Ukr.Biochem.J. 2020; Том 92, № 5, вересень-жовтень, c. 87-96
doi: https://doi.org/10.15407/ubj92.05.087
Металотіонеїни в реакції двостулкового молюска на дію ксенобіотиків
В. В. Хома1, Л. Л. Гнатишина1,2, В. В. Мартинюк1,
Т. Р. Мацьків1,2, Н. Й. Міщук1, О. Б. Столяр1*
1Тернопільський національний педагогічний університет імені Володимира Гнатюка, Україна;
2Тернопільський національний медичний університет імені І. Я. Горбачевського, Україна;
*e-mail: Oksana.Stolyar@tnpu.edu.ua
Отримано: 17 квітня 2020; Затверджено: 25 червня 2020
Оцінка чутливості клітинних тіолів металотіонеїнів (МТ) до тривалої дії екологічно реального хімічного «коктейлю» ксенобіотиків потребує дослідження з використанням коректних моделей. Метою роботи було з’ясувати внесок МТ у відповідь двостулкового молюска на сумісну дію ксенобіотиків і підвищеної температури. Молюсків Unio tumidus Philipson, 1788 р. (Unionidae) інкубували в розчинах препаратів диклофенаку (Dc, 2 нМ), ніфедипіну (Nf, 2 нМ) та органофосфонатного гербіциду гліфосату (Gl, препарат Roundup MAX, 79 нМ) окремо та за комбінованої дії за 18°C (DcNfGl) та 25°C (DcNfGl+T) протягом 14 днів. МТ травної залози виділяли гель-розподільчою хроматографією та визначали вміст MT-Me за кількістю зв’язаного ними металу (Zn, Cu, Cd) та за концентрацією тіолів (MT-SH). Концентрація MT-SH у травній залозі молюсків виявилась підвищеною в усіх експозиціях. Встановлено, що у той самий час рівень MT-Me за дії Dc підвищувався, за дії Gl- вмісних розчинів частка MT-Me знижувалась та зростало співвідношення лактат/піруват. Nf зменшував це співвідношення, збільшуючи концентрацію пірувату, та підвищував стабільність лізосомальних мембран у гемоцитах. За сумісної дії ксенобіотиків та підвищеної температури збільшувалась кількість гемоцитів із ядерними порушеннями, що свідчить про перевищення адаптаційного потенціалу організму. Багатофакторний статистичний аналіз підтвердив негативні кореляції у парах МТ-SH/МТ-Ме та МТ-SH/піруват та відокремив групи Gl і DcNfGl+T від інших груп.
Ключові слова: двостулковий молюск, диклофенак, металотіонеїни, ніфедипін, раундап
Посилання:
- Ebele AJ, Abdallah M, Harrad S. Pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) in the freshwater aquatic environment. Emerg Contam. 2017;3(1):1-16. CrossRef
- Holmstrup M, Bindesbøl AM, Oostingh JO, Duschl A, Scheil V, Köhler H, Loureiro S, Soares AM, Ferreira AL, Kienle C, Gerhardt A, Laskowski R, Kramarz PE, Bayley M, Svendsen C, Spurgeon DJ. Interactions between effects of environmental chemicals and natural stressors: a review. Sci Total Environ. 2010;408(18):3746-3762. PubMed, CrossRef
- Benateau S, Gaudard A, Stamm C, Altermatt F. Climate change and freshwater ecosystems: Impacts on water quality and ecological status. Hydro-CH2018 Project. Federal Office for the Environment (FOEN), Bern, Switzerland. 110 p. CrossRef
- Gnatyshyna L, Khoma V, Mishchuk O, Martinyuk V, Spriņģe G, Stoliar O. Multi-marker study of the responses of the Unio tumidus from the areas of small and micro hydropower plants at the Dniester River Basin, Ukraine. Environ Sci Pollut Res Int. 2020;27(10):11038-11049. PubMed, CrossRef
- Gnatyshyna L, Falfushynska H, Horyn O, Khoma V, Martinyuk V, Mishchuk O, Mishchuk N, Stoliar O. Biochemical responses of freshwater mussel Unio tumidus to titanium oxide nanoparticles, Bisphenol A, and their combination. Ecotoxicology. 2019;28(8):923-937. PubMed, CrossRef
- Annett R, Habibi HR, Hontela A. Impact of glyphosate and glyphosate-based herbicides on the freshwater environment. J Appl Toxicol. 2014;34(5):458-479. PubMed, CrossRef
- Vystavna Y, Frkova Z, Celle-Jeanton H, Diadin D, Huneau F, Steinmann M, Crini N, Loup C. Priority substances and emerging pollutants in urban rivers in Ukraine: Occurrence, fluxes and loading to transboundary European Union watersheds. Sci Total Environ. 2018;637-638:1358-1362. PubMed, CrossRef
- The Top 300 of 2020. Provided by the ClinCalc DrugStats Database. Available at https://clincalc.com/DrugStats/Top300Drugs.aspx (accessed, March, 2020).
- Kolpin DW, Furlong ET, Meyer MT, Thurman EM, Zaugg SD, Barber LB, Buxton HT. Pharmaceuticals, hormones, and other organic wastewater contaminants in U.S. streams, 1999-2000: a national reconnaissance. Environ Sci Technol. 2002;36(6):1202-1211. PubMed, CrossRef
- Séguin A, Mottier A, Perron C, Lebel JM, Serpentini A, Costil K. Sub-lethal effects of a glyphosate-based commercial formulation and adjuvants on juvenile oysters (Crassostrea gigas) exposed for 35 days. Mar Pollut Bull. 2017;117(1-2):348-358. PubMed, CrossRef
- Viarengo A, Ponzano E, Dondero F, Fabbri R. A simple spectrophotometric method for metallothionein evaluation in marine organisms: an application to Mediterranean and Antarctic Molluscs. Mar Environ Res. 1997;44(1):69-84. CrossRef
- Nielson KB, Winge DR. Independence of the domains of metallothionein in metal binding. J Biol Chem. 1985;260(15):8698-8701. PubMed
- Mackay EA, Overnell J, Dunbar B, Davidson I, Hunziker PE, Kägi JH, Fothergill JE. Complete amino acid sequences of five dimeric and four monomeric forms of metallothionein from the edible mussel Mytilus edulis. Eur J Biochem. 1993;218(1):183-194. PubMed, CrossRef
- Gawehn K, Bergmeyer HU. D-(−)-Lactate. Methods Enzymatic Anal. 1988; 6: 588-592.
- Repetto G, del Peso A, Zurita JL. Neutral red uptake assay for the estimation of cell viability/cytotoxicity. Nat Protoc. 2008;3(7):1125-1131. PubMed, CrossRef
- Baršienė J, Andreikenaite L, Rybakovas A. Cytogenetic damage in perch (Perca fluviatilis L.) and duck mussel (Anodonta anatina L.) exposed to crude oil. Ekologija. 2006; 1: 25-31.
- Roesijadi G, Fowler BA. Purification of invertebrate metallothioneins. Methods Enzymol. 1991;205:263-273. PubMed, CrossRef
- Lee SJ, Koh JY. Roles of zinc and metallothionein-3 in oxidative stress-induced lysosomal dysfunction, cell death, and autophagy in neurons and astrocytes. Mol Brain. 2010;3(1):30. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
- Zorita I, Strogyloudi E, Buxens A, Mazón LI, Papathanassiou E, Soto M, Cajaraville MP. Application of two SH-based methods for metallothionein determination in mussels and intercalibration of the spectrophotometric method: laboratory and field studies in the Mediterranean Sea. Biomarkers. 2005;10(5):342-359. PubMed, CrossRef
- Isani G, Carpenè E. Metallothioneins, unconventional proteins from unconventional animals: a long journey from nematodes to mammals. Biomolecules. 2014;4(2):435-457. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
- Falfushynska H, Gnatyshyna L, Yurchak I, Sokolova I, Stoliar O. The effects of zinc nanooxide on cellular stress responses of the freshwater mussels Unio tumidus are modulated by elevated temperature and organic pollutants. Aquat Toxicol. 2015;162:82-93. PubMed, CrossRef
- Soudani N, Chaâbane M, Ghorbel I, Elwej A, Boudawara T, Zeghal N. Glyphosate disrupts redox status and up-regulates metallothionein I and II genes expression in the liver of adult rats. Alleviation by quercetin. Gen Physiol Biophys. 2019;38(2):123-134. PubMed, CrossRef
- Mesnage R, Antoniou MN. Facts and fallacies in the debate on glyphosate toxicity. Front Public Health. 2017;5:316. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
- Krężel A, Maret W. The Functions of Metamorphic Metallothioneins in Zinc and Copper Metabolism. Int J Mol Sci. 2017;18(6):1237. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
- Sun F, Dai C, Xie J, Hu X. Biochemical issues in estimation of cytosolic free NAD/NADH ratio. PLoS One. 2012;7(5):e34525. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
- Gray LR, Tompkins SC, Taylor EB. Regulation of pyruvate metabolism and human disease. Cell Mol Life Sci. 2014;71(14):2577-2604. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
- Bacchiocchi S, Principato G. Mitochondrial contribution to metabolic changes in the digestive gland of Mytilus galloprovincialis during anaerobiosis. J Exp Zool. 2000;286(2):107-113. PubMed, CrossRef
- English TE, Storey KB. Freezing and anoxia stresses induce expression of metallothionein in the foot muscle and hepatopancreas of the marine gastropod Littorina littorea. J Exp Biol. 2003;206(Pt 14):2517-2524. PubMed, CrossRef
- Viarengo A, Lowe D, Bolognesi C, Fabbri E, Koehler A. The use of biomarkers in biomonitoring: a 2-tier approach assessing the level of pollutant-induced stress syndrome in sentinel organisms. Comp Biochem Physiol C Toxicol Pharmacol. 2007;146(3):281-300. PubMed, CrossRef
- Elferink JG. Interference of the calcium antagonists verapamil and nifedipine with lysosomal enzyme release from rabbit polymorphonuclear leukocytes. Arzneimittelforschung. 1982;32(11):1417-1420. PubMed
- Newton TJ, Cope WG. Biomarker responses of unionid mussels to environmental contaminants. Freshw Bivalve Ecotoxicol. 2007; 257-284. CrossRef
- Payton SL, Johnson PD, Jenny MJ. Comparative physiological, biochemical and molecular thermal stress response profiles for two unionid freshwater mussel species. J Exp Biol. 2016;219(Pt 22):3562-3574. PubMed, CrossRef
- Parolini M, Binelli A, Cogni D, Riva C, Provini A. An in vitro biomarker approach for the evaluation of the ecotoxicity of non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs). Toxicol In Vitro. 2009;23(5):935-942. PubMed, CrossRef
- Fontes MK, Gusso-Choueri PK, Maranho LA, de Souza Abessa DM, Mazur WA, de Campos BG, Guimarães LL, de Toledo MS, Lebre D, Marques JR, Felicio AA, Cesar A, Almeida EA, Pereira CD. A tiered approach to assess effects of diclofenac on the brown mussel Perna perna: A contribution to characterize the hazard. Water Res. 2018;132:361-370. PubMed, CrossRef
- Godoy AA, Kummrow F, Pamplin PAZ. Occurrence, ecotoxicological effects and risk assessment of antihypertensive pharmaceutical residues in the aquatic environment – A review. Chemosphere. 2015;138:281-291. PubMed, CrossRef
- Matozzo V, Fabrello J, Masiero L, Ferraccioli F, Finos L, Pastore P, Di Gangi IM, Bogialli S. Ecotoxicological risk assessment for the herbicide glyphosate to non-target aquatic species: A case study with the mussel Mytilus galloprovincialis. Environ Pollut. 2018;233:623-632. PubMed, CrossRef
- Dietrich S, Ploessl F, Bracher F, Laforsch C. Single and combined toxicity of pharmaceuticals at environmentally relevant concentrations in Daphnia magna – a multigenerational study. Chemosphere. 2010;79(1):60-66. PubMed, CrossRef
