Agudo, exposición a tóxicos ambientales puede afectar desarrollo con efectos a largo plazo. Protocolos detallados se proporcionan para ilustrar una estrategia utilizando un modelo eficaz de laboratorio para estudiar el efecto de la exposición embrionaria temprana a bisfenol A. Ofrecemos Análisis de comportamiento para monitorear la efectividad de nuestros bio-ensayos de exposición de sustancias tóxicas y fecundidad.
Bisfenoles, como el Bisfenol A (BPA) y bisfenol S (BPS) polimerización a agentes ampliamente utilizados en la producción de plásticos y numerosos productos de uso cotidiano. En su estructura química y propiedades biológicas estradiol-como base, han sido clasificados como endocrino interrumpir compuestos (EDC). La exposición prolongada a interruptores endocrinos, incluso en dosis bajas, se ha relacionado con varios defectos de salud, incluyendo cáncer, trastornos conductuales e infertilidad, con mayor vulnerabilidad indicado durante períodos tempranos del desarrollo. Estudios celulares y moleculares con el modelo genéticamente manejable de nematodo elegans de Caenorhabditis han demostrado que la exposición al BPA provoca apoptosis, mortalidad embrionaria y alteración en el ADN mecanismos de reparación. Hemos divulgado previamente que la exposición de embriones de C. elegans a dosis bajas de bisfenoles diferentes disminuye fecundidad. Además, hemos demostrado que los efectos de la exposición durante las primeras etapas del desarrollo persisten en la edad adulta como ensayaron por cuantificar el comportamiento de la habituación, una forma de aprendizaje asociativo. Aquí, le ofrecemos protocolos detallados para la exposición embrionaria a EDCs dosis bajas así como de la fecundidad asociada y anterior toquen ensayos de habituación, junto con resultados representativos.
Exposición a tóxicos ambientales, particularmente compuestos aquellos que tienden a interferir con el desarrollo, ha estado bajo escrutinio científico cuidadoso en los últimos años. Más de 1 mil productos químicos de uso diario se clasifican en endocrinas interrumpir compuestos (EDC)1. Periodos de rápido crecimiento y desarrollo, que incluyen el embrionario, infantil y etapas de la infancia, se han observado para ser particularmente vulnerables a los efectos nocivos a dosis incluso bajas EDC. Han demostrado su efecto a causa de trastornos reproductivos y del desarrollo neurológico2. Por las directrices de panel nos Agencia de protección ambiental y el programa nacional de Toxicología de Estados Unidos, una dosis baja puede definirse como cualquier dosis por debajo del nivel de uno que se ha divulgado para causar un cambio biológico observable o daño3. Además de efectos de dosis bajas de los EDCs, mezclas de varias EDCs encontradas bajas concentraciones en el medio ambiente tienen el potencial para causar efectos acumulativos sustantivas4.
Bisphenol A (BPA o 4,4′-(propane-2,2-diyl)) es un agente de polimerización en artículos comúnmente usados tales como botellas de agua, recibos de almacén, selladores dentales y las guarniciones de bebidas y latas de alimentos5. Debido a su similitud estructural con el Estradiol 17-β (E2) y su afinidad a los receptores de estrógenos ERα y ERβ, el BPA ha sido clasificada como un endocrino interrumpir química (EDC)5,6. Aunque más débil, afinidad de BPA a los receptores de estrógenos se ha demostrado para afectar el sistema de reproducción de ambos sexos y alterar funciones neuronales en las dosis que se consideran seguros7,8. Se han observado cambios en la metilación del ADN a través de mecanismos epigenéticamente regulados para causar defectos neuronales a largo plazo en ratones expuestos a BPA9. Específicamente, el BPA también se ha implicado como un posible culpable de aumento de las tasas de hiperactividad, deficiencia de atención y aumento de la sensibilidad a los medicamentos debido a un aumento observado en los receptores de dopamina D1 en el forebrain limbic del ratón después de la exposición crónica 9 , 10. evidencia significativa sobre los efectos deletéreos de los interruptores endocrinos en la salud humana se basa en estudios de correlación, centrándose principalmente en la exposición crónica de la población a sustancias tóxicas ambientales incluso en dosis bajas5; sin embargo, limitaciones en deducciones de estudios en humanos y en la manipulación de controles experimentales han sido aceptados al abordar las críticas de exageraciones sin fundamento11,12.
Debido a la conservación de genes de Caenorhabditis elegans con respecto a los mamíferos, incluyendo sus genes del receptor de la hormona esteroide, los investigadores han utilizado este modelo de laboratorio genéticamente manejable para desentrañar los efectos funcionales y mecánicos de EDCs 13. experimentos con C. elegans han demostrado que estos compuestos como BPA y BPS pueden causar apoptosis, mortalidad embrionaria, alteración en los mecanismos de reparación de rotura de ADN de doble hebra y función neural14,15 ,16.
Nuestro laboratorio ya ha demostrado que incluso dosis bajas de exposición limitada a embriogénesis temprana conduce a baja fecundidad con déficits conductuales en los sobrevivientes adultos15. Habituación a un estímulo repetido es una forma de aprendizaje asociativo en sistemas modelo, como C. elegans, y nuestra metodología utiliza esta forma de aprendizaje asociativo como una salida de comportamiento para analizar los efectos a largo plazo de la exposición embrionaria a las sustancias tóxicas17 específicamente, proporcionamos protocolos detallados para estudiar la exposición al BPA en C. elegans, incluyendo sus efectos inmediatos sobre la mortalidad embrionaria y efectos a largo plazo en el comportamiento del adulto, con un esquema general en Figura 1. Resultados representativos de fecundidad y de ensayos de aprendizaje no asociativo se proporcionan para destacar la eficacia de nuestra metodología.
Fases de rápido crecimiento y desarrollo como la embriogénesis son particularmente vulnerables a los efectos perjudiciales de distintos compuestos interrumpiendo endocrinas, incluyendo BPA. Ofrecemos protocolos detallados para estudiar los efectos de exposición a BPA u otras sustancias tóxicas en el modelo de invertebrado C. elegans , que permite la valoración conveniente de una gama de concentraciones a evaluar su efecto sobre la viabilidad del embrión (figura 2) . Seguimiento de experimentos conductuales en sobrevivientes adultos que desarrollan a partir de embriones que fueron expuestos a bajas dosis de BPA permite ensayo a largo plazo efectos sobre la función neuronal (figura 3). La idea central de este trabajo es proporcionar protocolos detallados para la exposición de embriones a varias sustancias tóxicas durante el período de embriogénesis temprana en el modelo de C. elegans ; la primera ventana de 4 h de su período de desarrollo embrionario de 11,5 horas (a 20 ° C) corresponde al período de proliferación, que es seguido por organogénesis. Hacia este fin, se facilita la validación de los puntos finales a través de análisis de aprendizaje no asociativo y fecundidad. Mientras que la base mecanicista de la acción de BPA y otros bisfenoles es el Santo Grial hacia donde se dirige la investigación en este campo, tenemos intento ofrecer una explicación mecanicista de la acción de BPA en este artículo de metodología enfocada. Sin embargo, nos gustaría señalar que la C. elegans es un sistema ideal para diseccionar más el mecanismo de acción. Por ejemplo, en un futuro trabajar en descifrar los mecanismos de acción de BPA, mutantes de C. elegans pueden ser generadas y defienden para la resistencia a los efectos del BPA y así allanan el camino para descifrar el camino. Además, nuestro papel de compañero aborda el efecto del BPA a nivel de sincronía de red neuronal en vertebrados, proporcionando otra vía para entender las bases para investigar mecanismos potenciales para efectos tóxicos19.
En la metodología detallada en este documento, algunos de los pasos críticos que deben ser ejecutaron extra cuidadosamente los siguientes: elegir un plato bien alimentados de C. elegans adultos con huevos maduros visibles debajo del microscopio de disección es crucial, y no seguir este paso dará como resultado un tamaño de muestra suficiente de embriones para el experimento de exposición EDC. También es importante asegurarse de que la solución de hipoclorito se realiza fresca para evitar la obtención de una población no sincronizada que interfiera con la capacidad para llevar a cabo la exposición BPA durante la embriogénesis temprana. Lavado de pellets con M9 (después de la exposición de hipoclorito) también es un paso muy importante. Si no se realiza correctamente, la alta concentración de cloro podría producir embriones muertos. Además, los embriones deben transferirse a sembrados NGM de placas después de 4 h. Si en la solución BPA para un período prolongado de tiempo, los embriones son propensos a desarrollar en las larvas de larga duración dauer. Esto interferirá significativamente con análisis de comportamiento y análisis de la fecundidad. Si olvida cualquiera de estos pasos, es aconsejable iniciar el procedimiento desde el principio. Si por cualquier motivo, la placa NGM con gusanos está contaminada o no tiene suficiente comida, agrega estrés sobre los gusanos de tal modo sesgando los datos recogidos. Tales placas deben ser desechados y no ser utilizados en el experimento.
Previamente, un estudio notable utilizado con éxito el modelo de C. elegans para demostrar que anormalidades del cromosoma causaron por resultado BPA debido a la descomposición de la maquinaria de reparación del ADN en la línea germinal14. Sin embargo, cabe destacar que el diseño del estudio anterior había utilizado continua exposición BPA de C. elegans a altas dosis de BPA durante toda su vida. Nuestra metodología fue diseñada para el estudio de bajas dosis de exposición BPA durante la embriogénesis temprana, con el fin de analizar sus efectos en la viabilidad embrionaria y sutiles efectos a largo plazo en los sobrevivientes. A nuestro conocimiento, no se ha desarrollado ninguna metodología para exponer embriones de etapa temprana a muy baja dosis de BPA durante un periodo especificado de tiempo; por lo tanto, lo que el método había presentado aquí novela.
Además, protocolos proporcionan aquí se puede adaptar fácilmente para estudiar los efectos de otros interruptores endocrinos durante la fase de proliferación de la embriogénesis. Sin embargo, para estudiar las últimas etapas embrionarias, el protocolo requiere modificaciones claves en la ventana de tiempo crítico de desarrollo bajo enfoque. Además, nuestro protocolo no será adecuado para los experimentos que requieren tiempos más largos de exposición a sustancias tóxicas, como abre la posibilidad de la vía de desarrollo alternativo dando por resultado la detención de larga duración dauer en el segundo ciclo de muda, que es resistente a la a las duras condiciones20. Otras modificaciones y mejoras serán necesario por más tiempo de exposición a través del suplemento con una fuente de alimento que no tiene potencial para metabolizar la sustancia tóxica o por ejemplo EDC esterilizado e. coli. En conclusión, nuestra metodología puede ser utilizada para evaluar los efectos de varios endocrinos interrumpir productos químicos en la fecundidad y en la función neuronal en el sistema modelo de invertebrado C. elegans.
The authors have nothing to disclose.
Apoyo por la NSF (EPSCoR EPS-0814251) y NIH (1P20GM103653-01A1) MKT y HSD, apoyo al estudiante institucional de la Universidad Estatal de Delaware a MDM (título III HBGI) y KRS (NIH-INBRE) se agradece. Gracias al centro de genética de C. elegans (apoyado por el Oficina de NIH de investigación infraestructura programas P40 OD010110) para tensión de N2 de tipo salvaje de C. elegans .
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 |