Métodos para testar a perturbação endócrina na Drosophila melanogaster
Summary
Os produtos químicos do disruptor da glândula endócrina (EDCs) representam um problema sério para organismos e para ambientes naturais. A Drosophila melanogaster representa um modelo ideal para estudar os efeitos da EdC in vivo. Aqui, nós apresentamos métodos para investigar o rompimento da glândula endócrina em Drosophila, abordando efeitos de EDC na fecundidade, na fertilidade, no sincronismo desenvolvente, e no tempo da mosca.
Abstract
Nos últimos anos, tem havido uma crescente evidência de que todos os organismos e o meio ambiente estão expostos a produtos químicos semelhantes a hormônios, conhecidos como produtos químicos do disruptor endócrino (EDCs). Estes produtos químicos podem alterar o equilíbrio normal dos sistemas endócrinos e levar a efeitos adversos, bem como um número crescente de distúrbios hormonais na população humana ou o crescimento perturbado e redução da reprodução nas espécies selvagens. Para alguns EDCs, existem efeitos de saúde documentados e restrições sobre a sua utilização. No entanto, para a maioria deles, ainda não há evidências científicas nesse sentido. A fim de verificar os potenciais efeitos endócrinos de um produto químico no organismo completo, precisamos testá-lo em sistemas de modelo adequados, bem como na mosca da fruta, Drosophila melanogaster. Aqui nós relatamos detalhado in vivo protocolos para estudar o rompimento da glândula endócrina em Drosophila, abordando efeitos de EDC na fecundidade/fertilidade, no sincronismo desenvolvente, e no tempo da mosca. Nos últimos anos, utilizamos esses traços de vida de Drosophila para investigar os efeitos da exposição a 17-α-Etinilestradiol (EE2), bisfenol A (BPA) e bisfenol AF (BPA F). Ao todo, esses ensaios cobriram todos os estágios de vida da Drosophila e possibilitava avaliar o rompimento endócrino em todos os processos mediados por hormônios. Os ensaios de fecundidade/fertilidade e tempo de desenvolvimento foram úteis para mensurar o impacto do EDC no desempenho reprodutivo de mosca e em estágios de desenvolvimento, respectivamente. Finalmente, o ensaio da vida envolveu exposições crônicas do EDC aos adultos e mediu sua sobrevivência. No entanto, esses traços de vida também podem ser influenciados por vários fatores experimentais que tiveram que ser cuidadosamente controlados. Assim, neste trabalho, sugerimos uma série de procedimentos que otimizamos para o resultado correto desses ensaios. Estes métodos permitem que os cientistas estabeleçam o rompimento da glândula endócrina para todo o EDC ou para uma mistura de EDCs diferentes em Drosophila, embora identifique o mecanismo da glândula endócrina responsável para o efeito, uns essays mais adicionais poderiam ser necessários.
Introduction
As actividades humanas têm vindo a libertar no ambiente uma enorme quantidade de produtos químicos, que representam um grave problema para os organismos e para os ecossistemas naturais1. Destes poluentes, estima-se que cerca de 1.000 produtos químicos diferentes podem alterar o equilíbrio normal dos sistemas endócrinos; de acordo com esta propriedade, eles são classificados como produtos químicos de desregulação endócrina (EDCs). Especificamente, com base em uma definição recente pela sociedade endócrina, os EDCs são “um produto químico exógeno, ou mistura de produtos químicos, que podem interferir com qualquer aspecto da ação hormonal”2. Ao longo das últimas três décadas, tem havido crescente evidência científica de que os EDCs podem afetar a reprodução e o desenvolvimento de animais e plantas3,4,5,6,7, a 8. Além disso, a exposição à EDC tem sido relacionada à crescente prevalência de algumas doenças humanas, incluindo câncer, obesidade, diabetes, doenças da tireoide edistúrbios comportamentais9,10,11.
Mecanismos gerais de EDC
Devido às suas propriedades moleculares, os EDCs comportam-se como hormônios ou precursores hormonais3,4,5,6,7,8,9, 10,11,12. Neste sentido, eles podem se ligar ao receptor de um hormônio e perturbar os sistemas endócrinos, quer imitando a atividade hormonal ou bloqueando hormônios endógenos obrigatório. No primeiro caso, após a ligação ao receptor, eles podem ativá-lo como seu hormônio natural faria. No outro caso, a ligação do EDC ao receptor impede a ligação de seu hormônio natural, de modo que o receptor é bloqueado e não pode mais ser ativado, mesmo na presença de seu hormônio natural3. Consequentemente, os EDCs podem afetar vários processos, como a síntese, secreção, transporte, metabolismo ou ação periférica de hormônios endógenos que são responsáveis pela manutenção da homeostase, reprodução, desenvolvimento e/ou comportamento de o organismo. A ligação do receptor não é a única maneira de ação descrita até agora para os EDCs. Agora é evidente que eles também podem atuar recrutando coativadores ou corepressores em vias enzimáticas ou modificando marcadores epigenéticosdesregulando a expressão gênica10,11,12,13 ,14, com conseqüências não somente para a geração atual mas também para a saúde das gerações para vir8.
Hormônios da Drosophila
Os efeitos potenciais dos EDCs selecionados têm sido amplamente estudados, tanto nas espécies de animais selvagens como em vários sistemas de modelos nos quais os mecanismos endócrinos são razoavelmente conhecidos. Para os invertebrados, os sistemas endócrinos que influenciam o crescimento, o desenvolvimento e a reprodução têm sido extensivamente caracterizados em insetos por várias razões, envolvendo seu uso extensivo no campo da pesquisa biológica, sua importância econômica e Finalmente, o desenvolvimento de inseticidas capazes de interferir especificamente com o sistema hormonal de insetos pragas.
Em particular, entre os insetos, o fruto mosca D. melanogaster provou ser um sistema de modelo muito poderoso para avaliar os efeitos endócrinos potenciais de EDCs. Em D. melanogaster, bem como em vertebrados, os hormônios desempenham um papel importante ao longo de todo o ciclo de vida. Neste organismo, existem três principais sistemas hormonais, que envolvem a hormona esteróide 20-hidroxiecdysona (20e)15,16, o hormônio juvenil sesquiterpenóide (JH)17, e os neuropeptídeos e peptídeos/proteínas hormônios18. Este terceiro grupo consiste em vários peptídeos descobertos mais recentemente, mas claramente envolvidos em uma enorme variedade de processos fisiológicos e comportamentais, como longevidade, homeostase, metabolismo, reprodução, memória e controle locomotor. 20E é homóloga aos hormônios esteróides derivados do colesterol, como o estradiol, enquanto JH compartilha algumas semelhanças com o ácido retinóico; Ambos são os hormônios mais conhecidos em Drosophila19,20. Seu equilíbrio é vital na coordenação da muda e metamorfose, bem como no controle de vários processos pós-desenvolvimentais, tais como reprodução, vida útil e comportamento21, oferecendo assim diferentes possibilidades para testar a glândula endócrina perturbação na Drosophila. Além disso, os hormônios ecdiesteróide e JHS são os principais alvos dos chamados inseticidas de terceira geração, desenvolvidos para interferir com os processos de desenvolvimento e mediado por endócrinos em insetos. O modo de ação agonista ou antagonista desses produtos químicos é bem conhecido e, portanto, eles podem servir como padrões de referência para avaliar os efeitos de potenciais EDCs sobre o crescimento, reprodução e desenvolvimento de insetos22. Por exemplo, o Methoprene, que tem sido amplamente utilizado no controle de mosquitos e outros insetos aquáticos23,24, funciona como um agonista JH e reprisa a transcrição e metamorfose do gene 20e-induced.
Além dos hormônios, a superfamília de receptores nucleares (NR) em Drosophila também é bem conhecida; consiste em 18 fatores de transcrição evolutivamente conservados envolvidos no controle de vias de desenvolvimento dependentes de hormônio, bem como na reprodução e fisiologia25. Estes NRS da hormona pertencem a todos os seis subtypes da superfamília do NR, incluindo aqueles envolvidos na neurotransmissão26, dois para NRS do ácido retinóico, e aqueles para NRS esteróides que, nos Vertebrates, representam um dos alvos preliminares de EDCs27.
Drosophila como um sistema modelo para estudar EDCs
Atualmente, com base em Propriedades moleculares, várias agências ambientais em todo o mundo estão atribuindo o potencial de interferir com os sistemas endócrinos para diferentes produtos químicos feitos pelo homem. Dado que os FED constituem um problema global e onipresente para o ambiente e para os organismos, o objectivo geral da investigação neste domínio é reduzir a sua carga de doença, bem como proteger os organismos vivos dos seus efeitos adversos. A fim de aprofundar o entendimento sobre os potenciais efeitos endócrinos de um produto químico, é necessário testá-lo in vivo. Para este fim, D. melanogaster representa um sistema de modelo válido. Até o momento, a mosca-das-frutas tem sido amplamente utilizada como modelo in vivo para avaliar os efeitos de vários EDCs ambientais; foi relatado que a exposição a vários EDCs, como o ftalato de dibutilo (PAD)28, bisfenol A (BPA), 4-nonylphenol (4-NP), 4-tert-Octilfenol (4-tert-op)29, metilparabeno (MP)30, Etilparabeno (EP)31, 32, bis-(2-ethylhexyl) phthalate (dehp)33, e 17-α-Etinilestradiol (EE2)34, influencia o metabolismo e as funções endócrinas como em modelos vertebrados. Várias razões levaram ao seu uso como modelo neste campo de pesquisa. Além de um excelente conhecimento de seus sistemas endócrinos, outras vantagens incluem seu ciclo de vida curto, baixo custo, genoma facilmente manipulável, uma longa história de pesquisa e várias possibilidades técnicas (consulte o site do FlyBase, http://flybase.org/). D. melanogaster também fornece um modelo poderoso para facilmente estudar efeitos transgeracionais e respostas da população a fatores ambientais8 e evita questões éticas relevantes para estudos in vivo em animais mais elevados. Além, a mosca da fruta compartilha de um alto nível da conservação do gene com os seres humanos que puderam fazer possível para que os ensaios de Drosophila EDC ajudem em prever ou em sugerir efeitos potenciais destes produtos químicos para a saúde humana. Além de ampliar o entendimento sobre os efeitos da saúde humana, a Drosophila pode ajudar a avaliar os riscos da exposição ao ambiente EDC, como a perda de biodiversidade e a degradação ambiental. Finalmente, a mosca da fruta oferece a vantagem adicional de ser usado nos laboratórios, onde os fatores que afetam potencial seu desenvolvimento, reprodução, e vida útil podem ser mantidos o controle a fim atribuir toda a variação à substância a ser testada.
Com isso em mente, otimizamos os ensaios de condicionamento físico simples e robusto para determinar os efeitos do EDC em alguns traços hormonais da Drosophila, como fecundidade/fertilidade, tempo de desenvolvimento e vida adulta. Estes ensaios têm sido amplamente utilizados para alguns EDCs23, 24,25,26,27. Em particular, foram utilizados os seguintes protocolos para avaliar os efeitos da exposição ao estrogênio sintético EE234 e ao BPA e ao BISFENOL AF (BPA F) (dados não publicados). Esses protocolos podem ser facilmente modificados para investigar os efeitos de um determinado EDC de cada vez, bem como os efeitos combinados de múltiplos EDCs em D. melanogaster.
Protocol
Representative Results
Discussion
O Fruit Fly D. melanogaster tem sido extensivamente empregado como um sistema in vivo modelo para investigar os efeitos potenciais de EDCs ambientais, tais como DBP28, BPA, 4-NP, 4-tert-op29, MP30, EP31, 32, DEHP33, e EE234. Várias razões levaram seu uso como modelo neste campo de pesquisa. Aparte de suas vantagens indiscutíveis com…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Os autores agradecem Orsolina Petillo pelo apoio técnico. Os autores agradecem ao Dr. Mariarosaria Aletta (CNR) pelo apoio bibliográfico. Os autores agradecem ao Dr. Gustavo Damiano Mita por apresentá-los ao mundo EDC. Os autores agradecem à Leica Microsystems e ao Pasquale romano por sua assistência. Esta pesquisa foi apoiada pelo projeto PON03PE_00110_1. “Sviluppo di nanotecnologie Orientate Alla rigenerazione e ricostruzione tissutale, Implantologia e sensoristica em odontoiatria/oculistica” sigla “sorriso”; Committente: PO FESR 2014-2020 CAMPANIA; Projeto PO FESR Campania 2007-2013 “NANOTECNOLOGIE PER IL RILASCIO CONTROLLATO DI MOLECOLE BIO-ATTIVE NANOTECNOLOGIE”.
Materials
| 17α-Ethinylestradiol | Sigma | E4876-1G | |
| Agar for Drosophila medium | BIOSIGMA | 789148 | |
| Bisphenol A | Sigma | 239658-50G | |
| Bisphenol AF | Sigma | 90477-100MG | |
| Cornmeal | CA' BIANCA | ||
| Diethyl ether | Sigma | ||
| Drosophila Vials | BIOSIGMA | 789008 | 25×95 mm |
| Drosophila Vials | BIOSIGMA | 789009 | 29×95 mm |
| Drosophila Vials | Kaltek | 187 | 22X63 |
| Embryo collection cage | Crafts | Plexiglass cylinder (12,5 x7 cm) with an open end and the other end closed by a rectangular base in which a slot allows the insertion of special trays for laying | |
| Ethanol | FLUKA | 2860 | |
| Etherizer | Crafts | cylindrical glass container with a cotton plug | |
| Glass Bottle | 250mL Bottles | ||
| Glass Vials | Microtech | ST 10024 | FLAT BOTTOM TUBE 100X24 |
| Hand blender Pimmy | Ariete | food processor | |
| Instant Success yeast | ESKA | Powdered yeast | |
| Laying tray | Crafts | plexiglass trays (11 x 2,6 cm) in wich to pour medium for laying | |
| Methyl4-hydroxybenzoate | SIGMA | H5501 | |
| Petri Dish | Falcon | 351016 | 60×5 |
| Red dye no. 40 | SIGMA | 16035 | |
| Stereomicroscope with LED lights | Leica | S4E | |
| Sucrose | HIMEDIA | MB025 | |
| Tomato sauce | Cirio |
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