Αλληλεπιδράσεις μετάλλων και μεταλλοπρωτεϊνών in vivo και in vitro μετά από stress

Abstract

Metals' toxic actions affecting, directly or indirectly, cells, organs or organic systems are manifested by acute or chronic symptoms, depending on metal species, their toxicity and exposure time. The aim of the present work was the study of cadmium (Cd) effects, at sub toxic and toxic concentrations, for various exposure times, in vitro (in human fetal lung fibroblasts MRC-5 and in mouse fetal fibroblasts NIH/3T3) and in vivo, focusing at its role as a toxic agent and as an endocrine disrupter of the aquatic species Carassius auratus (goldfish). The possible role of the essential metal zinc (Zn) as a recovering agent towards cadmium's toxic actions was also studied. Finally, cadmium's possible relation to reproductive disorders observed in Lake Pamvotis fish was investigated. Cadmium's toxicity in vitro, in 3T3 και MRC-5 cell lines, which was assessed through reduction of cell viability and cell proliferating ability, seems to be effective for metal exposure higher than 1μΜ. However, 0.1-1μΜ Cd seems to increase cell viability and proliferation. Cadmium's toxicity in vivo, in Carassius populations, after exposure to 1-5 ppb Cd, which was estimated through metal detection in organs via Atomic Absorbance Spectrophotometry with graphite furnace (GF-AAS), causes time- and dose-dependent metal concentration increase in all organs (gills, kidneys, liver, gonads) except in muscle, 1ppb of Cd seems to be the most liver-toxic concentration both functionally and histologically. Cadmium seems to act as an endocrine disrupter. After exposure of female Carassius to 5ppb Cd, their reproductive maturity, which was assessed through serum 17-β estradiol concentration with RIA και gonad histology, is delayed but as metal levels increase protective mechanisms seem to be induced that compensate partially the disruptions caused by the metal. The group exposed to 1pb Cd seems to be affected functionally, so that under certain circumstances low Cd concentrations are bioactive but inadequate to induce protective mechanisms Compensating Cd's toxic or endocrine actions of metal exposed populations of Carassius through Zn exposure is not effective, whereas their removal in Cd-free environment is more effective.

Η τοξική δράση των μετάλλων ασκείται άμεσα ή έμμεσα σε κυτταρικό επίπεδο, σε επίπεδο οργάνων ή και συστημάτων και εκδηλώνεται με οξέα ή χρόνια συμπτώματα ανάλογα με το είδος του μετάλλου, την τοξικότητα της συγκέντρωσης του και τον χρόνο έκθεσης του οργανισμού. Σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η μελέτη των δράσεων ενός μετάλλου, του καδμίου (Cd), σε υποτοξικές και τοξικές συγκεντρώσεις και διάφορους χρόνους έκθεσης, σε κύτταρα (εμβρυϊκοί ινοβλάστες ανθρώπινου πνεύμονα MRC-5 και εμβρυϊκοί ινοβλάστες ποντικού ΝΙΗ/3Τ3) και σε οργανικό επίπεδο με εστίαση στον ρόλο του ως τοξικού βαρέος μετάλλου και ως ενδοκρινούς διαταράκτη της αναπαραγωγικής λειτουργίας σε έναν υδρόβιο οργανισμό, το χρυσόψαρο Carassius auratus. Επίσης μελετήθηκε ο ρόλος ενός απαραίτητου μετάλλου, του ψευδαργύρου (Zn), στην αποκατάσταση των τοξικών δράσεων του καδμίου. Τέλος, επιχειρήθηκε να διευκρινιστεί η πιθανολογούμενη σχέση του καδμίου με την αδυναμία αναπαραγωγής που παρατηρείται σε γεννήτορες ιχθύων στο περιβάλλον της Λίμνης Παμβώτιδας. Η τοξικότητα του Cd in vitro, σε κυτταρικές σειρές 3Τ3 και MRC-5, που υπολογίστηκε μέσω της μείωσης της κυτταρικής βιωσιμότητας και της ικανότητας πολλαπλασιασμού φαίνεται να είναι σημαντική για επίπεδα έκθεσης στο μέταλλο μεγαλύτερα του 1μΜ. Οι συγκεντρώσεις ωστόσο 0.1-1μΜ φαίνεται να προκαλούν αύξηση της βιωσιμότητας και του πολλαπλασιασμού των κυττάρων. Η τοξικότητα του Cd in vivo, σε πληθυσμούς Carassius, κατόπιν έκθεσης τους σε 1-5 ppb Cd, που υπολογίστηκε μέσω προσδιορισμού του μετάλλου σε ιστούς, με τη μέθοδο της Φασματοφωτομετρίας Ατομικής Απορρόφησης με φούρνο γραφίτη (GF-AAS) προκαλεί χρόνο- και δόσο- εξαρτώμενη αύξηση των συγκεντρώσεων του σε όλους τους ιστούς (βράγχια, νεφρούς, ήπαρ, γονάδες) πλην του μυϊκού. Η συγκέντρωση Cd 1ppb φαίνεται να είναι λειτουργικά και ιστολογικά η πλέον ηπατοτοξική. Το Cd φαίνεται να έχει δράσεις ενδοκρινούς διαταράκτη. Κατόπιν έκθεσης σε Cd 5ppb θηλυκών Carassius, η αναπαραγωγική ωρίμανση που εκτιμήθηκε μέσω της 17-β οιστραδιόλης ορού με τη μέθοδο της ραδιοανοσομετρίας (RIA) και ιστολογικής εξέτασης των γονάδων, καθυστερεί αλλά όσο αυξάνεται η συγκέντρωση του μετάλλου χρονικά φαίνεται ότι επάγονται προστατευτικοί μηχανισμοί, που αποκαθιστούν μερικά τις προκύπτουσες διαταραχές από τα μέταλλα. Η ομάδα που εκτέθηκε σε Cd 1ppb φαίνεται να επηρεάζεται σημαντικά λειτουργικά, με αποτέλεσμα, υπό ορισμένες συνθήκες, οι μικρές συγκεντρώσεις να είναι αρκετά βιοδραστικές και ελάχιστα επαγωγικές προστατευτικών μηχανισμών. Η αποκατάσταση των τοξικών ή ενδοκρινικών επιπτώσεων του Cd σε επιβαρημένους από το μέταλλο πληθυσμούς Carassius με έκθεση σε Zn δεν είναι αποτελεσματική, ενώ η μεταφορά τους σε περιβάλλον ελεύθερο Cd είναι αποτελεσματικότερη.