Влияние экзогенного лактоферрина на метилирование ДНК у постимплантационных эмбрионов мыши, развившихся из зигот, подвергшихся воздействию бисфенола А

Обложка


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Обоснование. Бисфенол А, повсеместно присутствующий в пластиковых потребительских товарах, представляет собой токсин, способный нарушать ключевые эпигенетические механизмы в раннем эмбриогенезе. Становится все более очевидным, что изменения в эпигенетических путях, происходящие в раннем развитии, связаны с различными заболеваниями взрослых. Таким образом, становится ясной задача поиска агентов, способных нивелировать сбои эпигенетических механизмов в раннем развитии, вызванных экотоксикантами, в частности, бисфенолом А. На сегодняшний день нет данных о роли лактоферрина как нормализатора эпигеномных нарушений под влиянием токсикантов. Мы предполагаем, что в эмбриональном развитии млекопитающих лактоферрин проявляет себя как эпигенетический модулирующий фактор.

Цель — изучить антитоксическое действие экзогенного лактоферрина на эпигенетический статус постимплантационных эмбрионов мышей, подвергшихся внутриутробному воздействию бисфенола А.

Материалы и методы. В исследовании были проанализированы три экспериментальные группы и две контрольные группы мышей. Мышам в первый день беременности вводили 40 мг бисфенола А на 1 кг массы тела (1-я группа); 50 мг лактоферрина на 1 кг массы тела (2-я группа); последовательно 50 мг лактоферрина и 40 мг бисфенола А на 1 кг массы тела (3-я группа). На 15-й день эмбрионального развития оценивали уровень полногеномного метилирования ДНК в различных зачатках первичных органов с помощью метилчувствительной рестрикции с использованием ImageJ анализа.

Результаты. Установлено, что у постимплантационных эмбрионов мышей воздействие бисфенола А в пренатальном периоде вызывает повышенный уровень полногеномного метилирования ДНК, причем наиболее выраженный эффект наблюдается в мозге, а также в брюшном отделе. В совокупности результаты нашей работы показали, что введение лактоферрина в дозе 50 мг на 1 кг массы тела приводит к нормализации уровней полногеномного метилирования ДНК после индуцированных бисфенолом А эпигенетических нарушений.

Заключение. Мы предполагаем, что лактоферрин может частично нейтрализовать вредное воздействие бисфенола А в отношении аберрантного метилирования и, таким образом, потенциально может служить доступным фармацевтическим продуктом. Результаты данной работы могут помочь в разработке новых терапевтических подходов, однако необходимы дальнейшие исследования воздействия бисфенола А, лактоферрина и одновременно лактоферрина и бисфенола А на активные формы кислорода и/или антиоксидантные ферменты.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Любовь Андреевна Постникова

Институт экспериментальной медицины

Email: ofeliyafutman@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-3306-8266
SPIN-код: 6191-7966
ResearcherId: HGB-3000-2022

магистр биологии, аспирант, младший научный сотрудник лаборатории молекулярной цитогенетики развития млекопитающих отдела молекулярной генетики

Россия, Санкт-Петербург

Екатерина Михайловна Нониашвили

Институт экспериментальной медицины

Email: katinka.04@list.ru
ORCID iD: 0000-0002-2347-6920
SPIN-код: 1799-7736
Scopus Author ID: 6602403829
ResearcherId: E-4173-2014

канд. биол. наук, старший научный сотрудник лаборатории молекулярной цитогенетики развития млекопитающих отдела молекулярной генетики

Россия, Санкт-Петербург

Ирина Олеговна Сучкова

Институт экспериментальной медицины

Email: irsuchkova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2127-0459
SPIN-код: 4155-7314
Scopus Author ID: 6602838276
ResearcherId: H-4484-2014

канд. биол. наук, старший научный сотрудник лаборатории молекулярной цитогенетики развития млекопитающих отдела молекулярной генетики

Россия, Санкт-Петербург

Татьяна Валерьевна Баранова

Институт экспериментальной медицины

Email: tanjabaranova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8269-8881
SPIN-код: 1356-1402
Scopus Author ID: 57205972796

канд. биол. наук, младший научный сотрудник лаборатории молекулярной цитогенетики развития млекопитающих отдела молекулярной генетики

Россия, Санкт-Петербург

Евгений Львович Паткин

Институт экспериментальной медицины

Автор, ответственный за переписку.
Email: elp44@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6292-4167
SPIN-код: 4929-4630
Scopus Author ID: 7003713993
ResearcherId: J-7779-2013

д-р биол. наук, профессор, заведующий лабораторией молекулярной цитогенетики развития млекопитающих отдела молекулярной генетики

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Bateson P., Barker D., Clutton-Brock T. et al. Developmental plasticity and human health // Nature. 2004. Vol. 430, No. 6998. P. 419–421. doi: 10.1038/nature02725
  2. Bernal A.J., Jirtle R.L. Epigenomic disruption: the effects of early developmental exposures // Birth Defects Res. A Clin. Mol. Teratol. 2010. Vol. 88, No. 10. P. 938–944. doi: 10.1002/bdra.20685
  3. Dolinoy D.C., Huang D., Jirtle R.L. Maternal nutrient supplementation counteracts bisphenol A-induced in early development // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2007. Vol. 104, No. 32. P. 13056–13061. doi: 10.1073/pnas.0703739104
  4. Vom Saal F.S., Akingbemi B.T., Belcher S.M. et al. Chapel Hill bisphenol A expert panel consensus statement: integration of mechanisms, effects in animals and potential to impact human health at current levels of exposure // Reprod. Toxicol. 2007. Vol. 24, No. 2. P. 131–138. doi: 10.1016/j.reprotox.2007.07.005
  5. Kim J.H., Sartor M.A., Rozek L.S. et al. Perinatal bisphenol A exposure promotes dose-dependent alterations of the mouse methylome // BMC Genomics. 2014. Vol. 15. P. 30. doi: 10.1186/1471-2164-15-30
  6. Lee Y.M., Seong M.J., Lee J.W. et al. Estrogen receptor independent neurotoxic mechanism of bisphenol A, an environmental estrogen // J. Vet. Sci. 2007. Vol. 8, No. 1. P. 27–38. doi: 10.4142/jvs.2007.8.1.27
  7. Gassman N.R. Induction of oxidative stress by bisphenol A and its pleiotropic effects // Environ. Mol. Mutagen. 2017. Vol. 58, No. 2. P. 60–71. doi: 10.1002/em.22072
  8. El Henafy H.M.A., Ibrahim M.A., Abd El Aziz S.A., Gouda E.M. Oxidative stress and DNA methylation in male rat pups provoked by the transplacental and tranlactational exposure to bisphenol A // Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2020. Vol. 27, No. 4. P. 4513–4519. doi: 10.1007/s11356-019-06553-5
  9. Weng Y.I., Hsu P.Y., Liyanarachchi S. et al. Epigenetic influences of low-dose bisphenol A in primary human breast epithelial cells // Toxicol. Appl. Pharmacol. 2010. Vol. 248, No. 2. P. 111–121. doi: 10.1016/j.taap.2010.07.014
  10. Postnikova L.A., Patkin E.L. The possible effect of lactoferrin on the epigenetic characteristics of early mammalian embryos exposed to bisphenol A // Birth Defects Res. 2022. Vol. 114, No. 19. P. 1199–1209. doi: 10.1002/bdr2.2017
  11. Legrand D., Pierce A., Elass E. et al. Lactoferrin structure and functions // Adv. Exp. Med. Biol. 2008. Vol. 606. P. 163–194. doi: 10.1007/978-0-387-74087-4_6
  12. Teng C.T., Beard C., Gladwell W. Differential expression and estrogen response of lactoferrin gene in the female reproductive tract of mouse, rat, and hamster // Biol. Reprod. 2002. Vol. 67, No. 5. P. 1439–1449. doi: 10.1095/biolreprod.101.002089
  13. Teng C.T., Gladwell W., Beard C. et al. Lactoferrin gene expression is estrogen responsive in human and rhesus monkey endometrium // Mol. Hum. Reprod. 2002. Vol. 8, No. 1. P. 58–67. doi: 10.1093/molehr/8.1.58
  14. Ward P.P., Paz E., Conneely O.M. Multifunctional roles of lactoferrin: a critical overview // Cell. Mol. Life Sci. 2005. Vol. 62, No. 22. P. 2540–2548. doi: 10.1007/s00018-005-5369-8
  15. Zakharova E.T., Kostevich V.A., Sokolov A.V., Vasilyev V.B. Human apo-lactoferrin as a physiological mimetic of hypoxia stabilizes hypoxia-inducible factor-1 alpha // Biometals. 2012. Vol. 25, No. 6. P. 1247–1259. doi: 10.1007/s10534-012-9586-y
  16. Reale E., Taverna D., Cantini L. et al. Investigating the epi-miRNome: identification of epi-miRNAs using transfection experiments // Epigenomics. 2019. Vol. 11, No. 14. P. 1581–1599. doi: 10.2217/epi-2019-0050
  17. Zhang T.N., Liu N. Effect of bovine lactoferricin on DNA methyltransferase 1 level in Jurkat T-leukemia cells // J. Dairy Sci. 2010. Vol. 93, No. 9. P. 3925–3930. doi: 10.3168/jds.2009-3024
  18. Lebedev D.V., Zabrodskaya Y.A., Pipich V. et al. Effect of alpha-lactalbumin and lactoferrin oleic acid complexes on chromatin structural organization // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2019. Vol. 520, No. 1. P. 136–139. doi: 10.1016/j.bbrc.2019.09.116
  19. Safaeian L., Zabolian H. Antioxidant effects of bovine lactoferrin on dexamethasone-induced hypertension in the rat // ISRN Pharmacol. 2014. Vol. 2014. P. 943523. doi: 10.1155/2014/943523
  20. Verduci E., Banderali G., Barberi S. et al. Epigenetic effects of human breast milk // Nutrients. 2014. Vol. 6, No. 4. P. 1711–1724. doi: 10.3390/nu6041711
  21. Medrano J.V., Pera R.A., Simón C. Germ cell differentiation from pluripotent cells // Semin. Reprod. Med. 2013. Vol. 31, No. 1. P. 14–23. doi: 10.1055/s-0032-1331793
  22. Sukjamnong S., Thongkorn S., Kanlayaprasit S. et al. Prenatal exposure to bisphenol A alters the transcriptome-interactome profiles of genes associated with Alzheimer’s disease in the offspring hippocampus // Sci. Rep. 2020. Vol. 10, No. 1. P. 9487. doi: 10.1038/s41598-020-65229-0
  23. Nahar M.S., Liao C., Kannan K. et al. In utero bisphenol A concentration, metabolism, and global DNA methylation across the matched placenta, kidney, and liver in the human fetus // Chemosphere. 2015. Vol. 124. P. 54–60. doi: 10.1016/j.chemosphere.2014.10.071
  24. Quan C., Wang C., Duan P. et al. Prenatal bisphenol exposure leads to reproductive hazards on male offspring via the Akt/mTOR and mitochondrial apoptosis pathways // Environ. Toxicol. 2017. Vol. 32, No. 3. P. 1007–1023. doi: 10.1002/tox.22300
  25. Cagampang F.R., Torrens C., Anthony F.W., Hanson M.A. Developmental exposure to bisphenol A leads to cardiometabolic dysfunction in adult mouse offspring // J. Dev. Orig. Health Dis. 2012. Vol. 3, No. 4. P. 287–292. doi: 10.1017/S2040174412000153
  26. Boronat-Belda T., Ferrero H., Al-Abdulla R. et al. Bisphenol-A exposure during pregnancy alters pancreatic β-cell division and mass in male mice offspring: A role for ERβ // Food Chem. Toxicol. 2020. Vol. 145. P. 111681. doi: 10.1016/j.fct.2020.111681
  27. Song Y., Hauser R., Hu F.B. et al. Urinary concentrations of bisphenol A and phthalate metabolites and weight change: a prospective investigation in US women // Int. J. Obes. (Lond). 2014. Vol. 38, No. 12. P. 1532–1537. doi: 10.1038/ijo.2014.63
  28. Donohue K.M., Miller R.L., Perzanowski M.S. et al. Prenatal and postnatal bisphenol A exposure and asthma development among inner-city children // J. Allergy Clin. Immunol. 2013. Vol. 131, No. 3. P. 736–742. doi: 10.1016/j.jaci.2012.12.1573
  29. Babu S., Uppu S., Claville M.O., Uppu R.M. Prooxidant actions of bisphenol A (BPA) phenoxyl radicals: implications to BPA-related oxidative stress and toxicity // Toxicol. Mech Methods. 2013. Vol. 23, No. 4. P. 273–280. doi: 10.3109/15376516.2012.753969
  30. Meli R., Monnolo A., Annunziata C. et al. Oxidative stress and BPA toxicity: an antioxidant approach for male and female reproductive dysfunction // Antioxidants (Basel). 2020. Vol. 9, No. 5. P. 405. doi: 10.3390/antiox9050405
  31. Leem Y.H., Oh S., Kang H.J. et al. BPA-toxicity via superoxide anion overload and a deficit in β-catenin signaling in human bone mesenchymal stem cells // Environ. Toxicol. 2017. Vol. 32, No. 1. P. 344–352. doi: 10.1002/tox.22239
  32. Kobayashi K., Liu Y., Ichikawa H. et al. Effects of bisphenol A on oxidative stress in the rat brain // Antioxidants (Basel). 2020. Vol. 9, No. 3. P. 240. doi: 10.3390/antiox9030240
  33. Severson P.L., Tokar E.J., Vrba L. et al. Agglomerates of aberrant DNA methylation are associated with toxicant-induced malignant transformation // Epigenetics. 2012. Vol. 7, No. 11. P. 1238–1248. doi: 10.4161/epi.22163
  34. Warita K., Mitsuhashi T., Ohta K. et al. Gene expression of epigenetic regulatory factors related to primary silencing mechanism is less susceptible to lower doses of bisphenol A in embryonic hypothalamic cells // J. Toxicol. Sci. 2013. Vol. 38, No. 2. P. 285–289. doi: 10.2131/jts.38.285
  35. Ahmed R.G., Walaa G.H., Asmaa F.S. Suppressive effects of neonatal bisphenol A on the neuroendocrine system // Toxicol. Ind. Health. 2018. Vol. 34, No. 6. P. 397–407. doi: 10.1177/0748233718757082
  36. Dinant C., Luijsterburg M.S. The emerging role of HP1 in the DNA damage response // Mol. Cell Biol. 2009. Vol. 29, No. 24. P. 6335–6340. doi: 10.1128/MCB.01048-09
  37. Eckersley-Maslin M.A., Alda-Catalinas C., Reik W. Dynamics of the epigenetic landscape during the maternal-to-zygotic transition // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2018. Vol. 19, No. 7. P. 436–450. doi: 10.1038/s41580-018-0008-z
  38. Hayes P., Knaus U.G. Balancing reactive oxygen species in the epigenome: NADPH oxidases as target and perpetrator // Antioxid. Redox. Signal. 2013. Vol. 18, No. 15. P. 1937–1945. doi: 10.1089/ars.2012.4895
  39. Campos A.C., Molognoni F., Melo F.H. et al. Oxidative stress modulates DNA methylation during melanocyte anchorage blockade associated with malignant transformation // Neoplasia. 2007. Vol. 9, No. 12. P. 1111–1121. doi: 10.1593/neo.07712
  40. Hitchler M.J., Domann F.E. An epigenetic perspective on the free radical theory of development // Free Radic. Biol. Med. 2007. Vol. 43, No. 7. P. 1023–1036. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2007.06.027
  41. Patkin E.L., Grudinina N.A., Sasina L.K. et al. DNA methylation differs between sister chromatids, and this difference correlates with the degree of differentiation potential // Mol. Reprod. Dev. 2015. Vol. 82, No. 10. P. 724–725. doi: 10.1002/mrd.22519
  42. Richardson B.E., Lehmann R. Mechanisms guiding primordial germ cell migration: strategies from different organisms // Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 2010. Vol. 11, No. 1. P. 37–49. doi: 10.1038/nrm2815
  43. Saitou M., Yamaji M. Primordial germ cells in mice // Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2012. Vol. 4, No. 11. P. a008375. doi: 10.1101/cshperspect.a008375
  44. Stouder C., Paoloni-Giacobino A. Transgenerational effects of the endocrine disruptor vinclozolin on the methylation pattern of imprinted genes in the mouse sperm // Reproduction. 2010. Vol. 139, No. 2. P. 373–379. doi: 10.1530/REP-09-0340
  45. Lange U.C., Schneider R. What an epigenome remembers // Bioessays. 2010. Vol. 32, No. 8. P. 659–668. doi: 10.1002/bies.201000030
  46. Wang L., Zhang J., Duan J. et al. Programming and inheritance of parental DNA methylomes in mammals // Cell. 2014. Vol. 157, No. 4. P. 979–991. doi: 10.1016/j.cell.2014.04.017

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1

Скачать (84KB)
3. Рис. 2

Скачать (119KB)
4. Рис. 3

Скачать (113KB)
5. Рис. 4

Скачать (109KB)
6. Рис. 5

Скачать (151KB)

© Эко-Вектор, 2023



СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 74760 от 29.12.2018 г.