Влияние экзогенного лактоферрина на метилирование ДНК у постимплантационных эмбрионов мыши, развившихся из зигот, подвергшихся воздействию бисфенола А
- Авторы: Постникова Л.А.1, Нониашвили Е.М.1, Сучкова И.О.1, Баранова Т.В.1, Паткин Е.Л.1
-
Учреждения:
- Институт экспериментальной медицины
- Выпуск: Том 22, № 4 (2022)
- Страницы: 45-56
- Раздел: Оригинальные исследования
- Статья опубликована: 01.02.2023
- URL: https://journals.eco-vector.com/MAJ/article/view/109416
- DOI: https://doi.org/10.17816/MAJ109416
- ID: 109416
Цитировать
Полный текст



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

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-ПетербургЕкатерина 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-ПетербургИрина 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-ПетербургТатьяна 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-ПетербургЕвгений 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-ПетербургСписок литературы
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- Lange U.C., Schneider R. What an epigenome remembers // Bioessays. 2010. Vol. 32, No. 8. P. 659–668. doi: 10.1002/bies.201000030
- 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
