Nevarnost izpostavljenosti svincu prenatalnemu nevrorazvoju

V prenatalnem obdobju začne plod tvoriti eno najbolj zapletenih struktur v naravi, človeške možgane. Ta proces se imenuje nevralna embriogeneza in predstavlja enega najbolj zapletenih procesov v prenatalnem življenju. Proces temelji na natančni regulaciji vedenja celic, ki bodo sestavljale možgane. Nevronske matične celice (NSC) igrajo ključno vlogo pri razvoju zarodkov možganov.

NSC potrebujejo posebno okolje, da lahko opravljajo svojo funkcijo v nevronski embriogenezi in ustvarjanju novih celic za naselitev živčnega sistema. Vendar lahko v nekaterih primerih škodljiva izpostavljenost okolja povzroči nenormalno vedenje NSC. Prenatalna izpostavljenost svincu je eden od teh škodljivih vplivov, ki lahko prevlada nad mehanizmi NSC za spopadanje s celičnimi poškodbami. Posledično lahko prizadenejo procesi v nevralni embriogenezi, ki jih ureja NSC, kar pogosto vodi do nevrorazvojnih motenj.

Po oploditvi iz ene celice nastane masa celic, ki se kasneje razdeli na več plasti, iz katerih izvirajo vse strukture človeškega telesa. To velja tudi za centralni živčni sistem. Izhaja iz ene od plasti, ki tvori živčno cev, predhodnik možganov, možganskega debla in hrbtenjače. Sprva je nevralna cev precej majhna, vendar se zaradi ustvarjanja novih celic iz NSC postopoma povečuje. Kasneje se celice v nevronski cevi s spreminjanjem celičnih in biokemijskih lastnosti specializirajo za različne funkcije. Očitno je, da če se pri katerem koli od teh korakov kaj zalomi, lahko pride do razvojnih nepravilnosti v možganih.

Svinec je že dolgo del človeške civilizacije. Vendar so se šele v zadnjem času začeli pojavljati mehanizmi, s katerimi svinec povzroča negativne vplive na zdravje. Svinec je še posebej škodljiv za NSC, tudi če je izpostavljenost minimalna. Zelo minimalna prenatalna izpostavljenost svincu je bila povezana z nižjim IQ, agresivnostjo in drugimi težavami. Raziskovalne študije so tudi pokazale, da prenatalna izpostavljenost svincu povzroča več škode kot izpostavljenost v postnatalnem obdobju. Te ugotovitve so povezane z mehanizmi celičnih poškodb NSC s svincem. Predlagani mehanizmi vplivajo na bistvene celične funkcije, kar povzroči povečanje reaktivnih vrst kisika (ROS) in spremembe metilacije DNA.

Reaktivne kisikove vrste so molekule, ki se naravno pojavljajo kot posledica celičnega dihanja. Vendar se lahko med patološkimi stanji njihove ravni znatno povečajo. Kronična zastrupitev s svincem povzroči povečanje ROS skozi več mehanizmov. Med njimi je neposreden učinek svinčevih ionov na beljakovine, ki uravnavajo raven ROS. Poleg tega lahko svinec posredno poveča raven ROS z interakcijo z aminolevulinsko kislino, biokemičnim predhodnikom sestavin hemoglobina. ROS lahko poškoduje različne strukture v celici in pri tem ustvari še več ROS. Poleg tega so ROS vključeni v celično signalizacijo smrti in druge celične odzive.

Metilacija DNA je eden od mehanizmov, ki uravnava ekspresijo genov, regulacija ekspresije genov pa je ena od osnov celične diferenciacije. Dokazano je, da izpostavljenost svincu povzroči spremembo metilacije DNA, kar pa je povezano z zaviranjem diferenciacije NSC. Skozi še neznane mehanizme svinec povzroča spremembe v vzorcih metilacije blizu genov, ki so močno povezani z nevronsko diferenciacijo.

Celice med temi procesi ne ostanejo pasivne. Tako kot druge celice imajo tudi NSC mehanizem, s katerim preprečujejo številne škodljive dogodke. Ena najnovejših preiskav je preučevala postopek, ki vključuje protein Nrf2.

Nrf2 je bil neposredno povezan z zaščitnim mehanizmom NSC pred oksidativnim stresom, ki ga povzroča izpostavljenost svincu. Nrf2 je v citoplazmi povezan z beljakovinami KEAP1. Ko se ravni ROS povečajo, se Nrf2 loči od KEAP1, migrira v jedro in se veže na določena področja DNA, imenovana antioksidativni odzivni elementi (ARE).Po vezavi Nrf2 ARE aktivirajo ekspresijo svojih ciljnih genov, ki kodirajo različne beljakovine, odgovorne za celično razstrupljanje ROS.

Poleg tega je bil nedavno opredeljen nov cilj Nrf2, protein SPP1. SPP1 ima poseben pomen pri lezijah NSC, ker je bil z in vitro študijami povezan z nevroprotektivnimi lastnostmi in z združitvijo mutacij v svojem zaporedju kodirajočih genov z nevrološkimi boleznimi. Ti učinki so rezultat signalnega mehanizma, ki vključuje antiapoptotični in proliferativni proces. Rezultat procesa so kompenzacijski odzivi na zaviranje proliferacije NSC. Kot rezultat je bil SPP1 predlagan kot zaščitni mediator nevrotoksičnosti pri izpostavljenosti svincu.

Mnoge bolezni so posledica pretirane celične poškodbe, na katero se celice ne morejo prilagoditi. To velja za NSC, kjer lahko bistvene nevrorazvojne procese spremeni strupenost svinca. Čeprav so NSC opremljeni z zaščitnimi mehanizmi, pogosto niso dovolj močni, da bi preprečili škodljive vplive okolja. V takih primerih pride do sprememb nevralne embriogeneze, proliferacije in diferenciacije. Posebne spremembe, ki vodijo do določenih nevroloških manifestacij, je treba še podrobno raziskati.

Naše boljše razumevanje škodljivega učinka svinca na prenatalni nevrorazvoj zahteva večjo pozornost, da se bodoče matere ne bodo izpostavljale temu strupenemu elementu. Menijo, da so milijoni nosečnic po vsem svetu redno izpostavljeni visokim koncentracijam svinca v hrani in pitni vodi. To pogosto vpliva na zdravje mlajše generacije v mnogih državah po svetu.

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 in Quan Lu (2016) In Vitro Effects of Smernica o izražanju genov v živčnih matičnih celicah in povezavah med nadreguliranimi geni in kognitivnimi rezultati pri otrocih. Environmental Health Perspect; DOI: 10.1289 / EHP265

Temple S. (2001) Razvoj nevronskih izvornih celic. Narava 414 (6859): 112-7. DOI: 10.1038 / 35102174

Senut MC, Sen A, Cingolani P, Shaik A, Land SJ, Ruden DM (2014) Izpostavljenost svincu moti globalno metilacijo DNA v izvornih celicah človeškega zarodka in spremeni njihovo nevronsko diferenciacijo. Toxicol Sci. 139 (1): 142–61. DOI: 10.1093 / toxsci / kfu028

Seiji Ishii in Kazue Hashimoto-Torii (2015) Vpliv prenatalnega okoljskega stresa na razvoj skorje. Spredaj. Celica. Nevrosci. 9: 207. DOI: 10.3389 / fncel.2015.00207

Ta gostujoči članek se je prvotno pojavil na večkrat nagrajenem spletnem dnevniku o zdravju in znanosti ter v temo skupnosti možganov, BrainBlogger: How Prenatal Lead Exposure Results in Neurodevelopmental Disorders.