Секреторная машинерия катехоламин-продуцирующих клеток включает оформление секреторных гранул, внутриклеточный транспорт, депонирование и выделение продуктов как путем экзоцитоза, так и молекулярной секреции. Изменения этих процессов эндокринными дисрапторами фактически не изучено. Дихлордифенилтрихлорэтан (ДДТ) является самым распространенным загрязнителем на планете, обладает длительным периодом полураспада и относится к эндокринным дисрапторам, нарушающим продукцию половых, минералокортикоидных, глюкокортикоидных и тиреоидных гормонов [1,2]. Было показано, что воздействие эндокринного дисраптора ДДТ на развивающийся организм вызывало значительное снижение продукции адреналина и норадреналина хромаффиноцитами мозгового вещества надпочечников крыс [3]. В данной работе изучены механизмы этих нарушений секреторной деятельности хромаффинных клеток мозгового вещества надпочечников в постнатальном периоде у крыс, подвергавшихся низкодозовому воздействию ДДТ в пренатальном и постнатальном развитии.

Самки крыс Вистар получали раствор о,п-ДДТ 20 мкг/л («Sigma-Aldrich», США) вместо водопроводной воды с момента спаривания, во время беременности и лактации (n=10) и только в период лактации с момента родов (n=10). После окончания подсосного периода потомство самок крыс получало тот же раствор о,п-ДДТ в постнатальном развития. В основную экспериментальную группу вошли самцы крыс (n=20), получавшие малые дозы о,п-ДДТ в пренатальном и постнатальном периодах. Для дифференциации эффектов пренатального воздействия в эксперимент была включена группа самцов (n=20), подвергавшихся воздействию ДДТ только в период постнатального развития. В качестве контроля использовали потомство мужского пола (n=22) интактных самок крыс. Половину контрольных и опытных крыс выводили из эксперимента в пубертатном периоде, остальных – после достижения половой зрелости. Для исследования надпочечников использовали световую и электронную микроскопию, компьютерную морфометрию. Проводили иммуногистохимическое исследование тирозингидроксилазы и иммуноферментное определение адреналина в плазме крови.

У крыс, подвергавшихся воздействию ДДТ с момента зачатия, в пубертатном возрасте наряду с пониженной продукцией адреналина и снижением экспрессии тирозингидроксилазы были выявлены меньшие размеры клеток и ядер, значительное уменьшение количества митохондрий и секреторных гранул, что указывало на двоякий механизм снижения продукции адреналина. После достижения половой зрелости у интактных крыс происходило физиологическое уменьшение продукции катехоламинов надпочечниками, несмотря на увеличение размеров мозгового вещества и высокий уровень экспрессии тирозингидроксилазы. Исследование выявило снижение содержания в хромаффиноцитах митохондрий интактных крыс, которые обеспечивают выделение секреторных гранул за пределы клетки, что является фактором, обусловливающим снижение выделения секреторных гранул из клеток. У крыс, развивавшихся при воздействии дисраптора, наблюдалось отставание в развитии мозгового вещества и снижение синтеза тирозингидроксилазы. Ультраструктурное исследование выявило меньшее количество митохондрий и деструктивные изменения в них. У крыс, подвергавшиеся воздействию ДДТ после рождения, не было задержки роста мозгового вещества и, но происходило более ранее уменьшение числа митохондрий, что приводило к скоплению секреторных гранул в цитоплазме и более выраженному снижению выделения адреналина в кровоток. В цитоплазме наблюдались признаки оводнения секреторных гранул и растворения их содержимого.

Таким образом, наряду с дисморфогенетическим механизмом эндокринный дисраптор ДДТ изменял секреторную машинерию в хромаффинных клетках, негативно влияя на перестройку митохондриального аппарата и экзоцитоз гранул, что приводило к активации молекулярной секреции как компенсаторного механизма в ответ на снижение продукции катехоламинов. Сравнение групп с различным режимом воздействия дисраптора показало, что нарушения секреторной машинерии были обусловлены в основном постнатальным воздействием ДДТ.

Работа выполнена по госзаданию № FGFZ-2022-0035.

Литература

1. Yaglova N.V., Tsomartova D.A., Yaglov V.V. Differences in production of adrenal steroid hormones in pubertal rats exposed to low doses of the endocrine disrupter DDT during prenatal and postnatal development // Biochemistry (Moscow), Supplement Series B: Biomedical Chemistry. 2018, Vol. 12, N. 1, P. 80–86. Doi: 10.1134/S1990750818010122

2. Calsolaro V., Pasqualetti G., Niccolai F., Caraccio N., Monzani F. Thyroid disrupting chemicals // Int. J. Mol. Sci. 2017. Vol. 18. 2583. Doi: 10.3390/ijms18122583

3. Yaglova N., Tsomartova D., Yaglov V. Effect of prenatal and postnatal exposure to low doses of DDT on catecholamine secretion in rats in different period of ontogeny // Bull. Exp. Biol. Med. 2017. Vol. 163. P. 422–424. Doi: 10.1007/s10517-017-3819-6

The secretory machinery of catecholamine-producing cells includes formation of secretory granules, intracellular transport, deposition, and excretion of products by both exocytosis and molecular secretion. Endocrine disruption of secretory process in chromaffin cells is poorly studied. Dichlorodiphenyltrichloroethane (DDT) is known as the most wide-spread environmental contaminant with long period of half-life and a potent endocrine disrupter affecting sex steroid, mineralocorticoid, glucocorticoid and thyroid hormone production [1,2]. Exposure of growing organism to endocrine disruptor DDT has been shown to significantly decrease production of adrenaline and norepinephrine by adrenal chromaffin cells in rats [3]. The present study is aimed at evaluation of secretory process in adrenal chromaffin cells in postnatal period in rats exposed to low doses of DDT during prenatal and postnatal development. mechanisms of these disorders have been studied.

Female Wistar rats received solution of o,p-DDT 20µg/l (“Sigma-Aldrich”, USA) ad libitum instead of tap water since mating, during pregnancy and lactation (n=10) and other female rats received the same solution of DDT only during lactation (n=10). After weaning the progeny of the rat dams received the same solution of o,p-DDT during postnatal development. The main experimental group included male rats (n=20) exposed to low doses of o,p-DDT prenatally and postnatally. A group of male rats (n=20) exposed to DDT only during postnatal development, was included in the experiment to differentiate effects of prenatal exposure. The male offspring (n=22) of intact rat dams was used as a control. Half of the control and exposed rats were sacrificed in pubertal and postpubertal periods. Light and transmission electron microscopy and morphometry were used for adrenal medulla examination. Tyrosine hydroxylase production was detected by immunohistochemistry. Plasma epinephrine levels was quantified by enzyme-linked immunosorbent assay.

In pubertal rats exposed to DDT from the conception, a significant decrease in number of mitochondria and secretory granules and smaller sizes of chromaffin cells and nuclei were revealed as well as downregulation of tyrosine hydroxylase expression and decrease in epinephrine production. The findings indicate a multiple mechanism of reduced epinephrine production. After puberty, intact rats showed a physiological decrease in the production of catecholamines by the adrenal glands, despite an increase in the size of the adrenal medulla and a high level of tyrosine hydroxylase. The study revealed an age-dependent decrease in the number of mitochondria in chromaffin cells, which ensure the release of secretory granules. In rats developmentally exposed to DDT, slowdown of the medulla growth and a decrease in the synthesis of tyrosine hydroxylase were observed. Electron microscopy revealed a smaller number of mitochondria along with destructive changes. Rats exposed to DDT postnatally did not have medulla growth retardation and, however, experienced an earlier decrease in the number of mitochondria, leading to accumulation of secretory granules in the cytoplasm and reduced release of adrenaline into the bloodstream. In the cytoplasm, signs of hydration of secretory granules and dissolution of their contents were observed.

Thus, along with the dysmorphogenetic mechanism, the endocrine disruptor DDT changed the secretory machinery in chromaffin cells, negatively affecting the rearrangement of the mitochondrial apparatus and granule exocytosis, which led to the activation of molecular secretion as a compensatory mechanism in response to a decrease in catecholamine production. Evaluation of different regimens of exposure showed that impaired secretory machinery of adrenal chromaffin cells was evoked by postnatal exposure to DDT.

The research was funded by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation, reg. number FGFZ-2022-0035.

References

1. Yaglova N.V., Tsomartova D.A., Yaglov V.V. Differences in production of adrenal steroid hormones in pubertal rats exposed to low doses of the endocrine disrupter DDT during prenatal and postnatal development // Biochemistry (Moscow), Supplement Series B: Biomedical Chemistry. 2018, Vol. 12, N. 1, P. 80–86. Doi: 10.1134/S1990750818010122

2. Calsolaro V., Pasqualetti G., Niccolai F., Caraccio N., Monzani F. Thyroid disrupting chemicals // Int. J. Mol. Sci. 2017. Vol. 18. 2583. Doi: 10.3390/ijms18122583

3. Yaglova N., Tsomartova D., Yaglov V. Effect of prenatal and postnatal exposure to low doses of DDT on catecholamine secretion in rats in different period of ontogeny // Bull. Exp. Biol. Med. 2017. Vol. 163. P. 422–424. Doi: 10.1007/s10517-017-3819-6