Abstract | Keywords | Export | Availability | Bookmark

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Aminoglycosides are used in the clinics for the treatment of life-threatening infections by Gram-negative bacteria. Unfortunately, their use is limited by the development of nephrotoxicity in 10% of patients.
In this context, the search for early toxicity markers or for tests able to foresee the toxicity of new molecules in development is of great interest.
At therapeutic concentrations, the aminoglycoside gentamicin induces apoptosis in vivo in the kidneys of treated rats. Comparative studies revealed a parallelism between the extent of apoptosis and the toxicological potency for several aminoglycosides of different toxicity. No equivalent comparative study has been performed in vitro in cultured cells so far.
In this work, we have incubated both renal (LLC-PK1) and non renal (J774 macrophages) cells with two aminoglycosides presenting distinct nephrotoxicity, namely gentamicin and amikacin (gentamicin > amikacin).
We have determined the importance of drug-induced apoptosis in the two selected models (by DAPI staining and caspase-3 assay [an enzyme known to be implicated in the apoptotic process]). To try to understand the underlying mechanism of induced apoptosis, we have studied the aminoglycoside accumulation (microbiological assay), and the potential role of cytosolic aminoglycosides (electroporation). Finally, we have examined the potential occurrence of lysosomal permeabilisation and/or mitochondrial activation.
Our results show a significant difference between the number of apoptotic cells upon exposure to gentamicin or amikacin. Systematically, and irrespective to the cell type used (LLC-PK1 or J774 macrophages), the incubation time, or the aminoglycoside concentration, the number of apoptotic cells was higher in gentamicin-treated cells as compared to amikacin-treated cells, suggesting a correlation between the in vitro induction of apoptosis and the development of in vivo nephrotoxicity.
Considering now the mechanism implicated in the development of aminoglycoside-induced apoptosis, our électroporation studies and our determination of the aminoglycoside cellular accumulation showed a preponderant role of the cytosolic localization of the aminoglycosides. Nevertheless, the intrinsic ability of aminoglycosides to activate the mitochondria (cytochrome c release) and/or the caspase-3 are probably important parameters that should also be taken into consideration. Les aminoglycosides sont utilisés en clinique pour le traitement d’infections sévères par des bactéries à Gram négatif. Malheureusement, leur usage s’accompagne d’une néphrotoxicité qui touche près de 10% des patients.
Dans ce cadre, la recherche de marqueurs précoces de toxicité ou de tests permettant de prévoir la toxicité de nouvelles molécules en développement est d’un grand intérêt.
A doses thérapeutiques, la gentamicine, un antibiotique de la famille des aminoglycosides, induit de l’apoptose in vivo dans les reins de rats traités, et un parallélisme a pu être établi entre l’importance de l’apoptose induite et la toxicité observée en clinique pour plusieurs aminoglycosides de toxicité différente. Aucune étude comparative entre aminoglycosides de toxicité différente n’a encore été réalisée in vitro, sur des modèles de cellules en culture.
Dans ce travail, nous avons incubé des cellules rénales (LLC-PK1) et non rénales (macrophages J774) avec deux aminoglycosides de potentiel néphrotoxique différent, la gentamicine et l’amikacine (gentamicine > amikacine).
Nous avons déterminé l’importance de l’apoptose induite par les antibiotiques sur les deux types cellulaires (par marquage au DAPI et dosage de l’activité de la caspase-3, une enzyme clé dans le processus apoptotique). Afin d’étudier le mécanisme sous-jacent, nous nous sommes intéressés à l’accumulation des aminoglycosides dans les cellules (dosage microbiologique) et au rôle des aminoglycosides présents au sein du cytosol (techniques d’électroporation). Enfin, nous avons recherché une éventuelle perméabilisation lysosomiale et/ou une activation de la mitochondrie.
Nos résultats montrent une différence significative entre le nombre de cellules en apoptose lorsque celles-ci sont incubées avec la gentamicine ou l’amikacine. De façon systématique, quel que soit le type cellulaire (LLC-PK1 ou macrophages J774), le temps d’incubation ou la concentration utilisée, le nombre de cellules en apoptose est plus important avec la gentamicine qu’avec l’amikacine, suggérant qu’un parallèle peut être établi entre l’apoptose observée sur cellules en culture et le développement de réactions néphrotoxiques in vivo.
D’un point de vue du mécanisme qui est impliqué dans le développement de réactions apoptotiques induites par les aminoglycosides, nos études d’électroporation et d’accumulation cellulaire montrent que si l’aminoglycoside présent dans le compartiment cytosolique joue un rôle majeur, sa capacité intrinsèque à activer la mitochondrie (libération du cytochrome c) et/ou la caspase-3 est probablement un paramètre important à prendre également en compte.

Apoptosis --- Aminoglycosides --- Gentamicins --- Amikacin