Mẹ tiếp xúc với titanium dioxide dạng nano trong thời kỳ mang thai làm thay đổi biểu hiện gen liên quan đến sự phát triển não bộ ở chuột

Midori Shimizu1, Hitoshi Tainaka2, Taro Oba1, Keisuke Mizuo2, Masakazu Umezawa1, Ken Takeda2
1Department of Hygienic Chemistry, Faculty of Pharmaceutical Sciences, Tokyo University of Science, Chiba, 278-8510, Japan
2Research Center for Health Sciences of Nanoparticles, Research Institute for Science and Technology, Tokyo University of Science, Yamazaki 2641, Noda-shi, Chiba, 278-8510, Japan

Tóm tắt

Tóm tắt Nền tảng

Công nghệ nano đang phát triển nhanh chóng trên toàn cầu và việc sản xuất các hạt nano nhân tạo mới đang gia tăng, do đó có mối lo ngại rằng vật liệu nano có khả năng ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Mục đích của nghiên cứu này là điều tra tác động của việc mẹ tiếp xúc với titanium dioxide anatase (TiO2) kích thước nano đối với biểu hiện gen trong não trong giai đoạn phát triển, sử dụng phân tích vi giải mã cDNA kết hợp với thông tin về Gene Ontology (GO) và Medical Subject Headings (MeSH).

Kết quả

Phân tích biểu hiện gen bằng cách sử dụng các thuật ngữ GO cho thấy mức độ biểu hiện của các gen liên quan đến apoptosis đã bị thay đổi trong não của những chú chuột con mới sinh, và các gen liên quan đến sự phát triển não bộ đã bị thay đổi ở độ tuổi sớm. Các gen liên quan đến phản ứng với stress oxy hóa cũng đã thay đổi trong não của chuột 2 và 3 tuần tuổi. Sự thay đổi về biểu hiện của các gen liên quan đến chất dẫn truyền thần kinh và các bệnh tâm thần đã được phát hiện thông qua các thuật ngữ MeSH.

Kết luận

Việc mẹ chuột tiếp xúc với các hạt nano TiO2 có thể ảnh hưởng đến biểu hiện của các gen liên quan đến sự phát triển và chức năng của hệ thần kinh trung ương.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Fujishima A, Zhang X, Tryk DA: TiO 2 photocatalysis and related surface phenomena. Surf Sci Rep 2008, 63: 515–582. 10.1016/j.surfrep.2008.10.001

Beydoun D, Amal R, Low G, McEvoy S: Role of nanoparticles in photocatalysis. J Nanopart Res 1999, 1: 439–458. 10.1023/A:1010044830871

Jang HD, Kim SK, Kim SJ: Effect of particle size and phase composition of titanium dioxide nanoparticles on the photocatalytic properties. J Nanopart Res 2001, 3: 141–147. 10.1023/A:1017948330363

Gurr JR, Wang AS, Chen CH, Jan KY: Ultrafine titanium dioxide particles in the absence of photoactivation can induce oxidative damage to human bronchial epithelial cells. Toxicology 2005, 213: 66–73. 10.1016/j.tox.2005.05.007

Sayes CM, Wahi R, Kurian PA, Liu Y, West JL, Ausman KD, Warheit DB, Colvin VL: Correlating nanoscale titania structure with toxicity: a cytotoxicity and inflammatory response study with human dermal fibroblasts and human lung epithelial cells. Toxicol Sci 2006, 92: 174–185. 10.1093/toxsci/kfj197

Oberdörster G, Oberdörster E, Oberdörster J: Nanotoxicology: An emerging discipline evolving from studies of ultrafine particles. Environ Health Persp 2005, 113: 823–839.

Nel A, Xia T, Madler L, Li N: Toxic potential of materials at the nanolevel. Science 2006, 311: 622–627. 10.1126/science.1114397

Oberdörster G, Sharp Z, Atudorei V, Elder A, Gelein R, Lunts A, Kreyling W, Cox C: Extrapulmonary translocation of ultrafine carbon particles following whole-body inhalation exposure of rats. J Toxicol Environ Health A 2002, 65: 1531–1543. 10.1080/00984100290071658

Oberdörster G, Sharp Z, Atudorei V, Elder A, Gelein R, Kreyling W, Cox C: Translocation of inhaled ultrafine particles to the brain. Inhal Toxicol 2004, 16: 437–445. 10.1080/08958370490439597

Takeda K, Suzuki K, Ishihara A, Kubo-Irie M, Fujimoto R, Tabata M, Oshio S, Nihei Y, Ihara T, Sugamata M: Nanoparticles transferred from pregnant mice to their offspring can damage the genital and cranial nerve systems. J Health Sci 2009, 55: 95–102. 10.1248/jhs.55.95

Watson RE, Desesso JM, Hurtt ME, Cappon GD: Postnatal growth and morphological development of the brain: a species comparison. Birth Defects Res B Dev Reprod Toxicol 2006, 77: 471–484. 10.1002/bdrb.20090

Oberdörster E: Manufactured nanomaterials (fullerenes, C 60 ) induce oxidative stress in the brain of juvenile largemouth bass. Environ Health Persp 2004, 112: 1058–1062.

Tin-Tin-Win-Shwe , Yamamoto S, Ahmed S, Kakeyama M, Kobayashi T, Fujimaki H: Brain cytokine and chemokine mRNA expression in mice induced by intranasal instillation with ultrafine carbon black. Toxicol Lett 2006, 163: 153–160. 10.1016/j.toxlet.2005.10.006

Sugamata M, Ihara T, Takano H, Oshio S, Takeda K: Maternal diesel exhaust exposure damages newborn murine brains. J Health Sci 2006, 52: 82–84. 10.1248/jhs.52.82

Yokota S, Mizuo K, Moriya N, Oshio S, Sugawara I, Takeda K: Effect of prenatal exposure to diesel exhaust on dopaminergic system in mice. Neurosci Lett 2009, 449: 38–41. 10.1016/j.neulet.2008.09.085

Nakazato T, Takinaka T, Mizuguchi H, Matsuda H, Bono H, Asogawa M: BioCompass: a novel functional inference tool that utilizes MeSH hierarchy to analyze groups of genes. In Silico Biol 2007, 8: 53–61.

Umezawa M, Tanaka N, Tainaka H, Takeda K, Ihara T, Sugamata M: Microarray analysis provides insight into early steps of pathophysiology of mouse endometriosis model induced by autotransplantation of endometrium. Life Sci 2009, 84: 832–837. 10.1016/j.lfs.2009.03.015

Takeda K, Tsukue N, Yoshida S: Endocrine-disrupting activity of chemicals in diesel exhaust and diesel exhaust particles. Environ Sci 2004, 11: 33–45.

Sugamata M, Ihara T, Sugamata M, Takeda K: Maternal exposure to diesel exhaust leads to pathological similarity to autism in newborns. J Health Sci 2006, 52: 486–488. 10.1248/jhs.52.486

Tucker KL, Meyer M, Barde YA: Neurotrophins are required for nerve growth during development. Nat Neurosci 2001, 4: 29–37. 10.1038/82868

Hellmich HL, Kos L, Cho ES, Mahon KA, Zimmer A: Embryonic expression of glial cell-line derived neurotrophic factor (GDNF) suggests multiple developmental roles in neural differentiation and epithelial-mesenchymal interactions. Mech Dev 1996, 54: 95–105. 10.1016/0925-4773(95)00464-5

Scheepens A, Möderscheim TA, Gluckman PD: The role of growth hormone in neural development. Horm Res 2005,64(Suppl 3):66–72. 10.1159/000089320

Dussault JH, Ruel J: Thyroid hormones and brain development. Annu Rev Physiol 1987, 49: 321–34. 10.1146/annurev.ph.49.030187.001541

Oppenheimer JH, Schwartz HL: Molecular basis of thyroid hormone-dependent brain development. Endocr Rev 1997, 18: 462–475. 10.1210/er.18.4.462

Gordon N: Apoptosis (programmed cell death) and other reasons for elimination of neurons and axons. Brain Dev 1995, 17: 73–77. 10.1016/0387-7604(94)00109-B

Porter AG, Janicke RU: Emerging roles of caspase-3 in apoptosis. Cell Death Differ 1999, 6: 99–104. 10.1038/sj.cdd.4400476

Meyer U, Engler A, Weber L, Schedlowski M, Feldon J: Preliminary evidence for a modulation of fetal dopaminergic development by maternal immune activation during pregnancy. Neuroscience 2008, 154: 701–709. 10.1016/j.neuroscience.2008.04.031

Son GH, Chung S, Geum D, Kang SS, Choi WS, Kim K, Choi S: Hyperactivity and alteration of the midbrain dopaminergic system in maternally stressed male mice offspring. Biochem Biophys Res Commun 2007, 352: 823–829. 10.1016/j.bbrc.2006.11.104

Barker DJ, Gluckman PD, Godfrey KM, Harding JE, Owens JA, Robinson JS: Fetal nutrition and cardiovascular disease in adult life. Lancet 1993, 341: 938–941. 10.1016/0140-6736(93)91224-A

Xu G, Umezawa M, Takeda K: Early development origins of adult disease caused by malnutrition and environmental chemical substances. J Health Sci 2009, 55: 11–19. 10.1248/jhs.55.11