The effect of methylmercury on behavior and glucocorticoid receptor function in zebrafish larvae
Koskinen, Emilia (2017-01-03)
The effect of methylmercury on behavior and glucocorticoid receptor function in zebrafish larvae
Koskinen, Emilia
(03.01.2017)
Tätä artikkelia/julkaisua ei ole tallennettu UTUPubiin. Julkaisun tiedoissa voi kuitenkin olla linkki toisaalle tallennettuun artikkeliin / julkaisuun.
Turun yliopisto
Kuvaus
Siirretty Doriasta
Tiivistelmä
Mercury (Hg) is a heavy metal that is an easily-vaporizing liquid at room temperature. Hg is released in the environment as a results of human industrial activities such as gold mining or coal burning or natural sources such as volcano eruptions and forest fires. In nature in anaerobic conditions sulfate-reducing bacteria methylate mercury forming methylmercury (MeHg). Methylmercury then enters the food chain where it is bio-accumulated. When going up food chain methylmercury levels are biomagnified therefore the concentrations are higher in predators such as whales and fish. Humans get exposed via eating this MeHg-contaminated aquatic wildlife. Methylmercury is readily absorbed from the gastrointestinal track. In the body methylmercury is then distributed and it readily crosses the blood brain barrier and placental barrier.
Most commonly methylmercury has been associated with neurotoxicity which is thought to be caused by for example oxidative stress and disturbances in the calcium balance. The indirect neurotoxic effects e.g. induced by interference with hormonal systems have received less attention.
The aim of this study is to investigate whether the effects of MeHg are mediated by the glucocorticoid receptor (GR). To this reach this aim end we have used zebrafish larvae exposed to MeHg during early stages of development (between fertilization and the completion of organogenesis). For positive control for the glucocorticoid receptor activation we used dexamethasone (DEX), a potent synthetic GR agonist. We investigated the effects of MeHg on glucocorticoid receptor activation by measuring the mRNA expression for glucocorticoid receptor and genes downstream of GR signaling (e.g. FKBP5 and GILZ) with real time quantitative polymerase chain reaction (RT-qPCR). We also analyzed functional outcomes of GR activation, such as the VBA (visual background adaptation). VBA is a partially GR-mediated melanophore response to changes in the background illumination.
The effect of methylmercury on behavior was studied by measuring the hatching and swimming of the larvae. We analyzed both spontaneous activity, and the distance and reactions to stimuli such as light and vibrations.
The larvae that were exposed to methylmercury hatched later and the genes related to glucocorticoid receptor activation were less down-regulated as compared to DEX. In the behavioral test the DEX larvae were more active in the baseline measurements and had weaker reactions to stimuli compared to both controls and MeHg groups. Elohopea (Hg) on raskasmetalli, joka esiintyy huoneenlämmössä helposti höyrystyvänä nesteenä. Höyrystymisensä vuoksi elohopea leviää helposti ympäristöön muun muassa teollisuudesta, kullankaivuusta, tulivuorenpurkauksista ja metsäpaloista. Luonnossa hapettomissa olosuhteissa, erityisesti vesistöissä, sulfaattibakteerit metyloivat elohopean muodostaen metyylielohopeaa. Metyylielohopea rikastuu ravintoketjussa ja yleisin altistumisreitti on vesieläinten, kuten kalan tai valaan, syöminen. Ruoansulatuskanavasta metyylielohopea imeytyy elimistöön tehokkaasti. Elimistössä metyylielohopea läpäisee veri–aivo-esteen ja menee istukan läpi sikiöön. Metyylielohopea on hermomyrkky, jonka mekanismien on ajateltu välittyvän esimerkiksi oksidatiivisen stressin ja kalsiumtasapainon häiriöiden kautta. Elohopean on todettu myös vaikuttavan esimerkiksi stressiin liittyviin hormonitoimintoihin. Stressin tärkeä osatekijä on glukokortikoidijärjestelmä.
Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli tutkia metyylielohopean vaikutusta käyttäytymiseen ja glukokortikoidireseptorin toimintaan seeprakalanpoikasilla. Glukokortikoidireseptorin aktivaation positiivisena kontrollina käytettiin synteettistä glukokortikoidireseptoriagonisti deksametasonia.
Metyylielohopean ja deksametasonin vaikutusta käyttäytymiseen tutkittiin mittaamalla metyylielohopealle altistettujen kalanpoikasten kuoriutumista ja uimista. Käyttäytymiskokeissa mitattiin kalanpoikasten uimat matkat ja reagointia ärsykkeisiin kuten valoon ja ääneen. Glukokortikoidijärjestelmän aktivaatiota tutkittiin kolmen geenin, glukokortikoidireseptorin, FKBP5:n (FK506 binding protein 5) ja GILZ:in (Glucocorticoid-induced leucine zipper) ilmentymisen osalta reaaliaikaisella kvantitatiivisella käänteistranskriptiopolymeraasiketjureaktiolla (RT-qPCR). Glukokortikoidireseptorin toimintaa tutkittiin myös mittaamalla kalanpoikasten iholla olevien melaniinia erittävien pigmenttisolujen laajentumista ja supistumista valossa ja hämärässä.
Deksametasonia saaneet kalanpoikaset kuoriutuivat aikaisemmin kuin metyylielohopealle altistetut kalanpoikaset. Deksametasonia saaneet kalanpoikaset ilmensivät myös enemmän glukokortikoidireseptorin signalointireitin geenejä. Käyttäytymiskokeissa deksametasonia saaneiden kalanpoikasten lähtötilanneaktiivisuus oli suurempaa, mutta reagointi ärsykkeisiin oli heikompaa kuin metyylielohopealle altistetuilla kalanpoikasilla ja negatiivisilla kontrolleilla.
Most commonly methylmercury has been associated with neurotoxicity which is thought to be caused by for example oxidative stress and disturbances in the calcium balance. The indirect neurotoxic effects e.g. induced by interference with hormonal systems have received less attention.
The aim of this study is to investigate whether the effects of MeHg are mediated by the glucocorticoid receptor (GR). To this reach this aim end we have used zebrafish larvae exposed to MeHg during early stages of development (between fertilization and the completion of organogenesis). For positive control for the glucocorticoid receptor activation we used dexamethasone (DEX), a potent synthetic GR agonist. We investigated the effects of MeHg on glucocorticoid receptor activation by measuring the mRNA expression for glucocorticoid receptor and genes downstream of GR signaling (e.g. FKBP5 and GILZ) with real time quantitative polymerase chain reaction (RT-qPCR). We also analyzed functional outcomes of GR activation, such as the VBA (visual background adaptation). VBA is a partially GR-mediated melanophore response to changes in the background illumination.
The effect of methylmercury on behavior was studied by measuring the hatching and swimming of the larvae. We analyzed both spontaneous activity, and the distance and reactions to stimuli such as light and vibrations.
The larvae that were exposed to methylmercury hatched later and the genes related to glucocorticoid receptor activation were less down-regulated as compared to DEX. In the behavioral test the DEX larvae were more active in the baseline measurements and had weaker reactions to stimuli compared to both controls and MeHg groups.
Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli tutkia metyylielohopean vaikutusta käyttäytymiseen ja glukokortikoidireseptorin toimintaan seeprakalanpoikasilla. Glukokortikoidireseptorin aktivaation positiivisena kontrollina käytettiin synteettistä glukokortikoidireseptoriagonisti deksametasonia.
Metyylielohopean ja deksametasonin vaikutusta käyttäytymiseen tutkittiin mittaamalla metyylielohopealle altistettujen kalanpoikasten kuoriutumista ja uimista. Käyttäytymiskokeissa mitattiin kalanpoikasten uimat matkat ja reagointia ärsykkeisiin kuten valoon ja ääneen. Glukokortikoidijärjestelmän aktivaatiota tutkittiin kolmen geenin, glukokortikoidireseptorin, FKBP5:n (FK506 binding protein 5) ja GILZ:in (Glucocorticoid-induced leucine zipper) ilmentymisen osalta reaaliaikaisella kvantitatiivisella käänteistranskriptiopolymeraasiketjureaktiolla (RT-qPCR). Glukokortikoidireseptorin toimintaa tutkittiin myös mittaamalla kalanpoikasten iholla olevien melaniinia erittävien pigmenttisolujen laajentumista ja supistumista valossa ja hämärässä.
Deksametasonia saaneet kalanpoikaset kuoriutuivat aikaisemmin kuin metyylielohopealle altistetut kalanpoikaset. Deksametasonia saaneet kalanpoikaset ilmensivät myös enemmän glukokortikoidireseptorin signalointireitin geenejä. Käyttäytymiskokeissa deksametasonia saaneiden kalanpoikasten lähtötilanneaktiivisuus oli suurempaa, mutta reagointi ärsykkeisiin oli heikompaa kuin metyylielohopealle altistetuilla kalanpoikasilla ja negatiivisilla kontrolleilla.