Poisson zèbre comme modèle pour évaluer le potentiel tératogène de nitrite
Summary
L'exposition à des agents tératogènes peut causer des malformations congénitales. Poisson zèbre sont utiles pour déterminer le potentiel tératogène de produits chimiques. Nous démontrons l'utilité de poisson zèbre en exposant embryons à différents niveaux de nitrites et également à différents moments de l'exposition. Nous montrons que le nitrite peut être toxique et provoquer des anomalies graves du développement.
Abstract
Des niveaux élevés de nitrates dans l'environnement peut entraîner des malformations congénitales ou des fausses couches chez les humains. Vraisemblablement, cela est dû à la conversion des nitrates en nitrites par l'intestin et salivaires bactéries. Cependant, dans d'autres études sur les mammifères, les niveaux élevés de nitrite ne causent pas de malformations congénitales, même si elles peuvent conduire à des résultats en matière de reproduction pauvres. Ainsi, le potentiel tératogène de nitrite est pas claire. Il serait utile de disposer d'un système modèle vertébré afin d'évaluer facilement des effets tératogènes de nitrite ou tout autre produit chimique d'intérêt. Ici, nous démontrons l'utilité de poisson zèbre (Danio rerio) pour cribler des composés pour la toxicité et les défauts embryonnaires. embryons de poisson zèbre sont fécondés à l'extérieur et ont un développement rapide, ce qui en fait un bon modèle pour les études tératogènes. Nous montrons que l'augmentation du temps d'exposition au nitrite affecte négativement la survie. L'augmentation de la concentration de nitrite aussi affecte négativement la survie, alors que le nitrate ne fonctionne pas. Pour les embryons that survivre à l'exposition nitrite, différents défauts peuvent se produire, y compris péricardique et le jaune oedème sac, la vessie natatoire noninflation, et des malformations cranio-faciales. Nos résultats indiquent que le poisson zèbre est un système idéal pour étudier le potentiel tératogène du nitrite. Cette approche peut facilement être adapté pour tester d'autres produits chimiques pour leurs effets sur le développement des vertébrés tôt.
Introduction
Tératogenèse est un processus qui perturbe le développement normal de l'embryon ou le fœtus en provoquant des anomalies permanentes structurelles et fonctionnelles, un retard de croissance, ou une fausse couche dans les cas graves 1. Elle peut être causée par certains agents naturels (tératogènes) qui interfèrent avec le développement embryonnaire de multiples façons 2. Au cours du développement fœtal humain, tératogènes commun tels que le rayonnement, les agents infectieux, les métaux toxiques, et les produits chimiques organiques ont été rapportés pour causer des malformations à épicanthus (le pli de la peau dans la paupière supérieure) et clinodactylie (doigt courbe ou pieds) à travers les erreurs morphogénétiques 1.
La compréhension du mécanisme moléculaire de tératogenèse est la première étape vers le développement de traitement et de prévention. Plusieurs modèles vertébrés tels que l'Afrique récupérées grenouille (Xenopus laevis) et le poisson zèbre (Danio rerio) ont été utilisées pour déterminer les voies moléculaires touchées par teratOgens. Des études antérieures ont utilisé le poisson zèbre comme un modèle pour l'épidémiologie, de la toxicologie et de tératogenèse 3-7. Scholz et al. considéré comme le poisson zèbre comme un «étalon-or» pour l'évaluation de la toxicité pour l'environnement. Cela est dû, en partie, à la transparence de l'embryon de poisson zèbre, qui permet aux chercheurs de visualiser le défaut de développement comme il se produit 8. Environ 70% des gènes humains ont orthologues chez le poisson zèbre, ce qui rend le poisson-zèbre un modèle vertébré souhaitable pour étudier les défauts humains 9.
Certaines études épidémiologiques ont suggéré que le nitrate et nitrite, communément présents dans les aliments à la ferme et de l'eau, sont associés à des anomalies congénitales ou d'avortements spontanés 10,11, tandis que d'autres études ne prennent pas en charge cette association 12. Nitrate (NO 3 -) et le nitrite (NO 2 -) sont naturellement présents dans le sol et l'eau. Ils sont une source d'azote pour les plantes et sont une partie des nCycle itrogen 13. Les aliments tels que les haricots verts, les carottes, les courges, les épinards et les betteraves provenant de fermes qui utilisent des engrais riches en nitrate ont considérablement augmenté les niveaux de nitrates et de nitrites 7. Lait de vaches nourries avec des aliments à base de nitrate élevés et des poissons dans l'eau du nitrate élevé (principalement du ruissellement des sols 30) peut conduire à des humains qui consomment de grandes quantités de nitrates et de nitrites 14. Nitrates et nitrites sont également couramment utilisés dans la conservation des aliments, ce qui augmente considérablement la quantité ingérée par l'homme 12.
Des niveaux optimaux de nitrates et de nitrites jouent des rôles fondamentaux dans les processus physiologiques comme l'homéostasie vasculaire et la fonction, la neurotransmission et les mécanismes immunologiques de défense de l'hôte 13-15. Toutefois, l'exposition à des niveaux élevés de nitrates et de nitrites peut entraîner des effets indésirables, en particulier chez les nourrissons et les enfants 16. nitrate ingéré est en outre converti en nitrite dans la cavité buccale par la microflore et ee tractus gastro-intestinal par la microflore 17.
Nitrate met les nourrissons à haut risque pour le syndrome du bébé bleu par oxydation de l'hémoglobine en méthémoglobine, altérant l'hémoglobine de son transport d'oxygène capacité 18. Cela se traduit par la couleur bleue de la peau qui se prolonge vers les tissus périphériques dans les cas les plus graves. L'oxygénation des tissus inhibé résultats dans d'autres symptômes, plus gravement menant au coma et à la mort 19,20. Des symptômes similaires sont observés chez les bébés et les adultes à des concentrations plus élevées de nitrate 21. Des niveaux élevés de méthémoglobine chez les adultes en raison de résultats d'empoisonnement au nitrite dans une cyanose, des maux de tête, troubles respiratoires 31, et la mort si non traitées en raison de complications liées à une hypoxie tissulaire vitale 32,33.
Nitrate ingéré à des niveaux plus élevés peuvent également entraîner divers problèmes de santé. diabète infantile, diarrhée récurrente, et les infections des voies respiratoires récidivanteschez les enfants ont été liés avec une grande nitrate apport 11,17,22. L'exposition chronique à un niveau élevé de nitrate est associée à la miction et de la rate hémorragie. L'exposition aiguë à forte dose de nitrates peut conduire à un large éventail de conditions médicales telles que des douleurs abdominales, faiblesse musculaire, sang dans les selles et l'urine, l'évanouissement, et la mort 11. L'exposition prénatale à nitrate à des niveaux élevés a été associée à tube neural et défauts musculo-squelettique 11.
Un rapport récent a montré que le traitement des embryons de poisson zèbre avec nitrite conduit au jaune oedème sac, malformations cranio-faciales et axiales, et vessie natatoire noninflation 5. Dans cette étude, nous démontrons une méthode de traitement embryons de poisson zèbre avec du nitrate et du nitrite de déterminer leur potentiel tératogène. Les embryons ont été exposées à différentes concentrations de nitrite et à différentes périodes de temps. L'éthanol a été utilisé comme témoin positif, car il est un agent tératogène 23 établie. Our méthode a montré que les deux concentrations élevées et des temps d'exposition longs à nitrite étaient préjudiciables à la survie et ont donné lieu à divers phénotypes, allant de légère (œdème) de graves défauts de développement (bruts). Par conséquent, le poisson zèbre est un modèle utile pour explorer directement les effets tératogènes potentiels de nitrate et nitrite sur les embryons de compléter les études épidémiologiques.
Protocol
Representative Results
Discussion
La méthode décrite ici démontre l'utilité de poisson zèbre pour évaluer le potentiel tératogène de nitrites et nitrates. Comparé à d'autres vertébrés, le poisson zèbre ont des avantages qui incluent des taux de fécondité élevé, fécondation externe, la transparence optique, et le développement rapide. Mutants disponibles qui manquent de pigmentation (comme le poisson zèbre casper 36) contribuent également à améliorer la visibilité des organes internes. Il est également facile d…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
VK was funded by grants from the IUP Department of Biology and School of Graduate Studies and Research (Graduate Student Professional Development). CQD and TWS were supported by the IUP School of Graduate Studies and Research (Faculty Publication Costs/Incidental Research Expenses). We also thank members of the Diep laboratory for maintaining the zebrafish facility.
Materials
| DREL/2010 instrument | Hach | 26700-03 | |
| Ethanol | Sigma-Aldrich | E7023 | |
| KIMAX glass Petri Dish | VWR | 89001-244 | |
| MS-222 | Sigma-Aldrich | E10521 | |
| NitraVer 5 Nitrate Reagent | Hach | 14034-46 | |
| NitriVer 3 Nitrite Reagent | Hach | 14065-99 | |
| Parafilm | Fisher Scientific | 3-374-10 | |
| Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | 158127 | |
| S6E stereomicroscope | Leica | 10446294 | |
| Sodium nitrate | Fisher Scientific | S343 | |
| Sodium nitrite | Fisher Scientific | S347 | |
| Transfer pipets | Laboratory Products Sales | L320072 | |
| Glass vials | Fisher Scientific | 03-338B |
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