МОЛЕКУЛЯРНІ МАРКЕРИ ЦИТОТОКСИЧНОЇ ДІЇ МІДЬ-ВМІСТНИХ ПЕСТИЦИДІВ
Анотація
Незважаючи на добре відомий факт, що іони міді є високотоксичними для гідробіонтів, мідний купорос залишається одним із поширених пестицидів у вирощувані риби. Висока цитотоксичність і накопичення іонів міді в осадах потребують вивчення та розрахунку оптимального дозування для використання його як антисептичного засобу. Основним механізмом, який супроводжується токсичною дією іонів міді, є генерація окисного стресу. Клітини нервової тканини надзвичайно чутливі до окислювальних пошкоджень, а функції ЦНС мають вирішальне значення для організму.
Дослідження впливу іонів міді на клітини нервової тканини є принциво важливими для оцінки цитотоксичності пестицидів. Гліальні клітини підтримують структуру і багато життєво важливих функцій нейронів. Гліальний фібрилярний кислий білок цитоскелету (GFAP), транскрипційний ядерний фактор легкого каппа-ланцюга активованих В-клітин (NF-kB) і полі-(АДФ-рибозо)-полімераза (PARP) є критичними учасниками клітинної відповіді на різні токсичні впливи.
Вивчали вплив іонів міді на експресію PARP, NF-kB та GFAP у тканині мозку райдужної форелі (Rainbow trout). Протягом 96 годин риби піддавалися впливу сублетальної концентрацій мідного купоросу (380 мкг/л). Вестерн-блот-аналіз GFAP і PARP використовувався для оцінки подальших ефектів у тканині мозку. Загалом, усі досліджувані дози міді значно знижували експресію GFAP. Однак, збільшення вмісту GFAP було виявлене за умов експозиції міді протягом 24 години. Крім того, експозиція мідним купоросом викликала в мозку риб незначну втрату вміста β-актину, особливо в групі 96-годинної експозиції.
Отримані результати продемонстрували значне порушення експресії транскрипційного фактора NF-kB в головному мозку груп риб під впливом міді. Виявлені зміни показали дозозалежний ефект сублетальної дози мідного купоросу. Однак вплив низьких доз іонів міді не показав ефекту в групі риб, які отримували лікування протягом 24 годин. Порівняльний аналіз вмісту PARP в мозку риб, які піддалися впливу міді, показав залежність цитотоксичної дії в залежності від тривалості впливу у межах 24 – 96 годин. Таким чином, сублетальні дози міді можуть пригнічувати експресію PARP залежно від часу. Результати показали, що іони міді можуть викликати астрогліальну відповідь, що супроводжується модуляцією експресії NF-kB і PARP-1. Отримані дані свідчать про значний вплив мідного купоросу на астрогліоз і репарацію пошкоджень ДНК в мозку риб.
Список літератури
Calomeni, A. J., Kinley, C. M., Geer, T. D., Iwinski, K. J., Hendrikse, M., & Rodgers, J. H. Jr. Rela-tionship among aqueous copper half-lives and res-ponses of Pimephales promelas to a series of copper sulphate pentahydrate concentrations. (2018). Eco-toxicology, 27(3), 278–285. doi: 10.1007/s10646-018-1893-9.
Picon-Camacho, S.M., Marcus-Lopez, M., Bron, J.E., & Shinn, A.P. (2012). An assessment of the use of drug and non-drug interventions in the treatment of Ichthyophthirius miltifiliis Fouquet, 1876, a protozoan parasite of freshwater fish. Parasitology, 139(2), 149–190. https://doi.org/10.1017/S0031182011001867
Parks, A.N., Cantwell, M.G., Katz, D.R., Cashman, M.A., Luxton, T.P., Clar, J.G., Perron, M.M., Portis, L., Ho, K.T., & Burgess, R.M. (2018). Assessing the release of copper from nanocopper-treated and conventional copper-treated lumber into marine waters II: Forms and bioavailability. Environ Toxicol Chem. 37(7), 1969–1979. doi: 10.1002/etc.4140.
Marcussen, H., L?jmand, H., Dalsgaard, A., Hai, D.M., & Holm, P.E. (2014). Copper use and accumulation in Catfish Culture in the Mekong Delta, Vietnam. Journal of Environmental Science and Health. Part A: Toxic Hazardous Substances and Environmental Engineering, 49(2), 187–192. http://dx.doi.org/10.1080/10934529.2013.838869.
Wang, B., Feng, L., Jiang, W.D., Wu, P., Kuang, S.Y., Jiang, J., Tang, L., Tang, W.N., Zhang, Y.A., Liu, Y., & Zhou, X.Q. (2015). Copper-induced tight junction mRNA expression changes, apoptosis and antioxidant responses via NF-kB, TOR and Nrf2 signaling molecules in the gills of fish: preventive role of arginine. Aquatic Toxicology, 158, 125–137. https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2014.10.025
Thomsen, R., Daugaard, T.F., Holm, I.A., & Nielsen, A.L. (2013). Alternative mRNA splicing from the glial fibrillary acidic protein (GFAP) gene generates isoforms with distinct subcellular mRNA localization patterns in astrocytes. Plos One, 8(8), e72110. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0072110
Nedzvetsky, V.S., Tuzcu, M., Yasar, A., Tikhomirov, A.A., & Baydas, G. (2006). Effects of vitamin E against aluminum neurotoxicity in rats. Biochemistry (Moscow), 71(3), P. 239–244. https://doi.org/10.11 34/ S0006297906030023
Nedzvetsky V. S., Agca C. A., Baydas G. The peptidoglycan fraction enriched with muramyl pentapeptide from lactobacillus bulgaricus inhibits glioblastoma U373MG cell migration capability and upregulates PARP1 and NF-kB levels. Biotechno-logia Acta, V. 13, No 2, 2020, P. 65-79.
Razmara P, Sharpe J, Pyle GG. Rainbow trout (On-corhynchus mykiss) chemosensory detection of and reactions to copper nanoparticles and copper ions. Environ Pollut. 2020, 260, 113925. doi: 10.1016/ j.envpol.2020.113925
Nedzvetsky, V. S., Sukharenko, E. V., Kyrychenko, S. V., & Baydas, G. (2018). Soluble curcumin pre-vents cadmium cytotoxicity in primary rat astrocytes by improving a lack of GFAP and glucose-6-phosphate-dehydrogenase. Regulatory Mechanisms in Biosystems, 9(4), 501–507. doi:10.15421/021875
Łuczyńska, J., Paszczyk, B., & Łuczyński, M.J. (2018). Fish as a bioindicator of heavy metals pol-lution in aquatic ecosystem of Pluszne Lake, Poland, and risk assessment for consumer's health. Ecotoxicol Environ Saf. 30(153), 60–67. doi: 10.1016/j.ecoenv. 2018.01.057.
Dornelles Zebral, Y., Roza, M., da Silva Fonseca, J., Gomes Costa, P., St?rmer de Oliveira, C., Gubert Zocke, T., Lemos Dal Pizzol, J., Berteaux Robaldo, R., & Bianchini, A. (2019). Waterborne copper is more toxic to the killifish Poecilia vivipara in elevated temperatures: Linking oxidative stress in the liver with reduced organismal thermal performance. Aquat Toxicol. 209, 142–149. doi: 10.1016/j.aquatox. 2019.02.005.
Tseng, H.L., Li, C.J., Huang, L.H., Chen, C.Y., Tsai, C.H., Lin, C.N., & Hsu, H.Y. (2012). Quercetin 3-O-methyl ether protects FL83B cells from copper induced oxidative stress through the PI3K/Akt and MAPK/Erk pathway. Toxicology and Applied Pharmacology, 264(1), 104–113. https://doi.org/10. 1016/j.taap.2012.07.022
Marcussen, H., L?jmand, H., Dalsgaard, A., Hai, D.M., & Holm, P.E. (2014). Copper use and accumulation in Catfish Culture in the Mekong Delta, Vietnam. Journal of Environmental Science and Health. Part A: Toxic Hazardous Substances and Environmental Engineering, 49(2), 187–192. http://dx.doi.org/10.1080/10934529.2013.838869.
Tan, F., Wang, M., Wang, W., & Lu, Y. (2008). Comparative evaluation of the cytotoxicity sensitivity of six fish cell lines to four heavy metals in vitro. Toxicology in Vitro, 22(1), 164–170. https://doi. org/10.1016/j.tiv.2007.08.020
Eng, L.F., Ghirnikar, R.S., & Lee, Y.L. (2000). Glial fibrillary acidic protein: GFAP-thirty-one years (1969–2000). Neurochemical Research, 25(9-10), 1439–1451. https://doi.org/10.1023/A:1007677003 387
Chen, M. H., Hagemann, T. L., Quinlan, R. A., Messing, A., & Perng, M. D. (2013). Caspase cleavage of GFAP produces an assembly-com-promised proteolytic fragment that promotes filament aggregation. ASN Neuro, 5(5), 293–308. http://dx. doi. org/10.1042/AN20130032.
Cao, L., Ding, W., Jia, R., Du, J., Wang, T., Zhang, C., Gu, Z., & Yin, G. (2017). Anti-inflammatory and hepatoprotective effects of glycyrrhetinic acid on CCL4-induced damage in precision-cut liver slices from Jian Carp (Cyprinus carpio var. jian) through ınhibition of the NF-kB pathway. Fish and Shellfish Immunology, 64, 234–242. http://dx.doi.org/10. 1016/j.fsi.2017.03.007
Zeng, Y.Y., Jiang, W.D., Liu, Y., Wu, P., Zhao, J., Jiang, J., Kuang, S.Y., Tang, L., Tang, W.N., Zhang, Y.A., Zhou, X.Q., & Feng, L. (2016). Dietary alpha-linolenic acid/linoleic acid ratios modulate ıntestinal immunity, tight junctions, anti-oxidant status and mRNA levels of NF-kB p65, MLCK and Nrf2 in Juvenile Grass Carp (Ctenopharyngodon idella). Fish and Shellfish Immunology, 51, 351–364. https://doi.org/10.1016/j.fsi.2015.11.026
Formentini L., Arapistas P., Pittelli M., Jacomelli M., Pitozzi V., Menichetti S., Romani F., Giovannelli L., Moroni F., Chiarugi A. (2008). Mono-galloyl glucose derivatives are potent poly(ADP-ribose) glycohydrolase (PARG) inhibitors and partially reduce PARP-1-dependent cell death. Br J Pharmacol. 155(8), 1235–1249. doi: 10.1038/bjp.2008.370
Wang X., Li H., Ding S. (2014). The Effects of NAD + on Apoptotic Neuronal Death and Mitochondrial Biogenesis and Function after Glutamate Excitotoxicity. Int J Mol Sci. 15(11), 20449–20468. doi: 10.3390/ijms151120449 Meli, 2004