Opasnost od izloženosti olovu prenatalnom neurorazvoju

Tijekom prenatalnog razdoblja, fetus počinje tvoriti jednu od najsloženijih struktura u prirodi, ljudski mozak. Taj se proces naziva neuronska embriogeneza i predstavlja jedan od najsloženijih procesa u prenatalnom životu. Proces se oslanja na strogu regulaciju ponašanja stanica koje će činiti mozak. Matične stanice neurona (NSC) igraju ključnu ulogu u razvoju embrionalnog mozga.

NSC-ima je potrebno posebno okruženje kako bi mogli izvršavati svoju funkciju u neuralnoj embriogenezi, stvaranju novih stanica za naseljavanje živčanog sustava. Međutim, u nekim slučajevima štetna izloženost okoliša može rezultirati abnormalnim ponašanjem NSC-a. Prenatalna izloženost olovu jedan je od ovih štetnih utjecaja koji može nadvladati mehanizme NSC-a za suočavanje sa staničnim oštećenjima. Kao rezultat, mogu biti pogođeni procesi regulirani NSC-om u neuralnoj embriogenezi, što često dovodi do poremećaja neurorazvoja.

Oplodnjom se iz jedne stanice stvara masa stanica i kasnije se ta masa dijeli u nekoliko slojeva iz kojih potječu sve strukture ljudskog tijela. To je slučaj i sa središnjim živčanim sustavom. Potječe iz jednog od slojeva koji čine živčanu cijev, preteču mozga, moždanog debla i leđne moždine. U početku je živčana cijev prilično mala, ali zbog stvaranja novih stanica iz NSC-a postupno se povećava. Kasnije se stanice u neuralnoj cijevi specijaliziraju za različite funkcije mijenjajući svoje stanične i biokemijske karakteristike. Očito, ako nešto pođe po krivu u bilo kojem od ovih koraka, mogu se pojaviti razvojne abnormalnosti mozga.

Olovo je dio ljudske civilizacije već dugo vremena. Međutim, tek su se nedavno počeli pojavljivati ​​mehanizmi kojima olovo uzrokuje negativne zdravstvene učinke. Olovo je posebno štetno za NSC, čak i kad je izloženost minimalna. Vrlo minimalna prenatalna izloženost olovu povezana je s nižim kvocijentom inteligencije, agresivnošću i drugim problemima. Istraživanja su također pokazala da prenatalna izloženost olovu stvara više štete nego izloženost tijekom postnatalnog razdoblja. Ova su otkrića povezana s mehanizmima iza staničnih ozljeda NSC-a olovom. Predloženi mehanizmi utječu na bitne stanične funkcije koje rezultiraju povećanjem reaktivnih vrsta kisika (ROS) i promjenama u metilaciji DNA.

Reaktivne vrste kisika su molekule koje se prirodno javljaju kao rezultat staničnog disanja. Međutim, tijekom patoloških stanja njihove se razine mogu znatno povećati. Kronična intoksikacija olovom rezultira povećanjem ROS-a kroz nekoliko mehanizama. Među njima postoji izravni učinak olovnih iona na proteine ​​koji reguliraju razinu ROS-a. Uz to, olovo može neizravno povećati razinu ROS-a interakcijom s aminolevulinskom kiselinom, biokemijskim prethodnikom komponenata hemoglobina. ROS može oštetiti razne strukture u stanici i dok to čini, stvara još više ROS-a. Uz to, ROS su uključeni u staničnu signalizaciju smrti i druge stanične reakcije.

Metilacija DNA jedan je od mehanizama koji reguliraju ekspresiju gena, a regulacija ekspresije gena jedna je od osnova stanične diferencijacije. Pokazano je da izlaganje olovu rezultira promjenom metilacije DNA, što je zauzvrat povezano s inhibicijom diferencijacije NSC-a. Kroz mehanizme koji još nisu poznati, olovo uzrokuje promjene u obrascima metilacije u blizini gena snažno povezanih s diferencijacijom neurona.

Stanice tijekom tih procesa ne ostaju pasivne. Kao i druge stanice, i NSC imaju mehanizam kojim se suprotstavljaju mnogim od ovih štetnih događaja. Jedna od najnovijih istraga proučavala je postupak koji uključuje protein Nrf2.

Nrf2 je izravno povezan sa zaštitnim mehanizmom NSC-a protiv oksidativnog stresa uzrokovanog izlaganjem olovu. Nrf2 povezan je s proteinom KEAP1 u citoplazmi. Kada se razina ROS poveća, Nrf2 se odvaja od KEAP1, migrira u jezgru i veže se za specifična DNA područja koja se nazivaju antioksidativni elementi odgovora (ARE).Nakon vezanja Nrf2, ARE aktiviraju ekspresiju svojih ciljnih gena koji kodiraju različite proteine ​​odgovorne za staničnu ROS detoksikaciju.

Uz to, nedavno je identificiran novi cilj Nrf2, protein SPP1. SPP1 ima posebno značenje u leziji NSC-a jer je povezan s neuroprotektivnim svojstvima kroz in vitro studije i kroz povezanost mutacija u svom kodirajućem nizu gena s neurološkim bolestima. Ti su učinci rezultat signalnog mehanizma koji uključuje anti-apoptotski i pro-proliferativni proces. Proces rezultira kompenzacijskim odgovorima na inhibiciju proliferacije NSC-a. Kao rezultat, SPP1 je predložen kao zaštitni posrednik neurotoksičnosti u izloženosti olovu.

Mnoge bolesti proizlaze iz pretjeranog staničnog oštećenja na koje se stanice nisu u stanju prilagoditi. To je slučaj s NSC-ima gdje se bitni procesi neurorazvoja mogu promijeniti toksičnošću olova. Iako su NSC-ovi opremljeni zaštitnim mehanizmima, često nisu dovoljno snažni da bi se suprotstavili štetnim utjecajima iz okoliša. U takvim se slučajevima događaju promjene neuronske embriogeneze, proliferacije i diferencijacije. Specifične promjene koje vode do određenih neuroloških manifestacija još uvijek treba detaljno istražiti.

Naše poboljšano razumijevanje štetnog učinka olova na prenatalni neurorazvoj traži veću pozornost kako bi se izbjegla izloženost budućih majki ovom otrovnom elementu. Smatra se da su milijuni trudnica širom svijeta redovito izloženi visokim koncentracijama olova u hrani i vodi za piće. To često utječe na zdravlje mlađe generacije u mnogim zemljama svijeta.

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 i Quan Lu (2016) In Vitro Effects of Vodič o ekspresiji gena u živčanim matičnim stanicama i povezanosti između reguliranih gena i kognitivnih rezultata u djece. Environmental Health Perspect; DOI: 10,1289 / EHP265

Temple S. (2001) Razvoj živčanih matičnih stanica. Priroda 414 (6859): 112-7. DOI: 10.1038 / 35102174

Senut MC, Sen A, Cingolani P, Shaik A, Land SJ, Ruden DM (2014) Izloženost olovu narušava globalnu metilaciju DNA u matičnim stanicama humanog embrija i mijenja njihovu neuronsku diferencijaciju. Toxicol Sci. 139 (1): 142-61. DOI: 10.1093 / toxsci / kfu028

Seiji Ishii i Kazue Hashimoto-Torii (2015) Utjecaj prenatalnog okolišnog stresa na razvoj korteksa. Ispred. Stanica. Neurosci. 9: 207. DOI: 10.3389 / fncel.2015.00207

Ovaj gostujući članak izvorno se pojavio na nagrađivanom blogu o zdravlju i znanosti i zajednici tematiziranoj mozgu, BrainBlogger: Kako prenatalna izloženost olovu rezultira neurološkim poremećajima.