Differential impact of dose-range glyphosate on locomotor behavior, neuronal activity, glio-cerebrovascular structures, and transcript regulations in zebrafish larvae.
Chemosphere · 2021 · 267:128986 · PMID 33359984 · 등급5 동물·현장 동물시험 · 환경과 생태 > 수생생물 · 수생생물 · 실험투여
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글리포세이트의 존재는 논란이 되는 환경독성학적 및 건강 위험 인자이다. 본 연구에서는 제브라피시 유생을 수정 후 1.5시간부터 120시간까지 광범위한 농도 범위(0.05–10.000 μg/L)의 글리포세이트에 노출시켜 뇌에 미치는 영향을 탐색하였다. 형태학적 평가, 운동 행동 추적 및 신경생리학적 매개변수 측정, 신경-교관혈관 세포 구조 검사, 그리고 RNA 시퀀싱을 통한 전사체학적 결과를 분석하였다. 시험된 농도 범위에서 글리포세이트는 육안적인 형태 변화를 유발하지 않았다. 행동 분석 결과, 1000 μg/L 이상의 글리포세이트에 노출된 후 운동 활동의 유의미한 감소가 관찰되었다. 병행하여, 중뇌 전기생리학적 기록은 1000 μg/L 글리포세이트에 노출된 제브라피시 유생에서 비정상적이고 가변적인 스파이크 활동을 나타냈다. 다음으로, 관찰된 신경생리학적 결과가 뇌 구조 변형의 이차적 결과일 수 있는지 확인하고자 하였다. 우리는 형질전환 제브라피시와 생체 내 2광자 현미경을 사용하여 행동 변화를 유발하는 농도인 1000 μg/L과 낮은 농도인 0.1 μg/L, 그리고 대조군을 비교하며 세포 수준에서 영향을 조사하였다. 우리는 대뇌혈관 및 신경 기형의 존재는 배제하였다. 그러나 두 글리포세이트 농도에서 미세아교세포의 형태학적 변형이 관찰되었으며, 이는 활성화가 시사되는 아메바형 세포의 존재로 나타났다. 마지막으로, RNAseq 분석은 선택된 두 가지 글리포세이트 농도에서 평가된 신경생리학, 시냅스 전달 및 염증과 관련된 전사체군(transcript families)의 조절 이상을 보여주었다. 제브라피시 유생에서 행동적 및 신경생리학적 결함은 고농도의 글리포세이트에 노출된 후에 발생하며, 세포 수준 및 전사체 서명은 저용량에 반응하여 검출될 수 있었다. 환경독성학으로의 잠재적 적용 가능성과 뇌 건강 취약성에 대한 가능한 확장이 비판적으로 논의되었다.ORIGINAL ABSTRACT
The presence of glyphosate represents a debated ecotoxicological and health risk factor. Here, zebrafish larvae were exposed, from 1.5 to 120 h post-fertilization, to a broad concentration range (0.05-10.000 μg/L) of glyphosate to explore its impact on the brain. We evaluated morphology, tracked locomotor behavior and neurophysiological parameters, examined neuro-glio-vascular cell structures, and outlined transcriptomic outcomes by RNA sequencing. At the concentration range tested, glyphosate did not elicit gross morphological changes. Behavioral analysis revealed a significant decrease in locomotor activity following the exposure to 1000 μg/L glyphosate or higher. In parallel, midbrain electrophysiological recordings indicated abnormal, and variable, spike activity in zebrafish larvae exposed to 1000 μg/L glyphosate. Next, we asked whether the observed neurophysiological outcome could be secondary to brain structural modifications. We used transgenic zebrafish and in vivo 2-photon microscopy to examine, at the cellular level, the effects of the behavior-modifying concentration of 1000 μg/L, comparing to low 0.1 μg/L, and control. We ruled out the presence of cerebrovascular and neuronal malformations. However, microglia morphological modifications were visible at the two glyphosate concentrations, specifically the presence of amoeboid cells suggestive of activation. Lastly, RNAseq analysis showed the deregulation of transcript families implicated in neuronal physiology, synaptic transmission, and inflammation, as evaluated at the two selected glyphosate concentrations. In zebrafish larvae, behavioral and neurophysiological defects occur after the exposure to high glyphosate concentrations while cellular and transcript signatures can be detected in response to low dose. The prospective applicability to ecotoxicology and the possible extension to brain-health vulnerability are critically discussed.| 저자 | Forner-Piquer, I.; Faucherre, A.; Byram, J.; Blaquiere, M.; de Bock, F.; Gamet-Payrastre, L.; Ellero-Simatos, S.; Audinat, E.; Jopling, C.; Marchi, N. |
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| 저널 | Chemosphere |
| 권·호·쪽 | 267, 128986 |
| PMID | 33359984 |
| DOI | 10.1016/j.chemosphere.2020.128986 |
| MeSH | Animals; Glycine; Herbicides; Humans; Larva; Prospective Studies; Zebrafish; Glyphosate |