714 (2013).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Alcaide, P. et al. La P120-caténine régule la transmigration des leucocytes par un effet sur la phosphorylation de la ve-cadhérine. Sang 112, 2770–2779 (2008).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Rossi, G., Barnoud, J. & Monticelli, L. Les nanoparticules de polystyrène perturbent les membranes lipidiques. J.Phys. Chim. Lett. 5, 241-246 (2014).

Article CAS PubMed Google Scholar

Bochicchio, D. et al. Le polystyrène perturbe la structure, la dynamique et les propriétés mécaniques des membranes DPPC : une étude expérimentale et informatique. J. Colloid Interface Sci. 605, 110-119 (2022).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Mohammadpour, R. et al. Évaluation de la toxicité chronique sur un an de nanoparticules de silice administrées par voie intraveineuse à dose unique chez la souris et de leur hémocompatibilité humaine ex vivo. J. Contrôle. Rel. 324, 471–481 (2020).

Article CAS Google Scholar

Recordati, C. et al. Distribution tissulaire et toxicité aiguë de l'argent après administration intraveineuse unique chez la souris : effets nano-spécifiques et dépendants de la taille. Partie. Fibre Toxicol. 13, 12 (2016).

Article PubMed PubMed Central CAS Google Scholar

Claesson-Welsh, L., Dejana, E. & McDonald, DM Perméabilité de la barrière endothéliale : identifier et concilier les controverses. Tendances Mol. Méd. 27, 314-331 (2021).

Article CAS PubMed Google Scholar

Sun, YX, Wang, B., Ge, XW & Ding, F. Dynamique distincte d'oligomérisation et de fibrillation des séquences centrales amyloïdes de l'amyloïde-bêta et du polypeptide amyloïde des îlots. Phys. Chim. Chim. Phys. 19, 28414–28423 (2017).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Sun, YX, Ge, XW, Xing, YT, Wang, B. & Ding, F. Oligomères bêta-tonneaux en tant qu'intermédiaires communs de peptides s'auto-assemblant en agrégats croisés bêta. Sci. Rep. 8, 10353 (2018).

Article ADS PubMed PubMed Central CAS Google Scholar

Sun, YX et al. Auto-assemblage amyloïde de hIAPP8-20 via l'accumulation d'oligomères hélicoïdaux, la transition de l'hélice à la feuille et la formation d'intermédiaires en barillet. Petit 15, e1805166 (2019).

Article PubMed PubMed Central CAS Google Scholar

Basak, S. et al. Sondage des lieurs interdomaines et de la structure supertertiaire des protéines in vitro et dans des cellules vivantes avec transfert d'énergie de résonance des protéines fluorescentes. J. Mol. Biol. 433, 166793 (2021).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Orozco, ISY et al. Identification des interactions interdomaines faibles qui stabilisent la structure supertertiaire des domaines PDZ en tandem n-terminaux de PSD-95. Nat. Commun. 9, 3724 (2018).

Article ADS CAS Google Scholar

Huma, ZE et al. Le nanoargent atténue la formation de biofilm via l'inhibition de l'amylose FapC. Petit 16, e1906674 (2020).

Article PubMed PubMed Central CAS Google Scholar

Javed, I. et al. Cofibrillation de protéines amyloïdes pathogènes et fonctionnelles avec des nanoparticules d'or contre l'amyloïdogenèse. Biomacromolécules 18, 4316–4322 (2017).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ding, F., Tsao, D., Nie, HF & Dokholyan, NV Pliage ab initio de protéines avec une dynamique moléculaire discrète de tous les atomes. Structure 16, 1010–1018 (2008).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Brooks, BR et al. Charmm - un programme pour les calculs d'énergie macromoléculaire, de minimisation et de dynamique. J. Comput. Chim. 4, 187-217 (1983).

Article CAS Google Scholar

Lazaridis, T. & Karplus, M. Fonction énergétique efficace pour les protéines en solution. Protéines 35, 133–152 (1999).

3.0.CO;2-N" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F%28SICI%291097-0134%2819990501%2935%3A2%3C133%3A%3AAID-PROT1%3E3.0.CO%3B2-N" aria-label="Article reference 47" data-doi="10.1002/(SICI)1097-0134(19990501)35:23.0.CO;2-N">Article CAS PubMed Google Scholar

Ding, F., Borreguero, JM, Buldyrey, SV, Stanley, HE & Dokholyan, NV Mécanisme de la transition de l'hélice alpha à l'épingle à cheveux bêta. Protéines 53, 220–228 (2003).

Article CAS PubMed Google Scholar

Brasch, J. et al. Structure et mécanisme de liaison de la cadhérine endothéliale vasculaire : une cadhérine classique divergente. J. Mol. Biol. 408, 57-73 (2011).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Wang, B. et al. Comprendre les effets de la taille du dendrimère PAMAM et de la chimie de surface sur la liaison aux protéines sériques avec des simulations de dynamique moléculaire discrète. Maintien ACS. Chim. Ing. 6, 11704–11715 (2018).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Kesner, BA, Ding, F., Temple, BR & Dokholyan, NV Les brins N-terminaux des domaines de la filamine Ig agissent comme un interrupteur conformationnel sous les forces biologiques. Protéines 78, 12–24 (2010).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Télécharger les références

Ce travail a été soutenu par le National Key R&D Program of China (2021YFA1200900 CC and PCK), Department of Science and Technology of Guangdong Province (2019GD0101 CC), National Natural Science Foundation of China (21976145 YS, 21974110 YS et 82104087 YL), National Science Foundation (CAREER CBET-1553945 FD) et National Institutes of Health (MIRA R35GM119691 FD).

Ces auteurs ont contribué à parts égales : Wei Wei, Yuhuan Li.

State Key Laboratory of Environmental Chemistry and Ecotoxicology, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100085, Chine

Wei Wei & Yang chanson

Laboratoire clé d'analyse de luminescence et de détection moléculaire, ministère de l'Éducation, Collège des sciences pharmaceutiques, Université du Sud-Ouest, 2 Tiansheng Rd, district de Beibei, Chongqing, 400715, Chine

Wei Wei

Institut du cancer du foie, Hôpital Zhongshan, Université Fudan, Shanghai, 200032, Chine

Yuhuan Li

Drug Delivery, Disposition and Dynamics, Monash Institute of Pharmaceutical Sciences, Monash University, 381 Royal Parade, Parkville, VIC, 3052, Australie

Yuhuan Li, Nicholas Andricopoulos et Pu Chun Ke

Département de physique et d'astronomie, Clemson University, Clemson, SC, 29634, États-Unis

Myeongsang Lee et Feng Ding

Collège des sciences et de l'ingénierie de l'environnement, Université de Tongji, 1239 Siping Road, Shanghai, 200092, Chine

Sijie Lin

CAS Key Laboratory for Biomedical Effects of Nanomaterials and Nanosafety, National Center for Nanoscience and Technology of China, Pékin, 100190, Chine

Chunying Chen

Département de génie chimique et biomoléculaire, Université nationale de Singapour, 4 Engineering Drive 4, Singapour, 117585, Singapour

David Tai Leong

Centre de nanomédecine, The Great Bay Area National Institute for Nanotechnology Innovation, 136 Kaiyuan Avenue, Guangzhou, 510700, Chine

Pu Chun Ke

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

PCK a conçu le projet. PCK, DTL, YS, FD, CC et SL ont contribué à la conception du projet. YL, WW, ML et PCK ont rédigé le manuscrit. WW et YS ont effectué in vitro et ex vivo transwell, voies de signalisation, ROS, autophagie, apoptose et essais in vivo. YL et NA ont effectué TEM, DLS, potentiel zêta, microscopie confocale à fluorescence, transwell, ainsi qu'une analyse de la zone d'écart. ML et FD ont effectué des simulations et des analyses DMD et sDMD. YL a effectué une analyse globale des données expérimentales et une représentation des figures. Tous les auteurs ont discuté et se sont mis d'accord sur la présentation du manuscrit.

Correspondance avec Yang Song ou Pu Chun Ke.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Nature Communications remercie Elena Del Favero, Guang Wang et les autres examinateurs anonymes pour leur contribution à l'examen par les pairs de ce travail. Des rapports d'examen par les pairs sont disponibles

Note de l'éditeur Springer Nature reste neutre en ce qui concerne les revendications juridictionnelles dans les cartes publiées et les affiliations institutionnelles.

Libre accès Cet article est sous licence Creative Commons Attribution 4.0 International License, qui permet l'utilisation, le partage, l'adaptation, la distribution et la reproduction sur n'importe quel support ou format, tant que vous donnez le crédit approprié à l'auteur ou aux auteurs originaux et à la source, fournissez un lien vers la licence Creative Commons et indiquez si des modifications ont été apportées. Les images ou tout autre matériel tiers dans cet article sont inclus dans la licence Creative Commons de l'article, sauf indication contraire dans une ligne de crédit au matériel. Si le matériel n'est pas inclus dans la licence Creative Commons de l'article et que votre utilisation prévue n'est pas autorisée par la réglementation légale ou dépasse l'utilisation autorisée, vous devrez obtenir l'autorisation directement du détenteur des droits d'auteur. Pour voir une copie de cette licence, visitez http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Réimpressions et autorisations

Wei, W., Li, Y., Lee, M. et al. L'exposition aux nanoplastiques anioniques induit une fuite endothéliale. Nat Commun 13, 4757 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-32532-5

Télécharger la citation

Reçu : 02 décembre 2021

Accepté : 03 août 2022

Publié: 13 août 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41467-022-32532-5

Toute personne avec qui vous partagez le lien suivant pourra lire ce contenu :

Désolé, aucun lien partageable n'est actuellement disponible pour cet article.

Fourni par l'initiative de partage de contenu Springer Nature SharedIt

En soumettant un commentaire, vous acceptez de respecter nos conditions d'utilisation et nos directives communautaires. Si vous trouvez quelque chose d'abusif ou qui ne respecte pas nos conditions ou directives, veuillez le signaler comme inapproprié.