Pericolul expunerii la plumb la neurodezvoltare prenatală

În perioada prenatală, fătul începe să formeze una dintre cele mai complexe structuri din natură, creierul uman. Acest proces se numește embriogeneză neuronală și reprezintă unul dintre cele mai complicate procese din viața prenatală. Procesul se bazează pe reglarea strictă a comportamentului celulelor care vor forma creierul. Celulele stem neuronale (NSC) joacă un rol cheie în dezvoltarea creierului embrionar.

NSC au nevoie de un mediu special pentru a-și putea îndeplini funcția în embriogeneza neuronală, crearea de noi celule pentru a popula sistemul nervos. Cu toate acestea, în unele cazuri, expunerea nocivă la mediu poate duce la un comportament anormal al NSC. Expunerea prenatală la plumb este una dintre aceste influențe nocive care pot copleși mecanismele NSC de a face față deteriorării celulare. Ca urmare, procesele reglementate de NSC în embriogeneza neuronală pot deveni afectate, ducând deseori la tulburări de neurodezvoltare.

La fertilizare, dintr-o singură celulă, se formează o masă de celule și ulterior această masă se împarte în mai multe straturi din care provin toate structurile corpului uman. Acesta este și cazul sistemului nervos central. Acesta derivă dintr-unul dintre straturile care formează tubul neural, precursorul creierului, trunchiului cerebral și măduvei spinării. Inițial, tubul neural este destul de mic, dar datorită creării de celule noi din NSC, acesta se mărește treptat. Mai târziu, celulele din tubul neural se specializează în diferite funcții prin schimbarea caracteristicilor lor celulare și biochimice. Evident, dacă ceva nu merge bine la oricare dintre acești pași, pot apărea anomalii ale creierului în dezvoltare.

Plumbul a făcut parte din civilizația umană pentru o perioadă lungă de timp. Cu toate acestea, abia recent au început să apară mecanismele prin care plumbul provoacă efecte negative asupra sănătății. Plumbul este deosebit de dăunător NSC-urilor, chiar și atunci când expunerea este minimă. Expunerea prenatală foarte mică la plumb a fost legată de un IQ mai scăzut, de agresivitate și de alte probleme. Studiile de cercetare au arătat, de asemenea, că expunerea prenatală la plumb produce mai mult rău decât expunerea în perioada postnatală. Aceste descoperiri au fost legate de mecanismele din spatele leziunii celulare a NSC-urilor de plumb. Mecanismele propuse afectează funcțiile celulare esențiale care au ca rezultat o creștere a speciilor reactive de oxigen (ROS) și modificări ale metilării ADN-ului.

Speciile reactive de oxigen sunt molecule care apar în mod natural ca urmare a respirației celulare. Cu toate acestea, în timpul condițiilor patologice, nivelurile lor pot crește substanțial. Intoxicația cronică cu plumb are ca rezultat creșterea ROS prin mai multe mecanisme. Dintre acestea, există un efect direct al ionilor de plumb asupra proteinelor care reglează nivelurile ROS. În plus, plumbul poate crește nivelul ROS în mod indirect prin interacțiunea cu acidul aminolevulinic, un precursor biochimic pentru componentele hemoglobinei. ROS poate deteriora diferite structuri din celulă și, în timp ce faceți acest lucru, creați și mai multe ROS. În plus, ROS sunt implicate în semnalizarea morții celulare și alte răspunsuri celulare.

Metilarea ADN-ului este unul dintre mecanismele care reglementează expresia genelor, iar reglarea expresiei genice este una dintre bazele diferențierii celulare. S-a demonstrat că expunerea la plumb are ca rezultat modificarea metilării ADN-ului, care la rândul său este asociat cu inhibarea diferențierii NSC. Prin mecanisme care nu sunt încă cunoscute, plumbul provoacă modificări în tiparele de metilare apropiate de gene puternic asociate cu diferențierea neuronală.

Celulele nu rămân pasive în timpul acestor procese. La fel ca alte celule, NSC au mecanism prin care contracarează multe dintre aceste evenimente dăunătoare. Una dintre cele mai recente investigații a studiat procesul care implică proteina Nrf2.

Nrf2 a fost direct legat de mecanismul de protecție al NSC împotriva stresului oxidativ cauzat de expunerea la plumb. Nrf2 este asociat cu proteina KEAP1 în citoplasmă. Când nivelurile ROS cresc, Nrf2 se separă de KEAP1, migrează la nucleu și se leagă de regiuni specifice ADN numite elemente de răspuns antioxidant (ARE).La legarea Nrf2, ARE activează expresia genelor sale țintă care codifică diverse proteine ​​responsabile de detoxifierea celulară a ROS.

În plus, a fost identificată recent o nouă țintă Nrf2, proteina SPP1. SPP1 are o semnificație deosebită în leziunea NSC, deoarece a fost asociată cu proprietăți neuroprotectoare prin studii in vitro și prin asocierea mutațiilor din secvența sa genică codificatoare cu boli neurologice. Aceste efecte sunt rezultatul mecanismului de semnalizare care implică un proces anti-apoptotic și pro-proliferativ. Procesul are ca rezultat răspunsuri compensatorii la inhibarea plumbului a proliferării NSC. Ca urmare, SPP1 a fost propus ca un mediator protector al neurotoxicității în expunerea la plumb.

Multe boli rezultă din deteriorarea celulară excesivă la care celulele nu sunt capabile să se adapteze. Acesta este cazul NSC-urilor în care procesele esențiale de neurodezvoltare pot fi modificate de toxicitatea plumbului. Deși NSC-urile sunt echipate cu mecanisme de protecție, adesea nu sunt suficient de puternice pentru a contracara influențele nocive ale mediului. În astfel de cazuri, au loc modificările embriogenezei neuronale, proliferării și diferențierii. Modificările specifice care duc la anumite manifestări neurologice rămân încă de investigat în detaliu.

Înțelegerea noastră îmbunătățită a efectului nociv al plumbului asupra neurodezvoltării prenatale necesită o atenție sporită pentru a evita expunerea viitoarelor mame la acest element toxic. Se crede că milioane de femei însărcinate din întreaga lume sunt expuse în mod regulat la concentrații mari de plumb în alimente și apă potabilă. Acest lucru afectează adesea sănătatea tinerei generații din multe țări din întreaga lume.

Referințe

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 și Quan Lu (2016) In Vitro Effects of Conducerea expresiei genetice în celulele stem neuronale și asocieri între gene reglate în sus și scoruri cognitive la copii. Perspectiva sănătății mediului; DOI: 10.1289 / EHP265

Temple S. (2001) Dezvoltarea celulelor stem neuronale. Natura 414 (6859): 112-7. DOI: 10.1038 / 35102174

Senut MC, Sen A, Cingolani P, Shaik A, Land SJ, Ruden DM (2014) Expunerea la plumb perturbă metilarea globală a ADN-ului în celulele stem embrionare umane și modifică diferențierea lor neuronală. Toxicol Sci. 139 (1): 142-61. DOI: 10.1093 / toxsci / kfu028

Seiji Ishii și Kazue Hashimoto-Torii (2015) Impactul stresului prenatal de mediu asupra dezvoltării corticale. Față. Cell. Neurosci. 9: 207. DOI: 10.3389 / fncel.2015.00207

Acest articol invitat a apărut inițial pe blogul premiat de sănătate și știință și comunitatea tematică a creierului, BrainBlogger: Cum rezultă expunerea prenatală la plumb în tulburările neurodezvoltării.