Опасността от излагане на олово на пренаталното невроразвитие

По време на пренаталния период плодът започва да формира една от най-сложните структури в природата, човешкият мозък. Този процес се нарича нервна ембриогенеза и представлява един от най-сложните процеси в пренаталния живот. Процесът разчита на строга регулация на поведението на клетките, които ще изграждат мозъка. Невроналните стволови клетки (НСК) играят ключова роля в развитието на ембрионалния мозък.

НСК се нуждаят от специална среда, за да могат да изпълняват функцията си в невронната ембриогенеза, създаването на нови клетки за попълване на нервната система. В някои случаи обаче вредното излагане на околната среда може да доведе до ненормално поведение на NSC. Пренаталното излагане на олово е едно от тези вредни влияния, които могат да затрупат механизмите на NSC за справяне с клетъчните увреждания. В резултат на това могат да бъдат засегнати NSC-регулираните процеси в нервната ембриогенеза, които често водят до невроразвитие.

При оплождането от една клетка се образува маса от клетки и по-късно тази маса се разделя на няколко слоя, от които произхождат всички структури на човешкото тяло. Това важи и за централната нервна система. Той произлиза от един от слоевете, които образуват нервната тръба, предшественика на мозъка, мозъчния ствол и гръбначния мозък. Първоначално нервната тръба е доста малка, но поради създаването на нови клетки от NSCs тя постепенно се разширява. По-късно клетките в нервната тръба се специализират за различни функции, като променят своите клетъчни и биохимични характеристики. Очевидно, ако нещо се обърка при някоя от тези стъпки, може да възникнат мозъчни аномалии в развитието.

Оловото е част от човешката цивилизация от дълъг период от време. Съвсем наскоро обаче започнаха да се появяват механизмите, чрез които оловото причинява отрицателни последици за здравето. Оловото е особено вредно за NSC, дори когато експозицията е минимална. Много минималното пренатално излагане на олово е свързано с по-нисък коефициент на интелигентност, агресивност и други проблеми. Изследователските проучвания също показват, че пренаталното излагане на олово причинява повече вреда, отколкото излагането през постнаталния период. Тези открития са свързани с механизмите зад клетъчното увреждане на НСК от олово. Предложените механизми засягат основни клетъчни функции, които водят до увеличаване на активните видове кислород (ROS) и промени в метилирането на ДНК.

Реактивните кислородни видове са молекули, които се срещат естествено в резултат на клетъчното дишане. Въпреки това, по време на патологични състояния техните нива могат значително да се увеличат. Хроничната интоксикация с олово води до увеличаване на ROS чрез няколко механизма. Сред тях има директен ефект на оловните йони върху протеините, които регулират нивата на ROS. Освен това оловото може да повиши нивото на ROS индиректно чрез взаимодействие с аминолевулинова киселина, биохимичен предшественик на компонентите на хемоглобина. ROS може да повреди различни структури в клетката и докато прави това, създава още повече ROS. Освен това ROS участват в клетъчната сигнализация за смърт и други клетъчни реакции.

ДНК метилирането е един от механизмите, регулиращи генната експресия, а регулирането на генната експресия е една от основите на клетъчната диференциация. Доказано е, че излагането на олово води до промяна на метилирането на ДНК, което от своя страна е свързано с инхибиране на диференциацията на NSC. Чрез механизми, които все още не са известни, оловото причинява промени в моделите на метилиране близо до гени, силно свързани с невроналната диференциация.

Клетките не остават пасивни по време на тези процеси. Подобно на други клетки, NSC имат механизъм, чрез който противодействат на много от тези вредни събития. Едно от най-новите разследвания е изследвало процеса, включващ протеина Nrf2.

Nrf2 е пряко свързан със защитния механизъм на NSC срещу оксидативен стрес, причинен от излагане на олово. Nrf2 е свързан с протеин KEAP1 в цитоплазмата. Когато нивата на ROS се повишат, Nrf2 се отделя от KEAP1, мигрира към ядрото и се свързва със специфични ДНК области, наречени антиоксидантни елементи на отговор (ARE).При свързване с Nrf2, ARE активират експресия на своите целеви гени, които кодират различни протеини, отговорни за клетъчната ROS детоксикация.

Освен това наскоро беше идентифицирана нова цел на Nrf2, протеин SPP1. SPP1 има особено значение в лезията на NSC, тъй като е свързан с невропротективни свойства чрез in vitro проучвания и чрез асоцииране на мутации в кодиращата му генна последователност с неврологични заболявания. Тези ефекти са резултат от сигналния механизъм, включващ анти-апоптотичен и про-пролиферативен процес. Процесът води до компенсаторни реакции към оловно инхибиране на пролиферацията на NSC. В резултат на това SPP1 е предложен като защитен медиатор на невротоксичност при излагане на олово.

Много заболявания са резултат от прекомерно клетъчно увреждане, към което клетките не са в състояние да се адаптират. Такъв е случаят с НСК, при които съществените невроразвити процеси могат да бъдат променени от оловната токсичност. Въпреки че НБК са оборудвани със защитни механизми, те често не са достатъчно мощни, за да противодействат на вредните влияния на околната среда. В такива случаи настъпват промени в невронната ембриогенеза, пролиферация и диференциация. Специфични промени, водещи до определени неврологични прояви, все още предстои да бъдат подробно проучени.

Подобреното ни разбиране за вредното въздействие на оловото върху пренаталното невроразвитие изисква повишено внимание, за да се избегне излагането на бъдещите майки на този токсичен елемент. Смята се, че милиони бременни жени по света редовно са изложени на високи концентрации на олово в храната и питейната вода. Това често засяга здравето на подрастващото поколение в много страни по света.

Препратки

Peter J. Wagner, Hae-Ryung Park, Zhaoxi Wang, Rory Kirchner, Yongyue Wei, Li Su, Kirstie Stanfield, Tomas R. Guilarte, Robert O. Wright, David C. Christiani и Quan Lu (2016) In Vitro Effects of Олово за генната експресия в нервните стволови клетки и асоциациите между надрегулирани гени и когнитивни резултати при деца. Environmental Health Perspect; DOI: 10.1289 / EHP265

Темпъл С. (2001) Развитието на невронни стволови клетки. Nature 414 (6859): 112-7. DOI: 10.1038 / 35102174

Senut MC, Sen A, Cingolani P, Shaik A, Land SJ, Ruden DM (2014) Излагането на олово нарушава глобалното метилиране на ДНК в човешки ембрионални стволови клетки и променя тяхната невронална диференциация. Toxicol Sci. 139 (1): 142-61. DOI: 10.1093 / toxsci / kfu028

Seiji Ishii и Kazue Hashimoto-Torii (2015) Влияние на пренаталния стрес на околната среда върху развитието на кората. Отпред. Клетка. Невроски. 9: 207. DOI: 10.3389 / fncel.2015.00207

Тази статия за гости първоначално се появи в всепризнатия блог за здраве и наука и мозъчна тематика, BrainBlogger: Как пренаталната експозиция на олово води до невроразвитие.