Changes in the antioxidative status of developing brain under acrylamide influence with the use of in ovo model

Abstract

Celem niniejszej pracy była ocena wpływu akrylamidu na status oksydacyjny i cytoarchitekturę rozwijającego się mózgu zarodka z wykorzystaniem modelu in ovo. Eksperyment przeprowadzono na embrionach kurzych. Obejmował okres od E5 (piątego dnia rozwoju embrionalnego) do wylęgu (1-dniowe pisklę). Badania obejmowały trzy etapy. Etap pierwszy: oszacowanie statusu oksydacyjnego w strukturach mózgu 1-d piskląt, narażonych na ACR od E4. Etap drugi: oszacowanie statusu oksydacyjnego w strukturach mózgu zarodków narażonych na ACR w E17 - 24 godziny, 48 godzin i 72 godziny po ekspozycji na ACR. Etap trzeci: ocena aktywności cholinoesteraz, markerów stresu oksydacyjnego, ekspresji kaspazy-3 i zmian w mikrostrukturze przodomózgowia zarodków kurzych poddanych działaniu ACR przez 7 godzin w E5. U jednodniowych kurcząt i zarodków z E18, E19 i E20 zaobserwowano zmiany w poziomach GSH i zwiększoną aktywność GPx w badanych strukturach mózgu po iniekcji ACR. Aktywność SOD znacznie wzrosła w większości badanych struktur (także w E5), podczas gdy aktywność CAT była zahamowana. Immunohistochemiczna lokalizacja kaspazy- 3 w przodomózgowiu zarodków E5 i barwienie histochemiczne wykazały pogorszenie i znaczne uszkodzenie komórek nabłonka nerwowego i wpłynęły na dystrybucję / ekspresję kaspazy-3. Aktywność AChE i BuChE wzrosła, ale ACR nie miał wpływu na stężenie MDA. Ponadto, zaobserwowano zwiększoną ilość komórek nerwowych widocznych w mózgu zarodków z E10, narażonych na ACR w E5. Wszystkie eksperymenty wykazały, że akrylamid zaburzał równowagę redoks w rozwijających się strukturach mózgu zarodka. Dodatkowo, wrażliwość na jego działanie jest różna w różnych strukturach mózgu. Zaobserwowano także, że ACR osłabiał naturalną selekcję komórek nerwowych poprzez hamowanie procesu apoptozy. Wykazano, że ACR ma wpływ na aktywność nerwów cholinergicznych i cytoarchitekturę mózgu rozwijających się zarodków. Wszystkie zaobserwowane efekty sugerują istotny wpływ ACR na rozwijający się mózg poprzez różne mechanizmy działania.

The aim of this study was to estimate the impact of ACR on the oxidative status and cytoarchitecture of the developing embryo brain with the use of in ovo model. The experiment was conducted with chicken embryos. It covered the period from E5 (embryonic day five) until the egg hatched (1-d-old chick). The study was performed in three parts. The first part estimated the oxidative status in the brain structures in 1-d-old chicks that had been exposed to ACR since E4. The second part estimated the oxidative status in the brain structures in embryos exposed to ACR at E17 24 hours, 48 hours, and 72 hours after exposure to ACR. The third part estimated the activity of cholinesterases, oxidative stress markers, and caspase-3 expression, as well as the changes in the microstructure, in the forebrain of chicken embryos exposed to ACR for 7 hours at E5. In 1-d-old chicks and embryos from E18, E19 and E20, changes in the GSH levels and increased activities of GPx in the examined brain structures after injection of ACR were observed. Superoxide dismutase activity increased significantly in the most of the examined structures (also at E5), whereas CAT activity was inhibited. Immunohistochemical localization of caspase-3 at E5 in the embryos’ forebrain and histochemical staining demonstrated deterioration and significant damage to neuroepithelial cells and affected caspase-3 distribution/expression. The activities of AChE and BuChE increased, but ACR had no impact on the MDA concentration. In addition, from E10 an increased density of neural cells was visible in the brain of embryos that had been exposed to ACR at E5. All experiments indicated that ACR disturbed redox balance in the developing embryo’s brain structures. Moreover, different brain structures are vulnerable in different ways to ACR’s action. Additionally, ACR impaired natural neural cell selection, by inhibiting the apoptosis process. Acrylamide also has an impact on the activity of cholinergic nerves and brain cytoarchitecture of the developing embryos. All of the observed effects suggest that ACR has a serious influence on the developing brain through several different mechanisms.