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Study of the combined neurotoxic effects produced by methylmercury and organochlorine pollutants in primary cultures of cortical neurons

Marie-Lena Müller

Art der Arbeit

Masterarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Zentrum für Molekulare Biologie

Betreuer*in

Johannes Nimpf

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DOI

10.25365/thesis.34473

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29255.76531.990470-5

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Methylquecksilbers (MeHg) verheerende Auswirkungen auf die Gesundheit wurden bei Ausbruch der Minamata-Krankheit in Japan deutlich, als die lokale Bevölkerung über Jahrzehnte hinweg niedrigen Dosen von MeHg ausgesetzt war, was zu schweren Hirnschäden und Schädigungen des Zentralen Nervensystems führte. Aber MeHg ist nicht das einzige Umweltgift, das dem menschlichen Gehirn, sogar in sehr geringen Dosen, Schaden zufügen kann. Organochlorine, die als Pestizide oder in der Industrie Verwendung finden, und denen man im täglichen Leben ausgesetzt ist, haben auch großes Potential neurologische Erkrankungen hervorzurufen. Belastung mit Umweltgiften, wie MeHg und Organochlorine, sind mit neurodegenerativen Erkrankungen assoziiert, unter anderem Parkinson. Wir wollten mögliche cytotoxische Effekte von MeHg in Kombination mit diversen Organochlorinen und Neurotransmittern, die in der Pathologie von Parkinson eine Rolles spielen, nämlich Acetylcholin und Dopamin, erforschen. Wir konnten keine interaktiven cytotoxischen Effekte zwischen MeHg und Organochlorinen finden, ebenso wenig wie interaktive Effekte zwischen MeHg und Organochlorinen in Bezug auf oxidativen Stress. Allerdings konnten wir zeigen, dass MeHg und ein Mix aus Organochlorinen die innnere Mitochondrienmembran teilweise depolarisieren kann. Aber in Kombination von MeHg und Organochlorin-Mix, kommt es zu einem der Depolarisation entgegengesetzten Effekt. Außerdem wurde gezeigt, dass 100 µM Ach -alleine ein sub-toxische Konzentration- in Kombination mit 100 nM MeHg zu vermehrtem Zellensterben führt. Außerdem haben unsere Experimente gezeigt, dass Dopamin schützend gegen die toxischen Effekte von MeHg wirkt. Dieser Effekt wird nicht von dem Organochlorin-Mix beeinflusst. Wir fanden heraus, dass der schützende Effekt gegen MeHg nicht auf einem Schutz vor Exzitotoxizität oder Mechanismen auf Grund einer Dopamin D2-Rezeptor-Aktivierung beruht. Wir denken, dass die Depolarisation der mitochondriellen Membran auf der Öffnung der „mitochondrial transition pore“ durch Zunahme an intramitochondriellen Kalziumkonzentration basiert. Die Zunahme intramitochondrieller Kalziumkonzentrationen kann, laut Literatur, durch MeHg oder Organochlorine hervorgerufen werden. Der interaktive schädliche Effekt von Acetylcholin und der interaktive schützende Effekt von Dopamin in Kombination mit Umweltgiften liefern nützliche Informationen für die Erforschung eine mögliche Therapie für Parkinson-Patienten, die mit hohen körperlichen Konzentrationen an Umweltgiften belastet sind.

Abstract

(Englisch)

Methylmercury’s (MeHg) devastating health effects were demonstrated in the Minamata disease outbreak in Japan when people were exposed over decades to low MeHg concentrations, which resulted in severe brain damage and long-term effects affecting the central nervous system. But MeHg is not the only perfidious compound causing harm to the human brain at chronic low-dose exposure. Organochlorine compounds, used as pesticides or in industry, and present in daily life have a big potential to cause neurological damage too. Exposure to both groups of toxicants, MeHg and organochlorine compounds, are linked to neurodegenerative diseases, including Parkinson’s disease. We wanted to investigate cytotoxic effects of MeHg in combination with various organochlorine compounds and neurotransmitters involved in Parkinson’s disease pathology: acetylcholine and dopamine. We did not find any interactive cytotoxic effect between MeHg and organochlorines. Furthermore, there was also no evidence for interactive effects of MeHg and organochlorines involved in oxidative stress. But measurements of the mitochondrial membrane potential showed that a mixture of various organochlorine compounds and MeHg, depolarizes mitochondrial membrane, but in combination counteract mitochondrial membrane depolarization. By researching MeHg in combination with Acetylcholine we could show that 100 µM acetylcholine can increase toxicity at MeHg concentrations of little toxicity. Furthermore, dopamine seems to have a protective effect against MeHg toxicity, which is not diminished by additional exposure to a mixture of numerous organochlorines. Moreover, we found that neither D2-receptor mediated actions, nor protection against glutamate-induced excitotoxicty is the mode of action in dopamine’s protective actions. We hypothesize that the mitochondrial membrane depolarization occurs due to opening of the mitochondrial membrane transition pore induced by intramitochondrial rise in Ca2+ which can be induced, according to literature findings, by MeHg and various organochlorines. The interactive harmful effect of acetylcholine and interactive protective effect of dopamine in combination with environmental pollutants provide useful information for neuronal progenitor cell transplantations, a potential cure for neurodegenerative diseases, in people with high environmental pollutant burden.

Autor*innen

Marie-Lena Müller

Haupttitel (Englisch)

Study of the combined neurotoxic effects produced by methylmercury and organochlorine pollutants in primary cultures of cortical neurons

Paralleltitel (Deutsch)

Studie über neurotoxische Effekte hervorgerufen durch die kombinierte Wirkung von Methylquecksilber und organochlorinen Schadstoffen auf Primärkulturen kortikaler Neuronen

Publikationsjahr

2014

Umfangsangabe

63 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Johannes Nimpf

Klassifikation

42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie

AC Nummer

AC12182051

Utheses ID

30599

Studienkennzahl

UA | 066 | 834 | |

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