Questi 11 geni potrebbero aiutarci a comprendere meglio per sempre gli effetti delle sostanze chimiche sul cervello

Questa capacità unica di attraversare la barriera emato-encefalica e di accumularsi nel tessuto cerebrale rende i PFAS particolarmente preoccupanti, ma il meccanismo alla base della loro neurotossicità deve essere studiato ulteriormente.

A tal fine, un nuovo studio condotto da ricercatori dell’Università di Buffalo ha identificato 11 geni che potrebbero contenere la chiave per comprendere la risposta del cervello a queste sostanze chimiche pervasive comunemente presenti negli oggetti di uso quotidiano.

Si è scoperto che questi geni, alcuni coinvolti in processi vitali per la salute neuronale, sono costantemente influenzati dall’esposizione ai PFAS, esprimendosi più o meno, indipendentemente dal tipo di composti PFAS testati. Ad esempio, tutti i composti hanno fatto sì che un gene chiave per la sopravvivenza delle cellule neuronali si esprimesse di meno e un altro gene legato alla morte delle cellule neuronali si esprimesse di più.

“I nostri risultati indicano che questi geni potrebbero essere marcatori per rilevare e monitorare la neurotossicità indotta da PFAS in futuro”, afferma l’autore principale e co-corrispondente G. Ekin Atilla-Gokcumen, PhD, Dr. Marjorie E. Winkler Distinguished Professor presso il Dipartimento di Chimica , all’interno dell’UB College of Arts and Sciences.

Tuttavia, lo studio, pubblicato nel numero del 18 dicembre di Neuroscienze chimiche ACShanno trovato centinaia di altri geni la cui espressione cambiava in direzioni diverse in base al composto testato. Inoltre, non è stata riscontrata alcuna correlazione tra il livello al quale il PFAS si accumula in una cellula e la misura in cui provoca un’espressione genica differenziale.

Nel loro insieme, ciò suggerisce che strutture molecolari distinte all’interno di ciascun tipo di PFAS guidano i cambiamenti nell’espressione genica.

“I PFAS, nonostante condividano alcune caratteristiche chimiche, sono disponibili in diverse forme e dimensioni, il che porta a variabilità nei loro effetti biologici. Pertanto, la conoscenza di come la nostra biologia reagisce ai diversi tipi di PFAS è di grande rilevanza biomedica”, afferma l’altro autore dello studio. autrice co-corrispondente, Diana Aga, PhD, professore distinto SUNY e presidente Henry M. Woodburn presso il Dipartimento di Chimica e direttore dell’UB RENEW Institute.

“A seconda della lunghezza della catena o del gruppo principale, i PFAS possono avere effetti molto diversi sulle cellule”, aggiunge Atilla-Gokcumen. “Non dovremmo vederli come una grande classe di composti, ma in realtà come composti che dobbiamo studiare individualmente.”

Altri autori includono Omer Gokcumen, PhD, professore presso il Dipartimento di Scienze Biologiche. Lo studio è stato sostenuto dall’Environmental Protection Agency (EPA) degli Stati Uniti.

Alti e bassi dell’espressione genica

I PFAS non sono immediatamente tossici. Siamo esposti ad essi praticamente ogni giorno, anche attraverso l’acqua potabile e gli imballaggi degli alimenti, e non ce ne accorgiamo.

“Pertanto, i ricercatori devono trovare punti di valutazione più a monte del processo cellulare rispetto al semplice fatto che una cellula viva o muoia”, afferma Atilla-Gokcumen.

Il team ha deciso di concentrarsi su come i PFAS influenzano l’espressione genica delle cellule di tipo neuronale, nonché su come i PFAS influenzano i lipidi, che sono molecole che aiutano a costituire la membrana cellulare, tra le altre importanti funzioni. L’esposizione a diversi PFAS per 24 ore ha prodotto cambiamenti modesti ma distinti nei lipidi e oltre 700 geni si sono espressi in modo diverso.

Dei sei tipi di PFAS testati, l’acido perfluoroottanoico (PFOA), un tempo comunemente utilizzato nelle padelle antiaderenti e recentemente ritenuto pericoloso dall’EPA, è stato di gran lunga il più impattante. Nonostante il suo piccolo assorbimento, il PFOA ha alterato l’espressione di quasi 600 geni – nessun altro composto ne ha alterati più di 147. Nello specifico, il PFOA ha ridotto l’espressione dei geni coinvolti nella crescita sinaptica e nella funzione neurale.

Complessivamente, i sei composti hanno causato cambiamenti nei percorsi biologici coinvolti nella segnalazione dell’ipossia, nello stress ossidativo, nella sintesi proteica e nel metabolismo degli aminoacidi, che sono tutti cruciali per la funzione e lo sviluppo neuronale.

Si è scoperto che undici geni esprimevano allo stesso modo, più o meno, per tutti e sei i composti. Uno dei geni costantemente sottoregolati era il fattore neurotrofico derivato dagli astrociti mesencefalici, che è importante per la sopravvivenza delle cellule neuronali e ha dimostrato di invertire i sintomi delle malattie neurodegenerative nei ratti. Uno dei geni costantemente sovraregolati era la proteina interagente con la tioredossina, che è stata collegata alla morte delle cellule neuronali.

“Ciascuno di questi 11 geni ha mostrato una regolazione coerente in tutti i PFAS che abbiamo testato. Questa risposta uniforme suggerisce che potrebbero servire come marcatori promettenti per valutare l’esposizione ai PFAS, ma sono necessarie ulteriori ricerche per sapere come questi geni rispondono ad altri tipi di PFAS.” Atilla-Gokcumen dice.

Identificazione delle opzioni meno peggiori

Per quanto dannosi possano essere i PFAS, la realtà è che devono ancora essere trovati buoni sostituti.

I composti potrebbero forse essere sostituiti in applicazioni come l’imballaggio alimentare, ma la loro efficacia nella lotta agli incendi e nella produzione di semiconduttori, ad esempio, potrebbe dover essere mantenuta a lungo termine.

Ecco perché studi come questo sono cruciali, afferma Atilla-Gokcumen. La reazione diversificata che la maggior parte dei geni ha avuto con composti diversi, così come la mancanza di correlazione tra l’assorbimento di PFAS nelle cellule e l’entità dell’espressione del cambiamento genetico che causano, sottolinea quanto sia unico ciascuno di questi composti.

“Se comprendiamo perché alcuni PFAS sono più dannosi di altri, possiamo dare la priorità all’eliminazione graduale dei peggiori trasgressori cercando al tempo stesso sostituti più sicuri. Ad esempio, si stanno esplorando alternative come i PFAS a catena corta, poiché tendono a persistere meno nell’ambiente e ad accumularsi meno nei sistemi biologici Tuttavia, la loro ridotta persistenza può andare a scapito dell’efficacia in alcune applicazioni, e ci sono preoccupazioni sui potenziali effetti sulla salute sconosciuti che richiedono ulteriori ricerche per garantire che questi sostituti siano veramente più sicuri efficace per applicazioni specifiche”, spiega Atilla-Gokcumen. “Questa ricerca è un passo importante verso il raggiungimento di questo obiettivo.”