Use of human neuroblastoma SH-SY5Y cells to evaluate glyphosate-induced effects on oxidative stress, neuronal development and cell death signaling pathways.
Environ Int · 2020 · 135:105414 · PMID 31874349 · 등급6 세포·모델 in vitro · 발암성 > 산화스트레스·기전 · 사람 · 환경 · AMPA
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글리포세이트를 함유한 제초제는 전 세계적으로 가장 많이 사용되는 농약이다. 이러한 무분별한 사용은 잠재적인 건강 및 환경 유해성에 대한 우려를 제기한다. 본 연구에서는 인간 신경모세포주 SH-SY5Y를 이용하여 글리포세이트와 그 대사산물인 아미노메틸포스폰산(AMPA) 노출에 따른 산화 스트레스, 신경 발달 이상 및 세포 사멸 경로의 관여 여부를 조사하였다. MTT 및 LDH 분석을 통해 글리포세이트와 AMPA의 세포 독성을 평가하였다. 말론디알데하이드(MDA)로 측정한 지질 과산화물, 산화질소(NO) 및 활성산소종(ROS) 생성, 그리고 카스파제-Glo 3/7 활성을 측정하였다. 멜라토닌(MEL), 트록스(Trolox), N-아세틸시스테인(NAC) 및 실리빈이 글리포세이트 및 AMPA 유도 산화 스트레스에 대해 가지는 신경 보호적 역할을 조사하였다. 또한, 실시간 PCR 배열을 이용하여 글리포세이트와 AMPA가 신경 발달 관련 유전자 전사체 및 세포 사멸 경로의 유전자 발현 프로파일링에 미치는 영향을 조사하였다. 글리포세이트 (5 mM)와 AMPA (10 mM)는 MDA 수준, NO 및 ROS 생성, 그리고 카스파제 3/7 활성의 유의미한 증가를 유도하였다. 글리포세이트 노출은 정상 신경 세포 발달에 관여하는 Wnt3a, Wnt5a, Wnt7a, CAMK2A, CAMK2B의 상향 조절 및 GAP43와 TUBB3 mRNA 발현의 하향 조절을 유도하였다. 세포 사멸 경로의 유전자 발현 프로파일링과 관련하여, 검사된 84개 유전자 중 APAF1, BAX, BCL2, CASP3, CASP7, CASP9, SYCP2, TNF, TP53, CTSB, NFκB1, PIK3C3, SNCA, SQSTMT, HSPBAP1 및 KCNIPI mRNA 발현에서 글리포세이트와 AMPA 노출에 대해 2배 이상의 변화가 관찰되었다. 이러한 유전자 발현 데이터는 글리포세이트와 AMPA의 신경 독성 메커니즘을 규명하는 데 도움을 줄 수 있다. 본 연구 결과는 글리포세이트와 AMPA가 아<0xED><0x8F><0xBD>토시스, 자가포식 및 괴사 경로를 통해 신경 발달에 세포독성 영향을 미치며 산화 스트레스 및 세포 사멸을 유도함을 입증하였고, 글리포세이트의 환경 노출이 우려되는 수준임을 확인하였다. 본 연구는 SH-SY5Y 세포주가 농약 스크리닝을 위한 시험관 내 시스템으로 고려될 수 있음을 보여준다.ORIGINAL ABSTRACT
Glyphosate-containing herbicides are the most used agrochemicals in the world. Their indiscriminate application raises some concerns regarding the possible health and environmental hazards. In this study, we investigated in human neuroblastoma cell line SH-SY5Y if oxidative stress, altered neurodevelopment and cell death pathways are involved in response to glyphosate and its metabolite aminomethylphosphonic acid (AMPA) exposures. MTT and LDH assays were carried out to assess the glyphosate and AMPA cytotoxicity. Lipid peroxides measured as malondialdehyde (MDA), nitric oxide (NO) and reactive oxygen species (ROS) production, and caspase-Glo 3/7 activity were evaluated. The neuroprotective role of melatonin (MEL), Trolox, N-acetylcysteine (NAC) and Sylibin against glyphosate- and AMPA-induced oxidative stress was examined. Glyphosate and AMPA effects on neuronal development related gene transcriptions, and gene expression profiling of cell death pathways by Real-Time PCR array were also investigated. Glyphosate (5 mM) and AMPA (10 mM) induced a significant increase in MDA levels, NO and ROS production and caspase 3/7 activity. Glyphosate exposure induced up-regulation of Wnt3a, Wnt5a, Wnt7a, CAMK2A, CAMK2B and down-regulation of GAP43 and TUBB3 mRNA expression involved in normal neural cell development. In relation to gene expression profiling of cell death pathways, of the 84 genes examined in cells a greater than 2-fold change was observed for APAF1, BAX, BCL2, CASP3, CASP7, CASP9, SYCP2, TNF, TP53, CTSB, NFκB1, PIK3C3, SNCA, SQSTMT, HSPBAP1 and KCNIPI mRNA expression for glyphosate and AMPA exposures. These gene expression data can help to define neurotoxic mechanisms of glyphosate and AMPA. Our results demonstrated that glyphosate and AMPA induced cytotoxic effects on neuronal development, oxidative stress and cell death via apoptotic, autophagy and necrotic pathways and confirmed that glyphosate environmental exposure becomes a concern. This study demonstrates that SH-SY5Y cell line could be considered an in vitro system for pesticide screening.| 저자 | Martínez, M. A.; Rodríguez, J. L.; Lopez-Torres, B.; Martínez, M.; Martínez-Larrañaga, M. R.; Maximiliano, J. E.; Anadón, A.; Ares, I. |
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| 저널 | Environment international |
| 권·호·쪽 | 135, 105414 |
| PMID | 31874349 |
| DOI | 10.1016/j.envint.2019.105414 |
| MeSH | Cell Death; Cell Line, Tumor; Cell Survival; Glycine; Humans; Neuroblastoma; Oxidative Stress; Reactive Oxygen Species; Glyphosate |