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Developmental neurotoxicity of perinatal exposure to HexaBromoCycloDoDecane with regard to its impact on epigenetics and neuroinflammation
Sarah Roth
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Verhaltens-, Neuro- und Kognitionsbiologie
Betreuer*in
Thomas Hummel
DOI
10.25365/thesis.59783
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-28220.72205.949771-3
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Hexabromocyclodododecan (HBCDD) ist ein bromiertes Flammschutzmittel, das
in vielen hergestellten Materialien verwendet wird und aus einer technischen
Mischung von 3 Hauptisomeren α, β und γ besteht, wobei das α Isomer
hauptsächlich in Lebensmitteln und in biologischen Abteilungen vorkommt. Da
HBCDD in der Umwelt, Lebensmitteln und menschlichem Gewebe vorkommt,
sind Folgen für die menschliche Gesundheit zu erwarten, insbesondere wenn die
Exposition während der frühen Entwicklungsphase stattfindet.
Ausgehend von einer früheren Studie über die kurzfristigen Auswirkungen der
perinatalen Exposition gegenüber dem Umweltschadstoff HBCDD [1]
untersuchte das aktuelle Projekt die entsprechenden Gehirnstrukturen aus den
bisherigen Ergebnissen, welche Beeinträchtigungen des Bewegungsapparates
sowie endokrine Störungen hervorbrachten. Ziel dieses Projektes war es, die
langfristigen Auswirkungen der Schadstoffbelastung und der Auswirkungen auf
die Neuroinflammation sowie auf das epigenetische Profil zu identifizieren.
Weibliche Wistar-Ratten wurden während der Schwangerschaft und Stillzeit mit
a-HBCDD kontaminierten Eiern gefüttert. Daher wurden die Nachkommen über
einen Zeitraum von 42 Tagen dem Schadstoff ausgesetzt. Da die Menge an -
HBCDD nach der Exposition des Menschen berechnet wurde, was zu einer
Verabreichung von 66 ng/kg/Tag und 42 Tagen bei Laborratten etwa 3 Jahren
beim Menschen gleichgesetzt sind [2], gilt dies als früher Stressfaktor. Da das
frühe Leben eine sehr kritische Phase ist und den Gesundheitsverlauf im
späteren Leben beeinflussen kann [3], müssen die Auswirkungen der
Schadstoffbelastung genauer untersucht werden.
Die vorliegende Studie konzentrierte sich auf die entnommenen Gehirne von
PND1, PND14 und PND270. So wurden die Folgen einer frühzeitigen
Schadstoffbelastung zu drei verschiedenen Zeitpunkten, von der Geburt bis zum
Erwachsenenalter, untersucht. Nachdem an PND1-Hirnen gezeigt wurde, dass
HBCDD die Plazenta und die Hirn-Blut-Schranke passieren kann, wurden die
Neuroinflammationsstufen bewertet. Es wurden signifikant erhöhte
Neuroinflammationswerte im Kortex beobachtet, was die Hypothese fördert, dass
die Schadstoffbelastung die Gehirnentwicklung und -funktion von Anfang an
beeinflussen kann.
Auf der epigenetischen Ebene dieses Projekts wurde 6-Methyladenosin als echte
epigenetische Marke identifiziert. Zuerst wurde die Existenz durch LC-MS/MS
bestätigt, dann wurden dynamische Veränderungen als Reaktion auf die -
HBCDD-Exposition durch DotBlots analysiert. Eine deutliche Tendenz zu einem
Rückgang der 6mA Abundanz in a-HBCDD-Gruppen im Vergleich zu
Kontrollgruppen wurde beobachtet. Ein visueller Nachweis des Auftretens von
6mA im neuronalen Gewebe von PND270 wurde zum ersten Mal durch
immunohistochemische Färbungen gewonnen. Schließlich wurden PND14-
Proben immunopräzipitiert und die Illumina®-Sequenzierung durchgeführt. Dies
führte zu einer Auflistung der differentiell methylierten Regionen (DMR) auf jedem
Chromosom. Es wurden erhebliche Unterschiede in der Anzahl der DMRs
erhoben, was zeigt, dass die a-HBCDD-Exposition Unterschiede in den
Methylierungsprofilen auslöst. Im Anschluss daran sollten entsprechende Gene
untersucht und die Auswirkungen auf die Genexpression definiert werden.
Insgesamt kann a-HBCDD also nicht nur in das sich entwickelnde Gehirn
eindringen und es beeinflussen, sondern beeinflusst auch deutlich epigenetische
Modifikationen.
Abstract
(Englisch)
Hexabromocyclododecane (HBCDD) is a brominated flame retardant used in
many manufactured materials and consisting of a technical mixture of 3 main
isomers α, β and γ, where the α isomer predominates in food products and in
biological compartments. Because HBCDD is found in the environmental biota,
food samples and human tissues, consequences on human health are
expected, especially when exposure occurs during the early developmental
period.
Starting from a previous study on short-term effects, including impairments of
the motor and endocrine system, caused by perinatal exposure to the environmental
pollutant HBCDD [1], the current project investigated the according brain
structures. As a follow-up to the previous study, the aim of this project was it to
identify long-term effects of HBCDD exposure. Neuroinflammation levels were
of specific interest and as pollutant exposure represents an environmental
stressor, the epigenetic profile was analyzed as well.
Female Wistar rats were fed with a-HBCDD contaminated eggs during pregnancy
and lactation. Since early life is a very critical period and can influence the health
trajectory in later life [2], the impact of pollutant exposure needs further attention.
Hence, pups were exposed to the pollutant over a period of 42 days. As the
quantity of a-HBCDD was calculated according to human exposure, resulting in
an administration of 66 ng/kg/day, and as 42 days in laboratory rats equal
approximately 3 years in humans [3], this is considered as an early life stressor.
The present study focused on the collected brains from the previous study on
PND1, PND14 and PND270. Thus, the consequences of early life a-HBCDD
exposure were assessed at three different timepoints, ranging from birth to adulthood.
After demonstrating on PND1 brains that a-HBCDD can pass through the
placenta and brain-blood-barrier, neuroinflammation levels were assessed.
Significantly increased neuroinflammation in cortex was observed, encouraging
the hypothesis, that pollutant exposure can impact the brain development and
functioning from early stages on.
In a subsequent set of experiments, 6-methyladenine was identified as a
genuine epigenetic mark. First the existence of 6-methyladenine was
confirmed
through LC-MS/MS, then dynamic changes as a response to a-HBCDD exposure
were analyzed through DotBlots. A clear tendency to a decrease of 6-
methyladenine abundance in a-HBCDD groups compared to control groups,
was seen. For instance, a decrease in male a-HBCDD rats (-30%) of 6-methyladenine
abundance in the cerebellum, suggesting the ability of this contaminant
to induce an early reduction of DNA methylation. A visual confirmation of 6-
methyladenine occurrence in neuronal tissue of PND270 was acquired, for the
first time, through immunohistochemistry assays. Finally, PND14 samples were
immunoprecipitated and Illumina® sequencing was performed. This led to a
listing of differential methylated regions (DMR) on every chromosome.
Considerable differences on the number of DMRs were subducted, proving that
the a- HBCDD exposure triggers differences in the methylation profiles.
In summary, not only can a-HBCDD enter and impact the developing brain, it also
clearly influences epigenetic modifications.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
early life adversity persistent organic pollutants HBCDD epigenetics neuroinflammation 6-methyladenine
Schlagwörter
(Deutsch)
Frühes Leben persistente organische Schadstoffe HBCDD Epigenetik Neuroinflammation 6-Methyladenosin
Autor*innen
Sarah Roth
Haupttitel (Englisch)
Developmental neurotoxicity of perinatal exposure to HexaBromoCycloDoDecane with regard to its impact on epigenetics and neuroinflammation
Paralleltitel (Deutsch)
Neurotoxische Entwicklungsstörungen durch perinatalen Einfluss von HexaBromoCycloDoDecane, mit speziellem Augenmerk auf epigenetische Veränderungen und Neuroinflammation
Publikationsjahr
2019
Umfangsangabe
77 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Thomas Hummel
AC Nummer
AC15520749
Utheses ID
52810
Studienkennzahl
UA | 066 | 878 | |