Ação do chumbo, cádmio e ácido perfluorooctanóico, de maneira isolada e em mistura, sobre o desenvolvimento inicial da região cefálica de Gallus gallus

Abstract

Resumo:Os organismos vivos estão expostos, no ambiente, a uma mistura de poluentes, sendo que muitos compostos podem interagir e gerar efeitos aditivos, sinérgicos ou antagônicos. O chumbo (Pb), o cádmio (Cd) e o ácido perfluorooctanóico (PFOA) são poluentes comumente encontrados no ambiente e que podem bioacumular e biomagnificar pois são resistentes à degradação. A exposição a esses contaminantes pode comprometer o desenvolvimento embrionário e induzir malformações no sistema nervoso e região encefálica e, dependendo da região afetada, pode alterar estruturas e processos funcionais ao longo do desenvolvimento. Apesar de serem potencialmente embriotóxicos e interferirem no desenvolvimento normal, poucos estudos relatam os efeitos desses compostos em concentrações realistas e em mistura, principalmente em relação aos processos celulares. Assim, o objetivo do presente trabalho foi avaliar, inicialmente in silico, os efeitos do Pb, Cd e PFOA, de forma isolada e em misturas, sobre o desenvolvimento embrionário de Gallus gallus, nos estádios 10HH e 14HH, em diferentes níveis axiais da região cefálica. Foi observado que esses contaminantes afetam vias de sinalização relacionadas a proliferação, apoptose, migração e moléculas de adesão celular. A partir desses resultados, foram analisados os impactos da exposição dos contaminantes in ovo sobre a mortalidade e morfologia cefálica, através de análise quantitativa. Alguns processos celulares apontados pelos resultados in silico, como proliferação, apoptose, migração das células da crista neural (CN) e observação de moléculas de adesão celular, como ß-catenina, N-e E-caderina, foram analisados com imunomarcação fluorescente nos diferentes níveis axiais da região céfalica, em embriões de Gallus gallus nos estádios 10HH e 14HH. Foi observado aumento significativo na mortalidade apenas na concentração intermediária de Pb e malformações na região cefálica, após exposição de todos os contaminantes. Houve, nos diferentes níveis axiais da região cefálica, redução significativa na proliferação, apoptose, número e migração de células da CN e na expressão de E-caderina em ambos os estádios de desenvolvimento, bem como na ß-catenina e N-caderina, no estádio 14HH, após a exposição a quase todos os contaminantes, de maneira isolada e em mistura. O Cd demonstrou efeito dependente da concentração em quase todos os processos avaliados. Além disso, os grupos expostos às misturas demonstraram contribuição dos contaminantes que as compõem, especialmente na redução da proliferação e na expressão de ß-catenina (estádio 14) e N-caderina. Outro achado relevante é que o estádio 10HH parece ser mais susceptível aos efeitos dos contaminantes, principalmente do prosencéfalo até o rombômero 1, independente da concentração ou mistura. Porém, os níveis do rombômero 3 ao 5 são menos afetados pela exposição. Nos dois estádios avaliados foi observado a presença de grupamentos celulares atípicos, destacando-se do epitélio do tubo neural e invadindo seu lúmen. Até o momento, relatos sobre o impacto desses contaminantes sobre o desenvolvimento da região cefálica, especialmente em diferentes níveis axiais, são inéditos na literatura. Alterações nessa região, no início do desenvolvimento, poderiam explicar muitas alterações morfológicas e funcionais observadas em outros estudos, após a exposição a esses contaminantes. Sugere-se que muitos mecanismos podem estar envolvidos nos efeitos observados, como a alteração na homeostase de cálcio, na transição epitélio-mesenquimal e na via Wnt canônica.

Abstract: Living organisms are exposed to a mixture of pollutants in the environment. Several of these compounds can interact and generate additive, synergistic or antagonistic effects. Lead (Pb), cadmium (Cd), and perfluorooctanoic acid (PFOA) are common environmental pollutants that can bioaccumulate and biomagnify because they are resistant to degradation. Exposure to these contaminants can compromise embryonic development and induce malformations in the nervous system and brain region. These alterations modify structures and functional processes throughout development, depending on the affected region. Despite being potentially embryotoxic and interfering with normal development, few studies report the effects of these compounds in realistic concentrations and combined exposure, mainly concerning cellular processes. Thus, the present work aimed to evaluate, the effects of Pb, Cd, and PFOA, isolated and in mixtures, on the embryonic development of the cephalic region in Gallus gallus. In silico, it was observed that these contaminants affect signaling pathways related to proliferation, apoptosis, migration, and cell adhesion molecules. Based on these results, the impacts of in ovo exposure to contaminants were evaluated. Mortality and cephalic morphology were assessed through quantitative analysis. Also, some cellular processes pointed out by the in silico results were analyzed with fluorescent immunostaining. These processes, such as proliferation, apoptosis, neural crest (NC) cell migration, and cell adhesion molecules (ß-catenin, N- and E-cadherin), were evaluated in different axial levels of the cephalic region, in Gallus gallus embryos at stages 10HH and 14HH. A significant increase was observed in mortality, only in the intermediate concentration of Pb, and malformations in the cephalic region, after exposure to all contaminants. There was a significant reduction in the proliferation, apoptosis, number and migration of NC cells, at the different axial levels of the cephalic region, and in the expression of E-cadherin in both stages, after exposure to almost all contaminants, isolated and mixed. In the same way, there was a reduction in N-cadherin and ß-catenin at stage 14HH. Cd exposure showed a concentration-dependent effect in almost all evaluated processes. In addition, the groups exposed to the mixtures revealed the contribution of the contaminants that compose them, especially in the reduction of proliferation and expression of N-cadherin (stage 14HH) and ß-catenin. Another relevant finding is that stage 10HH seems to be more susceptible to the effects of contaminants, mainly from the forebrain to rhombomere 1, regardless of concentration or mixture. However, levels of rhombomere 3 to 5 are less affected by exposure. In the two stages evaluated, the presence of atypical cell groups was observed, standing out from the neural tube epithelium and invading its lumen. So far, reports on the impact of these contaminants on the development of the cephalic region, especially at different axial levels, are unpublished in the literature. Alterations in this region, at the beginning of development, could explain many morphological and functional alterations observed in other studies, after exposure to these contaminants. It is suggested that many mechanisms may be involved in the observed effects, such as changes in calcium homeostasis, the epithelial-mesenchymal transition, and the canonical Wnt pathway.