Single and Combined Effects of Chlorpyrifos and Glyphosate on the Brain of Common Carp: Based on Biochemical and Molecular Perspective.
Int J Mol Sci · 2023 · 24 · PMID 37629125 · 등급5 동물·현장 동물실험 · 발암성 > 산화스트레스·기전 · 수생생물
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클로르피리포스(CPF)와 글리포세이트(GLY)는 각각 전 세계적으로 가장 널리 사용되는 유기인계 살충제 및 제초제이며, 수생 환경에서 이 두 물질의 공존은 어류에게 잠재적인 위험을 초래한다. 그러나 CPF와 GLY가 독성을 유발하는 잠재적 메커니즘은 완전히 탐구되지 않았다. CPF와 GLY가 단독 또는 조합(MIX)으로 어류에 미치는 유해 영향을 확인하기 위해, 환경적으로 관련성 있는 농도인 CPF (25 μg/L)와 GLY (3.5 mg/L)를 설정하여 잉어에게 21일 동안 노출시켰다. 노출 후, CPF와 GLY는 아세틸콜린에스테라아제 및 $\text{Na}^+/\text{K}^+$-ATPase 활성을 감소시키고, 모노아민 산화효소 수준을 변화시키며, 항산화 효소 활성(초과산화디스뮤타아제, 카탈라아제, 글루타티온 S-전달효소 및 글루탐산 환원효소)을 감소시켰고, 잉어 뇌에 말론디알데하이드 축적을 유도하였다. MIX 그룹의 매개변수는 CPF 또는 GLY 단독 그룹보다 더 큰 영향을 미쳤으며, 이는 단독 노출과 조합 노출 모두 신경 신호 전달 시스템에 영향을 미치고 잉어 뇌에서 산화 스트레스 및 지질 과산화를 유발할 수 있으며, MIX 노출이 각 오염 물질의 영향을 증가시킨다는 것을 시사한다. RNA-seq 결과는 CPF와 GLY의 단독 또는 조합 노출이 어류 뇌에 전반적인 전사체 변화를 유도했으며, MIX 처리된 잉어 뇌에서 차등 발현 유전자의 수는 CPF 또는 GLY 그룹보다 전반적으로 증가하여 공동 노출의 효과가 단독 노출보다 크다는 것을 시사하였다. 추가 분석 결과는 전반적인 전사체 변화가 어류 뇌의 산화 스트레스, 면역 기능 장애 및 세포자멸사에 관여함을 보여주었으며, $\text{P}13\text{k-Akt}$ 신호 전달 경로가 CPF와 GLY 단독 및 조합 노출로 유도된 독성 모두에 관여함을 확인하였다. 종합적으로 볼 때, 본 연구 결과는 CPF와 GLY의 상호작용이 상승적일 수 있음을 입증하였고, 어류 뇌가 CPF와 GLY에 대처하는 분자 메커니즘에 대한 새로운 통찰을 제공하였다.ORIGINAL ABSTRACT
Chlorpyrifos (CPF) and glyphosate (GLY) are the most widely used organophosphate insecticide and herbicide worldwide, respectively; co-occurrence of CPF and GLY in aquatic environments occurs where they inevitably have potential hazards to fish. However, the potential mechanisms of CPF and GLY to induce toxicity have not been fully explored. To identify the adverse impacts of CPF and GLY on fish, either alone or in combination (MIX), CPF (25 μg/L) and GLY (3.5 mg/L) were set up according to an environmentally relevant concentration to expose to common carp for 21 days. After exposure, CPF and GLY decreased the activities of acetylcholinesterase and Na+/K+-ATPase, altered monoamine oxidase levels, decreased antioxidant enzyme activities (superoxide dismutase, catalase, glutathione S-transferase and glutamic reductase), and induced the accumulation of malondialdehyde in the carp brain. The parameters in the MIX groups had a greater impact compared to that in the CPF or GLY group, suggesting that both single and combined exposure could affect neurological signaling systems and cause oxidative stress and lipid peroxidation damage in carp brains, and that MIX exposure increases the impact of each pollutant. RNA-seq results showed that single or combined exposure to CPF and GLY induced global transcriptomic changes in fish brains, and the number of differentially expressed genes in MIX-treated carp brains were globally increased compared to either the CPF or GLY groups, suggesting that the effects of co-exposure were greater than single exposure. Further analysis results revealed that the global transcriptomic changes participated in oxidative stress, immune dysfunction, and apoptosis of fish brains, and identified that the P13k-Akt signaling pathway participates in both single and combined exposure of CPF- and GLY-induced toxicity. Taken together, our results demonstrated that the interaction of CPF and GLY might be synergic and provided novel insights into the molecular mechanisms of fish brains coping with CPF and GLY.| 저자 | Zhang, D.; Ding, W.; Liu, W.; Li, L.; Zhu, G.; Ma, J. |
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| 저널 | International journal of molecular sciences |
| 권·호·쪽 | 24(16) |
| PMID | 37629125 |
| DOI | 10.1038/nprot.2008.73 |
| MeSH | Animals; Chlorpyrifos; Acetylcholinesterase; Brain; Antioxidants; Carps; Glyphosate |