طرق لاختبار اضطراب الغدد الصماء في الميلانوجاستر Drosophila

وقد تم إطلاق الأنشطة البشرية في البيئة كمية هائلة من المواد الكيميائية، التي تمثل مشكلة خطيرة للكائنات الحية والنظم الإيكولوجية الطبيعية¹. ومن بين هذه الملوثات، يقدر أن نحو 000 1 مادة كيميائية مختلفة قد تغير التوازن الطبيعي لنظم الغدد الصماء؛ وفقا لهذه الخاصية، وهي تصنف على أنها المواد الكيميائية المسببة لاضطرابات الغدد الصماء (EDCs). على وجه التحديد، استنادا إلى تعريف حديث من قبل جمعية الغدد الصماء، وEDCs هي “مادة كيميائية خارجية، أو خليط من المواد الكيميائية، التي يمكن أن تتداخل مع أي جانب من جوانب العمل الهرموني”². على مدى العقود الثلاثة الماضية، كان هناك أدلة علمية متزايدة على أن EDCs يمكن أن تؤثر على تكاثر وتطوير الحيوانات والنباتات^{3،4،5،6،7، 8}. وعلاوة على ذلك، كان التعرض EDC يرتبط بزيادة انتشار بعض الأمراض البشرية، بما في ذلك السرطان والسمنة والسكري وأمراض الغدة الدرقية، والاضطرابات السلوكية^9،10،11.

الآليات العامة لـ EDC

بسبب خصائصها الجزيئية، والممارسات غير القانونية يتصرفمثل الهرمونات أو السلائف هرمون 3،^{4،5،6،7،8،9، 10,11,12}. في هذا المعنى, أنها يمكن ربط مستقبلات هرمون وتعطيل نظم الغدد الصماء إما عن طريق محاكاة النشاط الهرموني أو عن طريق منع الهرمونات الذاتية ملزمة. في الحالة الأولى, بعد ملزمة لمستقبلات, أنها يمكن تفعيلها كما يفعل هرمونها الطبيعي. في الحالة الأخرى، وملزمة من EDC إلى مستقبلات يمنع الربط من هرمونها الطبيعي، وبالتالي يتم حظر مستقبلات ولم يعد يمكن تفعيلها، حتى في وجود هرمونها الطبيعي³. ونتيجة لذلك، يمكن أن تؤثر على العديد من العمليات، مثل التوليف، وإفراز، والنقل، والتمثيل الغذائي، أو العمل المحيطي للهرمونات الذاتية المسؤولة عن الحفاظ على التوازن، والتكاثر، والتنمية، و / أو سلوك الكائن الحي. والربط بين المستقبلات ليس هو السبيل الوحيد للعمل الذي تم وصفه حتى الآن بالنسبة للمراكز المعنية بمكافحة الفلور والألغام. ومن الواضح الآن أنها يمكن أن تعمل أيضا عن طريق تجنيد coactivators أو corepressors في مسارات الأنزيمية أو عن طريق تعديل علامات جينية تحرير التعبير الجيني^{الجيني 10،11،12،13 ،14}، مع عواقب ليس فقط للجيل الحالي ولكن أيضا لصحة الأجيال القادمة⁸.

هرمونات الدروفيلا

وقد تم دراسة الآثار المحتملة لنخبة من المركبات المنتَجة للمواد الضارة بالحيوانات البرية على نطاق واسع، سواء في أنواع الأحياء البرية أو في عدة نظم نموذجية تكون فيها آليات الغدد الصماء معروفة جيداً إلى حد معقول. أما بالنسبة لللافقاريات، فقد تم وصف نظم الغدد الصماء التي تؤثر على النمو والتنمية والتكاثر على نطاق واسع في الحشرات لعدة أسباب، بما في ذلك استخدامها على نطاق واسع في مجال البحوث البيولوجية، وأهميتها الاقتصادية، و أخيرا تطوير المبيدات الحشرية قادرة على التدخل على وجه التحديد مع نظام هرمون الآفات.

على وجه الخصوص ، بين الحشرات ، ثبت أن ذبابة الفاكهة D. melanogaster نظام نموذجي قوي جدا لتقييم الآثار المحتملة لالغدد الصماء من EDCs. في D. الميلانوجاستر, وكذلك في الفقاريات, الهرمونات تلعب دورا هاما طوال دورة الحياة بأكملها. في هذا الكائن الحي، وهناك ثلاثة نظم الهرمونية الرئيسية، والتي تنطوي على هرمون الستيرويد 20-هيدروكسيكديسون (20E)^15،16، وهرمون الأحداث sesquiterpenoid (JH)¹⁷، والببتيدات العصبية والببتيد / البروتين الهرمونات¹⁸. تتكون هذه المجموعة الثالثة من العديد من الببتيدات التي تم اكتشافها في الآونة الأخيرة ولكن تشارك بوضوح في مجموعة كبيرة من العمليات الفسيولوجية والسلوكية، مثل طول العمر، التوازن، التمثيل الغذائي، والإنجاب، والذاكرة، والتحكم في الحركة. 20E هو متجانسة لهرمونات الستيرويد المشتقة من الكولسترول مثل استراديول, في حين JH تشترك في بعض أوجه التشابه مع حمض الريتينويك; كلاهما الهرمونات المعروفة في Drosophila^19,20. توازنها أمر حيوي في تنسيق الصهر والتحوّل، وكذلك في السيطرة على العديد من العمليات ما بعد النمو، مثل التكاثر، والعمر، والسلوك^21،وبالتالي توفير إمكانيات مختلفة لاختبار الغدد الصماء اضطراب في Drosophila. وعلاوة على ذلك، فإن هرمونات الإيكوستيرويد وJHs هي الأهداف الرئيسية لما يسمى بالمبيدات الحشرية من الجيل الثالث، والتي تم تطويرها للتدخل في العمليات التنموية والإنجابية بوساطة الغدد الصماء في الحشرات. وطريقة عمل هذه المواد الكيميائية من الناهض أو الخصم معروفة جيدا، وبالتالي يمكن أن تكون بمثابة معايير مرجعية لتقييم آثار الـ EDCs المحتملة على نمو الحشرات وتكاثرها وتطويرها²². على سبيل المثال ، الميثوبرين ، الذي تم استخدامه على نطاق واسع في السيطرة على البعوض والحشرات المائية الأخرى^23،24، يعمل كناهض JH وتقوّق نسخ الجينات الناجم عن 20E والتحوّل.

بالإضافة إلى الهرمونات, مستقبلات النووية (NR) الأسرة الفائقة في Drosophila هو أيضا معروفة جيدا; وهو يتألف من 18 عوامل النسخ المحفوظة تطوريا المشاركة في السيطرة على مسارات النمو المعتمدة على هرمون، فضلا عن التكاثر وعلم وظائف الأعضاء²⁵. هذه الهرمونات NRs تنتمي إلى جميع الأنواع الفرعية NR ستة, بما في ذلك تلك التي تشارك في الإرسال العصبي²⁶, اثنان لحمض الريتينويك روبية, وتلك لNRs الستيرويد التي, في الفقاريات, تمثل واحدة من الأهداف الأساسية لـ EDCs²⁷.

Drosophila كنظام نموذجي لدراسة EDCs

وفي الوقت الراهن، تقوم عدة وكالات بيئية في جميع أنحاء العالم، على أساس الخصائص الجزيئية، بإسناد إمكانية التدخل في نظم الغدد الصماء إلى مختلف المواد الكيميائية من صنع الإنسان. ونظرا لأن هذه المراكز هي مشكلة عالمية وشاملة بالنسبة للبيئة وللكائنات الحية، فإن الهدف العام للبحوث في هذا المجال هو تخفيف عبء الأمراض التي تتحملها، فضلا عن حماية الكائنات الحية من آثارها الضارة. من أجل تعميق فهم الآثار المحتملة لالغدد الصماء من مادة كيميائية، فمن الضروري لاختباره في الجسم الحي. ولهذه الغاية، يمثل د. ميلانوجاستر نظاماً نموذجياً صالحاً. وحتى الآن، استخدمت ذبابة الفاكهة على نطاق واسع في نموذج الحي الحي لتقييم آثار العديد من الـEDCs البيئية؛ وقد أفيد أن التعرض للعديد من مركبات الميتاليك الهيدرولية، مثل ثنائي بوتيل الفثالات (DBP)²⁸، البيسفينول A (BPA)، 4-nonylphenol (4-NP)، 4-tert-octylphenol (4-tert-OP)²⁹، ميثيل بارابين (MP)³⁰، إيثيل بارابين (EP)^{31، 32}، bis-(2-ethylhexyl) الفثالات (DEHP)³³، و 17-α-ethinylestradiol (EE2)³⁴، يؤثر على وظائف التمثيل الغذائي والغدد الصماء كما هو الحال في نماذج الفقاريات. وقد أدت عدة أسباب إلى استخدامه كنموذج في هذا المجال من البحث. بالإضافة إلى المعرفة الممتازة بنظم الغدد الصماء، تشمل المزايا الأخرى دورة حياتها القصيرة، والتكلفة المنخفضة، والجينوم القابل للنبض بسهولة، وتاريخ طويل من البحث، والعديد من الإمكانيات التقنية (انظر موقع FlyBase على الويب، http://flybase.org/). كما يوفر د. ميلانوجاستر نموذجاً قوياً لدراسة الآثار عبر الأجيال والاستجابات السكانية للعوامل البيئية⁸ بسهولة، ويتجنب القضايا الأخلاقية ذات الصلة بالدراسات الحية في الحيوانات الأعلى. وبالإضافة إلى ذلك، فإن ذبابة الفاكهة تشترك في درجة عالية من الحفاظ على الجينات مع البشر مما قد يجعل من الممكن لفحوصات Drosophila EDC للمساعدة في التنبؤ أو اقتراح الآثار المحتملة لهذه المواد الكيميائية على صحة الإنسان. وإلى جانب توسيع نطاق فهم الآثار على صحة الإنسان، يمكن أن تساعد Drosophila في تقييم مخاطر التعرض لـ EDC للبيئة، مثل فقدان التنوع البيولوجي والتدهور البيئي. وأخيراً، فإن ذبابة الفاكهة توفر ميزة إضافية تتمثل في استخدامها في المختبرات، حيث يمكن إبقاء العوامل التي يحتمل أن تؤثر على تطورها وتكاثرها وعمرها تحت السيطرة من أجل عزو أي اختلاف إلى المادة التي يتعين اختبارها.

مع هذا في الاعتبار، قمنا بتحسين اختبارات اللياقة البدنية بسيطة وقوية لتحديد آثار EDC على بعض الصفات الهرمونية Drosophila، مثل الخصوبة / الخصوبة، وتوقيت النمو، وعمر الكبار. وقد استخدمت هذه الاختبارات على نطاق واسع لبعض EDCs^{23،24،25،26،27.} على وجه الخصوص, لقد استخدمنا البروتوكولات التالية لتقييم آثار التعرض لهرمون الاستروجين الاصطناعية EE2³⁴ وBPA وإلى التركيز البؤري التلقائي البيسفينول (BPA F) (بيانات غير منشورة). ويمكن تعديل هذه البروتوكولات بسهولة للتحقيق في آثار EDC معينة في وقت واحد، فضلا عن الآثار مجتمعة من EDCs متعددة في D. melanogaster.