Nebezpečí expozice olovu prenatálnímu vývojovému vývoji

Během prenatálního období začíná plod tvořit jednu z nejsložitějších struktur v přírodě, lidský mozek. Tento proces se nazývá neurální embryogeneze a představuje jeden z nejkomplikovanějších procesů v prenatálním životě. Tento proces se spoléhá na přísnou regulaci chování buněk, které tvoří mozek. Neuronální kmenové buňky (NSC) hrají klíčovou roli ve vývoji embryonálního mozku.

NSC potřebují speciální prostředí, aby bylo možné vykonávat svou funkci v nervové embryogenezi, tvorbě nových buněk k osídlení nervového systému. V některých případech však může škodlivá expozice prostředí vést k abnormálnímu chování NSC. Prenatální expozice olovu je jedním z těchto škodlivých vlivů, které mohou přemoci mechanismy NSC při zvládání poškození buněk. Ve výsledku mohou být ovlivněny procesy regulované NSC v nervové embryogenezi, což často vede k poruchám neurového vývoje.

Po oplodnění se z jedné buňky vytvoří hmota buněk a později se tato hmota rozdělí na několik vrstev, ze kterých pocházejí všechny struktury lidského těla. To platí také pro centrální nervový systém. Pochází z jedné z vrstev, které tvoří neurální trubici, předchůdce mozku, mozkového kmene a míchy. Zpočátku je nervová trubice poměrně malá, ale díky vytváření nových buněk z NSC se postupně zvětšuje. Později se buňky v neurální trubici specializují na různé funkce změnou jejich buněčných a biochemických charakteristik. Je zřejmé, že pokud se v některém z těchto kroků něco pokazí, mohou se objevit vývojové abnormality mozku.

Olovo je součástí lidské civilizace po dlouhou dobu. Teprve nedávno se však začaly objevovat mechanismy, kterými olovo způsobuje negativní účinky na zdraví. Olovo je zvláště škodlivé pro NSC, i když je expozice minimální. Velmi minimální prenatální expozice olovu byla spojena s nižším IQ, agresivitou a dalšími problémy. Výzkumné studie také ukázaly, že prenatální expozice olovu způsobuje více škody než expozice během postnatálního období. Tyto nálezy byly spojeny s mechanismy za buněčným poškozením NSC olovem. Navrhované mechanismy ovlivňují základní buněčné funkce, které vedou ke zvýšení reaktivních forem kyslíku (ROS) a ke změnám v methylaci DNA.

Reaktivní formy kyslíku jsou molekuly, které se přirozeně vyskytují v důsledku buněčného dýchání. Během patologických podmínek se však jejich hladiny mohou podstatně zvýšit. Chronická intoxikace olovem vede ke zvýšení ROS prostřednictvím několika mechanismů. Mezi nimi je přímý účinek iontů olova na proteiny, které regulují hladiny ROS. Olovo navíc může nepřímo zvyšovat hladinu ROS prostřednictvím interakce s kyselinou aminolevulinovou, biochemickým prekurzorem složek hemoglobinu. ROS může poškodit různé struktury v buňce a přitom vytvořit ještě více ROS. Navíc jsou ROS zapojeny do signalizace buněčné smrti a dalších buněčných odpovědí.

Methylace DNA je jedním z mechanismů regulujících genovou expresi a regulace genové exprese je jedním ze základů buněčné diferenciace. Ukázalo se, že expozice olovu vede ke změně methylace DNA, což je spojeno s inhibicí diferenciace NSC. Prostřednictvím mechanismů, které dosud nejsou známy, způsobuje olovo změny ve vzorcích methylace blízkých genům silně spojeným s neuronální diferenciací.

Buňky během těchto procesů nezůstávají pasivní. Stejně jako ostatní buňky mají i NSC mechanismus, kterým působí proti mnoha z těchto škodlivých událostí. Jeden z nejnovějších výzkumů studoval proces zahrnující protein Nrf2.

Nrf2 byl přímo spojen s ochranným mechanismem NSC proti oxidačnímu stresu způsobenému expozicí olovu. Nrf2 je spojen s proteinem KEAP1 v cytoplazmě. Když se zvyšuje hladina ROS, Nrf2 se odděluje od KEAP1, migruje do jádra a váže se na specifické oblasti DNA, které se nazývají antioxidační odezvové prvky (ARE).Po navázání Nrf2 ARE aktivují expresi svých cílových genů, které kódují různé proteiny odpovědné za buněčnou detoxifikaci ROS.

Kromě toho byl nedávno identifikován nový cíl Nrf2, protein SPP1. SPP1 má zvláštní význam v lézi NSC, protože je spojován s neuroprotektivními vlastnostmi prostřednictvím studií in vitro a spojením mutací v jeho kódující genové sekvenci s neurologickými chorobami. Tyto účinky jsou výsledkem signalizačního mechanismu zahrnujícího antiapoptotický a pro-proliferativní proces. Výsledkem procesu jsou kompenzační reakce vedoucí k inhibici proliferace NSC. Výsledkem je, že SPP1 byl navržen jako ochranný mediátor neurotoxicity při expozici olovu.

Mnoho nemocí je důsledkem nadměrného poškození buněk, kterému se buňky nedokážou přizpůsobit. To je případ NSC, kde mohou být zásadní neurodevelopmentální procesy ovlivněny toxicitou olova. Ačkoli jsou NSC vybaveny ochrannými mechanismy, často nejsou dostatečně silné, aby působily proti škodlivým vlivům prostředí. V takových případech dochází ke změnám nervové embryogeneze, proliferaci a diferenciaci. Specifické změny vedoucí k určitým neurologickým projevům je třeba ještě podrobně prozkoumat.

Naše lepší porozumění škodlivému účinku olova na prenatální neurovývoj vyžaduje zvýšenou pozornost, aby se zabránilo vystavení budoucích matek tomuto toxickému prvku. Předpokládá se, že miliony těhotných žen po celém světě jsou pravidelně vystaveny vysokým koncentracím olova v potravinách a pitné vodě. To často ovlivňuje zdraví mladší generace v mnoha zemích po celém světě.

Reference

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 a Quan Lu (2016) In Vitro Effects of Olovo v genové expresi v nervových kmenových buňkách a asociacích mezi nadregulovanými geny a kognitivními skóre u dětí. Perspektiva pro životní prostředí; DOI: 10,1289 / EHP265

Temple S. (2001) Vývoj nervových kmenových buněk. Nature 414 (6859): 112-7. DOI: 10.1038 / 35102174

Senut MC, Sen A, Cingolani P, Shaik A, Land SJ, Ruden DM (2014) Expozice olovem narušuje globální methylaci DNA v lidských embryonálních kmenových buňkách a mění jejich neuronální diferenciaci. Toxicol Sci. 139 (1): 142-61. DOI: 10,1093 / toxsci / kfu028

Seiji Ishii a Kazue Hashimoto-Torii (2015) Dopad prenatálního environmentálního stresu na kortikální vývoj. Přední. Buňka. Neurosci. 9: 207. DOI: 10.3389 / fncel.2015.00207

Tento hostující článek se původně objevil na oceňovaném blogu o zdraví a vědě a v komunitě s mozkovou tematikou BrainBlogger: Jak výsledky prenatálního působení olova vedou k poruchám neurového vývoje.