Επίδραση του ξενοοιστρογόνου ΒΡΑ στην ανάπτυξη των εντόμων

Abstract

Οι ενδοκρινικοί διαταράκτες επηρεάζουν βασικές λειτουργίες του ενδοκρινολογικού συστήματος των διάφορων οργανισμών. Σε βιοχημικό επίπεδο μιμούνται τις φυσικά παραγόμενες ορμόνες του οργανισμού, επηρεάζοντας όλες τις λειτουργίες και τα βιολογικά μονοπάτια που εμπλέκονται οι φυσιολογικά παραγόμενες ορμόνες. Το μονομερές δισφαινόλη Α (ΒΡΑ) είναι μία από τις πιο κοινές χημικές ουσίες που συμπεριφέρονται ως ενδοκρινικοί διαταράκτες, αλληλεπιδρώντας με ορμονικούς υποδοχείς. Στα σπονδυλωτά και ασπόνδυλα, BPA μιμείται την δράση των οιστρογόνων επιφέροντας σημαντικές επιπτώσεις στην ανάπτυξη των οργανισμών. Παρ’ όλες τις μέχρι τώρα έρευνες, δεν έχει εξακριβωθεί ακόμα ο ακριβής μοριακός μηχανισμός δράσης της δισφαινόλης στα ασπόνδυλα. Για την μελέτη της επίδραση της δισφαινόλης στο ενδοκρινικό σύστημα των εντόμων επιλέχθηκε το έντομο Sesamia nonagrioides (Lepidoptera: Noctuidae). Προνύμφες του εντόμου S. nonagrioides εκτέθηκαν μέχρι το τελευταίο προνυμφικό στάδιο (6ο instar), σε επιλεγμένες συγκεντρώσεις BPA μέσω της τεχνητής τους τροφής. Επιπλέον, προνύμφες του 6 προνυμφικού σταδίου ενέθηκαν σε διάφορες συγκεντρώσεις ΒΡΑ. Τα αποτελέσματα των μεταγραφικών επιπέδων των γονιδίων των θερμοεπαγώμενων πρωτεϊνών (HSP)και των δύο γονιδίων του υποδοχέα της έκδυσης αναλύθηκαν με την μέθοδο της ημι-ποσοτικής RT-PCR και της Real Time PCR. Τα γονίδια SnoHsp70, SnoHsc70, SnoHsp83, SnoHsp19.5, SnoHsp20.8, SnoEcR και SnoUSP έχουν απομονωθεί και μελετηθεί στο έντομο S. nonagrioides σε προηγούμενες μελέτες. Οι συγκεντρώσεις δισφαινόλης μέσω της τεχνητή τροφή των εντόμων, αλλά και οι ενέσιμες συγκεντρώσεις, είχαν ως αποτέλεσμα την μείωση των μεταγραφικών επιπέδων των SnoHsp19.5 και SnoHsp20.8 mRNAs. Αντίθετα, τα μεταγραφικά επίπεδα των SnoHsc70 και SnoHsp83 αυξήθηκαν στατιστικά σημαντικά από την δράση της BPA. Σημαντική αύξηση παρουσίασαν επίσης τα επίπεδα έκφρασης των SnoEcR και SnoUSP γονιδίων. Η δισφαινόλη φάνηκε να επηρεάζει και το ενδοκρινικό σύστημα των εντόμων επηρεάζοντας την διαδικασία της έκδυσης. Στην παρούσα μελέτη, αξιολογήσαμε το ποσοστό επιβίωσης, το μήκος της κεφαλής και την αύξηση του σωματικού βάρους, προκειμένου να παρακολουθήσουμε την επίδρασης της BPA στην ανάπτυξη των εντόμων. Σε όλα τα αναπτυξιακά στάδια παρατηρήθηκαν μη φυσιολογικοί φαινότυποι, υποδεικνύοντας την άμεση επίδραση της δισφαινόλης στο ενδοκρινικό και αναπαραγωγικό σύστημα των εντόμων. Η αναλογία φύλου, το μέγεθος των όρχεων και των ωοθηκών επηρεάστηκαν επίσης από τις ου 11 διαφορετικές συγκεντρώσεις της δισφαινόλης. Για να μελετηθεί η μακροπρόθεσμη επίδραση της δισφαινόλης, δύο γενιές των εντόμων εκτέθηκαν σε διαφορετικές συγκεντρώσεις δισφαινόλης και καταγράφηκαν οι μορφολογικές επιπτώσεις της σε όλα τα αναπτυξιακά επίπεδα των εντόμων. Τα αποτελέσματά μας υποδεικνύουν ότι η BPA έχει εκδυστεροειδική δράση στο έντομο S. nonagrioides.

Endocrine disruptors (EDs) are a structurally diverse group of compounds that may adversely affect the health of humans and wildlife by interaction with the endocrine system. The monomer bisphenol A (BPA)is one of the most common chemicals that behave as endocrine disruptors. In vertebrates and invertebrates, BPA causes estrogen-like developmental effects. However, there is still little detailed information about the molecular action of BPA in invertebrates. In this work we examine the endocrine disrupting effects of BPA on insects and Sesamia nonagrioides (Lepidoptera: Noctuidae) was selected to evaluate this. S. nonagrioides larvae were continuously exposed until last (6 th ) instar, to selected concentrations of BPA applied in their food layer. Additionally, 6 th instar non-diapausing larvae were injected to several concentrations of BPA. Semi-quantitative RT-PCR and Real Time PCR was used to identify the effects of BPA at the transcriptional level of five heat shock protein and two hormone- nuclear receptor genes that we have isolated and characterized previously from S. nonagrioides. These genes were the SnoHsp70, SnoHsc70, SnoHsp83, SnoHsp19.5, SnoHsp20.8, SnoEcR and SnoUSP genes. Application of BPA via the oral route or via intra-haemocoel injection induced the synthesis of the SnoHsp19.5 and SnoHsp20.8 mRNAs. In contrast, SnoHsc70 as well as SnoHsp83, which play a pivotal role in vertebrate sex steroid signal transduction, were significantly elevated by BPA. A significant induction was also noticed in the expression levels of SnoEcR, and SnoUSP as well. Application of BPA via the oral route, also affected the developmental progression of the insect S. nonagrioides. Different concentrations of BPA seemed to affect the endocrine system of the insects through the molting process. In the present study, we evaluated the survival rate, head capsule length and weight gain in order to monitor BPA’s effect in development. Abnormal phenotypes were observed in all developmental stages determining the crucial effect of BPA in insects’ endocrine and reproductive system. Sex ratio, testis size and ovaries size were also affected by different concentrations of BPA. In order to access the effect of BPA in long term, two generations of insects were treated in different concentrations of BPA. Our results demonstrate that BPA behaves as an ecdysone-mimic in the moth S. nonagrioides.