Author(s): Martins, Carla Maria Alves
Date: 2023
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10362/162137
Origin: Repositório Institucional da UNL
Subject(s): Benzo[a]pyrene; Diclofenac; Mixtures; Pathway analysis; HepG2 cells; Danio rerio; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia do Ambiente
Noxious chemicals have serious repercussions for wildlife and human health, not just due to incidental pollution, but also to chronic exposure to mixed pollutants. To the span of legacy toxicants such as aromatic hydrocarbons we persistently add new, like pharmaceuticals, that become reclassified as ‘of emerging concern’. Taking diclofenac (DFC), one of the most toxic non-steroid anti-inflammatory drugs (NSAIDs) to wildlife, and the carcinogenic PAH benzo[a]pyrene (B[a]P) as model compounds, we disclosed that binary combinations cause interaction effects in vivo and in vitro even at realistically low concentrations. Comparing both, DFC caused high zebrafish embryo mortality and more acute morphoanatomical lesions and B[a]P was more cytotoxic for human hepatoma HepG2 cells, however all this effects seemed to be diminished or delayed by co-exposure. The observed genotoxicity in vivo and in vitro indicated antagonism in short exposures. Bioinformatics and RNAseq yielded about 300 genes differentially expressed only in co-exposed zebrafish embryos and indicated that pathways related to cell cycle control may partly explain antagonism. The findings indicate serious chronic effects even when toxicopathological and genotoxicity-related responses seem to be reduced by co-exposure, which was confirmed by carryover of effects from parental generations (exposed to toxicants during embryonic development) to their offspring, even though individual exposures continue to have higher implications than mixtures. The overall complexity of effects and mechanisms was dependent of dose and duration of exposure. Altogether, mechanistic aspects and toxicopathology of co-exposure indicate significant risk of chronic disease along the life cycle of organisms. In vitro assays, in turn, were paramount to test multiple binary mixtures and enabled refining research towards potential adverse outcomes and molecular pathways, which is nowadays acknowledged as paramount to quantify risk under realistic scenarios and associate environment health and human occupational exposure.
As substâncias nocivas têm graves repercussões para a vida selvagem e para a saúde humana, não apenas devido à poluição incidental, mas também à exposição crónica a misturas de poluentes. À gama de poluentes tradicionais, como os hidrocarbonetos aromáticos, acrescentamos continuamente novos produtos, como os fármacos, que são reclassificados como “emergentes”. Tendo o diclofenac (DFC), um dos anti-inflamatórios não esteroides (AINEs) mais tóxicos para a vida selvagem, e o PAH cancerígeno benzo[a]pireno (B[a]P) como substâncias modelo, revelamos que as misturas binárias causam efeitos de interação in vivo e in vitro, mesmo em concentrações realisticamente baixas. Comparando ambos, o DFC causou alta mortalidade embrionária no peixe- zebra e lesões morfológicas mais agudas e o B[a]P foi mais citotóxico para as células do hepatoma humano HepG2, no entanto todos estes efeitos pareceram diminuir ou retardar na co-exposição. A genotoxicidade foi inferior à aditiva, in vivo e in vitro, indicando antagonismo em exposições curtas. A bioinformática e o RNAseq geraram cerca de 300 genes diferencialmente expressos apenas em embriões de peixe-zebra co-expostos e indicaram que as vias relacionadas ao controle do ciclo celular podem parcialmente explicar o antagonismo. As descobertas indicam efeitos crónicos graves, mesmo quando as respostas toxicopatológicas e relacionadas com a genotoxicidade parecem ser reduzidas pela co-exposição, o que foi confirmado pela transferência de efeitos das gerações parentais (expostas aos poluentes durante o desenvolvimento embrionário) para os seus descendentes, embora as exposições individuais continuem a ter implicações mais elevadas do que as misturas. A complexidade geral dos efeitos e mecanismos dependeu da dose e da duração da exposição. Em conjunto, os aspetos mecanicistas e a toxicopatologia nas misturas indicam um risco significativo de doenças crónicas ao longo do ciclo de vida dos organismos. Os ensaios in vitro, por sua vez, foram fundamentais para testar múltiplas misturas binárias e permitiram refinar a pesquisa em direção a potenciais resultados adversos e vias moleculares, o que hoje é reconhecido como fundamental para quantificar o risco em cenários realistas e associar a saúde ambiental e a exposição ocupacional humana.
