接触环境毒物会对发展产生严重影响, 并具有长期影响。提供详细的协议, 以说明一个战略使用一个有效的实验室模型, 以研究早期胚胎接触双酚 a 的影响。我们提供生育力和行为分析, 以监测我们的毒物暴露的生物化验的有效性。
Bisphenols, 如双酚 a (BPA) 和双酚 S (BPS) 是聚合剂广泛用于生产塑料和许多日常使用的产品。根据其化学结构和雌二醇的生物学特性, 将其归类为内分泌干扰物 (EDC)。长期暴露于 EDCs, 即使在低剂量, 已与各种健康缺陷, 包括癌症, 行为紊乱和不孕, 在早期发育期显示更大的脆弱性。基因处理线虫模型的细胞和分子研究秀丽线虫表明, 接触 BPA 会导致细胞凋亡、胚胎致死和 DNA 修复机制的破坏。我们以前报告过, 暴露的C. 线虫胚胎对低剂量的不同 bisphenols 减少生育力。此外, 我们已经表明, 暴露在发育的早期阶段的影响持续到成年, 通过量化的习惯行为, 一种非联想学习的形式来衡量。在这里, 我们提供了胚胎暴露于低剂量 EDCs 的详细协议, 以及相关的繁殖力和前接触习惯的测定, 以及具有代表性的结果。
近年来, 对环境毒物的接触, 特别是那些倾向于干扰发展的化合物受到了严格的科学审查。每天使用的1000多种化学物质被归类为内分泌干扰化合物 (EDC)1。已经指出, 包括胚胎、婴儿和儿童阶段在内的快速增长和发展时期特别容易受到甚至是低剂量的药物的有害影响。它们的作用已被证明导致生殖和神经发育紊乱2。根据美国环境保护局和美国国家毒理学计划小组的指导方针, 低剂量可以定义为任何剂量低于已报告的水平, 导致一个可观察到的生物变化或损害3。除了个别 EDCs 的低剂量效应外, 在环境中低浓度发现的各种 EDCs 的混合物有可能导致实质性累积效应4。
双酚 a (BPA 或 44 ‘-(丙烷-22-己)) 是一种聚合剂, 在通常使用的物品中发现, 如水瓶, 商店收据, 牙科密封胶, 饮料和食品罐的衬里5。由于其与 17-β雌二醇 (E2) 的结构相似性及其与 ERα和 ERβ雌激素受体的亲和力, BPA 被归类为内分泌干扰化学 (EDC)5,6。虽然更弱, BPA 与雌激素受体的亲和力已经被证明影响了两性的生殖系统和扰乱神经功能的剂量, 被认为是安全的7,8。通过 epigenetically 调节机制对 DNA 甲基化的变化进行了观察, 以引起暴露于 BPA9的小鼠的长期神经缺损。具体地说, BPA 也被牵连作为一个可能的罪魁祸首, 增加多动症率, 注意力不足和增加对药物的敏感性, 由于在小鼠边缘前脑慢性暴露后 D1 巴胺受体增加看到9,10. EDCs 对人类健康的有害影响的重要证据是基于相关研究, 其主要重点是在低剂量的5下, 将人口长期暴露于环境毒物;然而, 在对未经证实的炒作11、12的批评中, 人们接受了对人类研究和操纵实验控制的推论的限制。
由于对哺乳动物的秀丽线虫 ‘基因的保护, 包括它的类固醇激素受体基因, 研究人员利用这个基因可驯服的实验室模型来解开 EDCs 的功能和机械效应。13. 使用C. 线虫进行的实验表明, BPA 和 BPS 等化合物可能导致细胞凋亡、胚胎致死、双链 DNA 断裂修复机制和神经功能14、15 ,16。
我们的实验室先前已经表明, 即使是低剂量暴露限于早期胚胎发生, 也导致了存活的成年人的行为缺陷的生育力降低了15。对反复刺激的适应是模型系统中的非联想学习的一种形式, 包括线虫, 我们的方法论将这种非联想学习的形式作为行为输出来检测胚胎暴露对毒物17具体地说, 我们为研究在C. 线虫上的 BPA 暴露提供了详细的协议, 包括它对胚胎杀伤力的直接影响和对成人行为的长期影响, 并在中描述了总体示意图. 图 1。提供生殖和非联想学习化验的代表性结果, 以突出我们的方法的有效性。
快速生长和发育的阶段, 如胚胎发生特别容易受到各种内分泌干扰化合物, 包括 BPA 的有害影响。我们提供详细的协议, 以研究暴露于 BPA 或其他毒物的影响, 在线虫无脊椎动物模型, 它允许方便的滴定范围的浓度, 以评估其对胚胎生存能力的影响 (图 2).对存活的成人进行后续行为实验, 从暴露于低剂量 BPA 的胚胎中发展出来, 可以对神经元功能的长期影响进行分析 (图 3)。本文的核心思想是在线虫模型中, 为在胚胎发生初期暴露出各种毒物提供详细的协议;其11.5 小时胚胎发育期的前4小时窗 (20 摄氏度) 对应于增殖期, 其次是器官形成。为此, 我们通过生育力和非联想学习分析提供了终点的验证。虽然 bpa 和其他 bisphenols 的作用的机械基础是这一领域研究的目标, 但我们并没有试图为 bpa 在这一着重于方法的文章中的作用提供一个机械性的解释。然而, 我们想指出的是,线虫模型提供了一个理想的系统来进一步剖析行动机制。例如, 在今后有关破译 bpa 作用机制的工作中, 可以生成和筛选线虫突变体, 以抵抗 bpa 的影响, 从而为破译通路铺平道路。此外, 我们的同伴论文讨论了 BPA 在脊椎动物神经网络同步水平上的作用, 为了解研究毒物效应潜在机制的基础提供了另一条途径19。
在本文所详述的方法中, 应仔细执行的一些关键步骤包括: 选择一个有良好喂养的C. 线虫的平板, 在解剖显微镜下可见成熟的卵子是至关重要的, 并且如果不遵循这一步骤, 将导致不充分的样本大小的胚胎, 为 EDC 暴露实验。同样重要的是要确保次氯酸盐溶液是新鲜的, 以避免获得一个不同步的人群, 这将干扰在早期胚胎发生中 BPA 暴露的能力。用 M9 (次氯酸盐曝光后) 清洗小球也是非常重要的一步。如果没有正确的做, 高浓度的漂白剂可能导致死亡的胚胎。此外, 胚胎应转移到种子 NGM 板后4小时。如果在 BPA 溶液中留出一段较长的时间, 胚胎很可能会发育成长期存活的 dauer 幼虫。这将极大地干扰生殖试验和行为化验。如果遗漏了这些步骤中的任何一个, 最好从一开始就开始该过程。如果出于任何原因, NGM 板的蠕虫被污染或没有足够的食物, 它会增加蠕虫的压力, 从而扭曲收集的数据。此类板材应丢弃, 不能在实验中使用。
以前, 一项卓越的研究成功地使用了线虫模型来证明由于生殖14中 DNA 修复机械的故障, BPA 导致的染色体异常。然而, 值得注意的是, 上述研究设计已使用连续 bpa 暴露的 C.线虫, 以高剂量 bpa 在整个生命周期。我们的方法旨在研究小剂量 BPA 暴露在早期胚胎发生, 以检测其对胚胎生存能力和微妙的长期影响对幸存者的影响。据我们所知, 目前尚无任何方法可将早期胚胎暴露于极低剂量的 BPA, 限制在特定时间内;因此, 这里提出了小说的方法。
此外, 这里提供的协议可以很容易地适应, 以研究其他 EDCs 在胚胎发生的扩散阶段的影响。然而, 为了研究晚期胚胎阶段, 该议定书将需要对重点的发展关键时间窗口进行关键的修改。此外, 我们的议定书将不适合的实验需要较长时间的毒物暴露, 因为它开辟了替代发展途径的可能性, 导致长期生存的 dauer 逮捕在第二个蜕皮周期, 这是耐到苛刻的条件20。进一步的修改和改进将需要更长的暴露时间通过补充的食物来源, 没有潜力代谢毒物或 EDC例如蒸压大肠杆菌。最后, 我们的方法可以用来评估不同的内分泌干扰化学物质对无脊椎动物模型系统中的生育力和神经元功能的影响, 如线虫.
The authors have nothing to disclose.
根据 NSF (EPSCoR EPS-0814251) 和 NIH (1P20GM103653-01A1) 对 MKT 和 HSD 的支持, 特拉华州立大学对 MDM (标题 III HBGI) 和 KRS (NIH-INBRE) 的机构学生支持得到了感激的承认。多亏了线虫基因中心 (由 NIH 研究基础设施项目办公室 P40 OD010110) 为c. 线虫野生型 N2 菌株所支持。
NaCl | Fisher | 7647-14-5 | |
Peptone | Fisher | S25761B | |
Agar | Fisher | BP1423-500 | |
Cholesterol | Alfa Aesar | A11470 | |
MgSO4 | Fisher | 7487-88-9 | |
CaCl2 | Fisher | C79-500 | |
KH2PO4 | Fisher | P286-1 | |
K2HPO4 | Fisher | 7758-11–4 | |
KOH | Fisher | 1310-58-3 | |
Bleach | Clorox | n/a | |
Na2HPO4 | Fisher | BP332-500 | |
LB | Fisher | BP1426-500 | |
BPA | Sigma-Aldrich | 239658-250g | |
BPS | Sigma-Aldrich | 103039-100g | |
EtOH | Sigma-Aldrich | 64-17-5 | |
E.coli OP50 | CGC | Repository at U of Minnesota | |
N2 (Wild-type C. elegans) worms | CGC | Repository at U of Minnesota | |
Platinum wire pick | Genesee Scientific | 59-AWP | |
Petri plates | Fisher | 07-202-011 | |
Dissection Microscope | AmScope | SM-2TYY |