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Dosi citotossiche di manganese ed effetti sullo sviluppo embrionale. Modello sperimentale: Riccio di mare Paracentrotus lividus
DOSI CITOTOSSICHE DI MANGANESE ED EFFETTI SULLO SVILUPPO EMBRIONALE. MODELLO SPERIMENTALE: RICCIO DI MARE PARACENTROTUS LIVIDUS
Annalisa Pinsino1, Francesca Trinchella2, Maria Carmela Roccheri1
1 Dipartimento di Biologia Cellulare e dello Sviluppo “A. Monroy”, Università degli Studi di Palermo, Italia
2 Dipartimento delle Scienze Biologiche, UniversitĂ degli Studi di Napoli Federico II, Italia
Il manganese (Mn) è uno degli elementi più abbondanti in natura, presente nelle rocce, nel suolo e nelle acque. E’ un elemento in traccia appartenente alla categoria dei nutrienti o metalli essenziali; utilizzato ed accumulato da tutte le forme di vita, è coinvolto nel normale funzionamento di meccanismi cellulari come la replicazione, la mineralizzazione e la protezione cellulare. D’altro canto, se la sua presenza è fondamentale per la vita, l’esposizione di cellule/organismi ad elevate concentrazioni di Mn causa tossicità . Il manganese rappresenta oggi, un “nuovo” importante fattore di contaminazione ambientale, conseguenza dell’intensa attività antropica dell’ultimo secolo.
Il trattamento di embrioni di riccio di mare della specie Paracentrotus lividus con dosi citotossiche di Mn influisce sullo sviluppo embrionale producendo un alternativo morfotipo di sviluppo, attivando le principali MAPK (ERK e p38) coinvolte sia nella regolazione dello sviluppo che nello stress, provocando una modulazione nei livelli di sintesi delle principali proteine da stress HSC70 e HSC60. Nello specifico, troviamo che dosi crescenti di Mn (da 7,7 a 61,6 mg/L) provocano ritardi e malformazioni nello sviluppo embrionale secondo un andamento dose-effetto, chiaramente caratterizzato dall’aumento in frequenza del numero di embrioni con totale assenza o ridotto allungamento dello scheletro di CaCO3 (spicole). Il processo di spicologenesi sembra comunque ripristinarsi quando il Mn viene allontanato dal mezzo di coltura, per i diversi tempi di trattamento/ sviluppo, anche se dopo 40 ore di trattamento gli embrioni non riescono a recuperare il corretto disegno della struttura scheletrica. Mediante l’uso di marcatori territorio-specifici per i tre foglietti embrionali già differenziati in ecto-, meso- ed endoderma (anticorpi monoclonali Ecto V, UH2-95, 1D5) è stato osservato che tutti gli antigeni specifici per i vari territori sono presenti, sia negli embrioni controllo che negli embrioni trattati (61,6 mg Mn/L), in una posizione spaziale e per un tempo di sviluppo appropriato. Invece, le ibridazioni in situ per i trascritti codificanti per msp130, sm30 ed sm50 (geni espressi esclusivamente nelle cellule deputate alla secrezione delle spicole, PMC), hanno messo in evidenza, per i trattati, una forte inibizione nei livelli di espressione di sm30, l’unico dei tre geni che risponde a segnali mediati dalla matrice extracellulare.
Inoltre, ERK e p38 rimangono nella forma fosforilata per tutto lo sviluppo degli embrioni trattati: questo risultato potrebbe dipendere da una quantità di calcio fisiologico non sufficiente a regolare gli eventi di fosfo-/defosforilazione delle MAPK, dovuto all’accumulo di Mn negli embrioni (AAS analisi). Per concludere l’accumulo di Mn negli embrioni di P. lividus stimola una duplice soluzione adattativa: attivazione di una risposta da stress e regolazione di pathways alternativi per consentire il proseguo dello sviluppo.
http://www.unisi.it/eventi/gei/programma.pd
Apoptosis during early development of sea urchin.
Apoptosis is a genetic program of cell death that eliminates superfluous or compromised cells during development and adult life of many organisms. In sea urchin embryos, apoptosis is not only a physiological event during larval metamorphosis, but also a process induced by cadmium accumulation or other stressor like TPA (12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate) followed by an increase of temperature to 31°C. Apoptosis is a highly conserved process usually operated by a proteolytic cascade that involves caspase activation by two different pathways: extrinsic and intrinsic. The first one involves membrane death receptors, while the second involves mitochondria.
In this work we analyzed the possible involvement of extrinsic and intrinsic apoptotic pathways in physiological and stressful conditions in Paracentrotus lividus embryos. By fluorescent TUNEL assays we demonstrate that apoptosis is part of cadmium and TPA+31°C stress response. We find that Cd and TPA+31°C treatments induce apoptosis through caspase-3 activation, while caspase-7 is the main effector of physiological apoptosis. Caspase-10 is active only in physiological apoptosis, while caspase-8 is mainly involved in stress-induced apoptosis. In addition, we did not find any involvement of mitochondria.
Moreover we observed, in Cd-treated embryos, a Reactive Oxygen Species (ROS) increase, that could be related to the induction of apoptosis
Stress induced and physiological apoptosis during early development of sea urchin Paracentrotus lividus.
Aquaculture Along the Campania (Southern Italy) Coast: Assessment of Heavy Metals and Metallothionein Contents in Mussels from Different Farms
Middle ferritin genes from the icefish Chionodraco rastrospinosus: Comparative analysis and evolution of fish ferritins.
Evolutionary analysis of the transferrin gene in Antarctic Notothenioidei: a history of adaptive evolution and functional divergence.
Heavy metal bioaccumulation and metallothionein content in tissues of the sea bream Sparus aurata from three different fish farming systems
The distribution and potential bioaccumulation
of dietary and waterborne cadmium and
lead in tissues of sea bream (Sparus aurata), a
major aquaculture species, was studied in relation
to three different fish farming systems. Metallothionein
levels in fish tissues were also evaluated.
Results demonstrate that metal concentrations in
various tissues significantly vary among fish culture
systems. Different tissues show different capacity
for accumulating heavy metals. The content
of both cadmium and lead is not strictly correlated
with that of metallothionein. Indeed, the marked
accumulation of both metals in liver, as well as the
high lead content found in gills and kidney, are not
accompanied by a concomitant accumulation of
metallothioneins in these tissues. No correlation
is present between heavy metals and metallothionein
content in muscle tissue. The results also
demonstrate that cadmium accumulates mainly via dietary food, whereas lead accumulation is not
of food origin. Noteworthy is that the concentration
of the two metals found in muscle in all
instances is lower than the limits established by
European Union legislation for fish destined for
human consumption
Mussel Farms in the Gulf of Naples (Campania, Southern Italy): Real Opportunity or a Risk to Consumers?
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