Les cellules sont le plus petit composant du corps qui peut remplir toutes les fonctions vitales de base. Chaque cellule remplit des fonctions spécialisées et joue un rôle dans le maintien de l’homéostasie. Bien que chaque cellule soit une entité indépendante, elle est fortement affectée par les dommages causés aux cellules voisines. Ces différents types de cellules se combinent pour former des tissus, qui sont des collections de cellules spécialisées qui remplissent un nombre relativement limité de fonctions spécifiques à ce type de tissu. Plusieurs billions de cellules composent le corps humain. Ces cellules sont de différents types, qui peuvent différer considérablement en taille, en apparence et en fonction.

Composants cellulaires primaires

Bien qu’il existe environ 200 types de cellules, elles ont toutes des caractéristiques similaires: membrane cellulaire, cytoplasme, organites et noyau. La seule exception est que le globule rouge mature ne contient pas de noyau. Les toxines peuvent blesser l’un des composants de la cellule, provoquant la mort cellulaire ou des dommages et un dysfonctionnement.

La figure 1 montre les différents composants d’une cellule composite.

Figure 1. Structure cellulaire de base
(Source de l’image: adapté des photos iStock, ©)

Les composants primaires d’une cellule typique comprennent les éléments suivants:

• Membrane cellulaire – une bicouche de phospholipides qui contient également du cholestérol et des protéines; ses fonctions sont de fournir un support et de contrôler l’entrée et la sortie de tous les matériaux. Nous discuterons de la structure de la membrane cellulaire et des mécanismes par lesquels les produits chimiques peuvent pénétrer ou être absorbés dans ou hors de la cellule dans la section Introduction à l’absorption plus tard dans ToxTutor.
• Cytoplasme – une solution aqueuse de minéraux, de molécules organiques et de gaz se trouvant entre la membrane cellulaire et le noyau.
• Noyau – une partie liée à la membrane d’une cellule qui contient des nucléotides, des enzymes et des nucléoprotéines; le noyau contrôle le métabolisme, la synthèse des protéines et le stockage et le traitement de l’information génétique.
• Cytosol – la partie liquide du cytoplasme qui distribue les matériaux par diffusion dans toute la cellule.
• Nucléole – une région dense du noyau qui contient l’ARN et l’ADN; C’est le site de la synthèse de l’ARNr et de l’assemblage des composants du ribosome.
• Réticulum endoplasmique – un vaste réseau de canaux membranaires qui s’étend dans tout le cytoplasme; il synthétise les produits sécrétoires et est responsable du stockage et du transport intracellulaires.
• Ribosomes – très petites structures constituées d’ARN et de protéines et effectuant la synthèse des protéines; certains ribosomes sont fixés (liés au réticulum endoplasmique) tandis que d’autres ribosomes sont libres et dispersés dans le cytoplasme.
• Mitochondries – organites ovales liés par une double membrane à plis internes renfermant d’importantes enzymes métaboliques ; ils produisent la quasi-totalité (95%) de l’ATP et de l’énergie nécessaires à la cellule.
• Lysosomes – vésicules contenant de fortes enzymes digestives; les lysosomes sont responsables de l’élimination intracellulaire des organites endommagés ou des agents pathogènes.
• Peroxysomes – très petits organites liés à la membrane qui contiennent une grande variété d’enzymes qui remplissent un ensemble diversifié de fonctions métaboliques.
• Appareil de Golgi – piles de membranes aplaties contenant des chambres; elles synthétisent, stockent, altèrent et emballent les produits sécrétoires.
• Centrioles – il y a deux centrioles, alignées à angle droit, chacune composée de 9 triplets de microtubules; ils organisent des fibres spécifiques des chromosomes pendant la division cellulaire, qui déplacent les chromosomes.
• Cils – projections en forme de fil de la couche externe de la membrane cellulaire, qui servent à déplacer les substances sur la surface cellulaire.

Composants cellulaires les plus sensibles aux xénobiotiques

Bien que tous les composants de la cellule puissent être endommagés par des xénobiotiques ou des produits corporels produits en réaction aux xénobiotiques, les composants les plus susceptibles d’être impliqués dans des dommages cellulaires sont la membrane cellulaire, le noyau, les ribosomes, les peroxysomes, les lysosomes et les mitochondries.

Les agents qui peuvent entraîner des modifications de la perméabilité de la membrane et de l’intégrité structurelle d’une cellule peuvent endommager les membranes cellulaires. Le mouvement des substances à travers les membranes cellulaires est contrôlé avec précision pour maintenir l’homéostasie de la cellule. Les modifications de la perméabilité de la membrane cellulaire induite par les toxines peuvent directement provoquer la mort cellulaire ou la rendre plus sensible à l’entrée de la toxine ou aux autres toxines qui en découlent. Les effets dans ce cas peuvent être la mort cellulaire, une fonction cellulaire altérée ou une division cellulaire incontrôlée (néoplasie).

Les noyaux contiennent le matériel génétique de la cellule (chromosomes ou ADN). Les xénobiotiques peuvent endommager le noyau, ce qui dans de nombreux cas entraîne la mort cellulaire, en empêchant sa capacité à se diviser. Dans d’autres cas, la constitution génétique de la cellule peut être modifiée de sorte que la cellule perd les contrôles normaux qui régulent la division. Autrement dit, il continue de se diviser et de devenir un néoplasme. La façon dont cela se produit est décrite dans la section Cancer de ToxTutor.

Les ribosomes utilisent les informations fournies par l’ADN nucléaire pour fabriquer des protéines. Les cellules diffèrent par le type de protéine qu’elles fabriquent. Par exemple, les ribosomes des cellules hépatiques fabriquent des protéines sanguines tandis que les ribosomes des cellules adipeuses fabriquent des triglycérides. Les ribosomes contiennent de l’ARN, structurellement similaire à l’ADN. Les agents capables d’endommager l’ADN peuvent également endommager l’ARN. Ainsi, des dommages toxiques aux ribosomes peuvent interférer avec la synthèse des protéines. En cas de lésion des ribosomes des cellules hépatiques, une diminution de l’albumine sanguine peut entraîner une altération du système immunitaire et du transport sanguin.

Les lysosomes contiennent des enzymes digestives qui fonctionnent normalement pour se défendre contre les maladies. Ils peuvent décomposer les bactéries et autres matériaux pour produire des sucres et des acides aminés. Lorsque les xénobiotiques endommagent les lysosomes, les enzymes peuvent être libérées dans le cytoplasme où elles peuvent rapidement détruire les protéines des autres organites, un processus appelé autolyse. Dans certaines maladies héréditaires, les lysosomes d’un individu peuvent manquer d’une enzyme lysosomale spécifique. Cela peut provoquer une accumulation de débris cellulaires et de déchets qui sont normalement éliminés par les lysosomes. Dans de telles maladies, appelées maladies de stockage lysosomales, les cellules vitales (telles que le cœur et le cerveau) peuvent ne pas fonctionner normalement, entraînant la mort de la personne malade.

Les peroxysomes, plus petits que les lysosomes, contiennent également des enzymes. Les peroxysomes absorbent et neutralisent normalement certaines toxines telles que le peroxyde d’hydrogène (H2O2) et l’alcool. Les cellules hépatiques contiennent des peroxysomes considérables qui éliminent et neutralisent les toxines absorbées par le tractus intestinal. Certains xénobiotiques peuvent stimuler certaines cellules (en particulier le foie) pour augmenter le nombre et l’activité des peroxysomes. Ceci, à son tour, peut stimuler la cellule à se diviser. Les xénobiotiques qui induisent l’augmentation des peroxysomes sont connus sous le nom de « proliférateurs de peroxysomes. »Leur rôle dans la causalité du cancer est discuté dans la section Cancer de ToxTutor.

Les mitochondries fournissent l’énergie nécessaire à une cellule (nécessaire à la survie), par un processus impliquant la synthèse de l’ATP. Si un xénobiotique interfère avec ce processus, la mort de la cellule s’ensuivra rapidement. De nombreux xénobiotiques sont des poisons mitochondriaux.

• Des exemples de poisons qui provoquent la mort cellulaire en interférant avec les mitochondries comprennent le cyanure, le sulfure d’hydrogène, la cocaïne, le DDT et le tétrachlorure de carbone.