Μελέτη βιοχημικών παραμέτρων και μηχανισμών που σχετίζονται με τη μεταγωγή του σήματος σε ιστούς του μυδιού Mytilus galloprovincialis (Lmc.), μετά από έκθεση του σε ρυπογόνους παράγοντες. Συμβολή στην καθιέρωση νέων βιομαρτύρων ρύπανσης

Abstract

The mussel Mytilus galloprovincialis (Lam.) is used as a reliable bioindicator of environmental pollution (Biomonitoring), promoting its role and importance as a tool of biomonitoring programmes. The present doctoral thesis reinforces the important role of biochemical parameter measurement, such as metallothioneins (MT) and acetylcholineserase (AChE), as a useful tool for the evaluation of marine pollution monitoring, especially in estuary systems like Thermaikos Gulf. Biomonitoring programme (from 2001 untill 2003) with the use of mussel-bioindicator Mytilus galloprovincialis and determination of MT levels and AChE activity in tissues of mussels, showed higher levels of pollution in Peraia and Outlet tube, compared to stations located at the West site of the Gulf (Kimina and Chalastra) as well as Olympiada (reference station) located at Strymonikos Gulf. This evidence was also reinforced from our data, concerning heavy metal content measured in the tissues of mussels, as well as previous chemical data of Thermaikos Gulf. Furthermore, results obtained from field and laboratory studies, revealed a promising role of cAMP in biomonitoring. Evaluation of cAMP content in the digestive gland and mantle/gonad complex of mussels seems to be related with the presence of environmental organic pollutants and heavy metals, such as cadmium, in the seawater. According to our results, we could demonstrate that evaluation of cAMP levels in the mantle/gonad complex and digestive gland of mussels, might be a reliable biomarker in environmental pollution. Another purpose of our study is the enrichment of our knowledge, concerning the mechanisms that the organisms adopt, when they are exposed to pollutants, such as cadmium. The signal transduction mechanism induced after cadmium interaction with adrenergic receptors, as well as the importance of PKC, cAMP and the regulatory role of Na+/H+ exchanger is mentioned for the first time in digestive gland cells of mussel Mytilus galloprovincialis. our results show that cadmium cause DNA damage via two different signal transduction pathways. More specifically, cadmium after interaction primarily with α1-, α2- and also with β-, β1- adrenergic receptors, causes Na+/H+ exchanger activation and the induction of PKC and cAMP, which leads to DNA damage via ROS production. It is also possible to occur the following signaling pathway: cadmium, after interaction mainly with β- and β1- and also with α1- and α2- adrenergic receptors, could cause the induction of PKC and cAMP. Both PKC and cAMP together with Na+/H+ exchanger activation could play an important role in the induction of DNA damage primarily via cAMP increase and secondarily via or independently of ROS production. In this case, ROS production occurs at values lower than those obtained after cadmium interaction mainly with α1- and α2- adrenergic receptors. The protective effect of EIPA on reversing cadmium effect, regarding ROS production and DNA damage is worth mentioned. Our results highlight the important regulatory role of Na+/H+ exchanger that may contribute to the fine-tuning of several intracellular signal transduction pathways in digestive gland cells of Mytilus galloprovincialis.

Το είδος Mytilus galloprovincialis αποτελεί αξιόπιστο οργανισμό-βιοενδείκτη της θαλάσσιας ρύπανσης, γεγονός που ενισχύει την οικολογική του θέση και τη σπουδαιότητά του ως εργαλείο σε στρατηγικές βιοπαρακολούθησης. Η παρούσα μελέτη ανέδειξε τη χρησιμότητα διάφορων βιοχημικών παραμέτρων, όπως οι ΜΤ και η δραστικότητα της AChE, ως αξιόπιστα εργαλεία εκτίμησης της ρύπανσης (βιομάρτυρες) σε κλειστά θαλάσσια συστήματα, όπως ο Θερμαϊκός κόλπος. Τριετής βιοπαρακολούθηση με τη χρήση του οργανισμού-βιοενδείκτη Mytilus galloprovincialis και τον προσδιορισμό των επιπέδων των ΜΤ και της δραστικότητας της AChE (2001-2003), έδειξε σημαντική διαφοροποίηση του βαθμού περιβαλλοντικής επιβάρυνσης σε ρυπογόνους παράγοντες των περιοχών της Περαίας και του Αντλιοστάσιου, συγκριτικά με το βαθμό ρύπανσης περιοχών που βρίσκονται στη Δυτική πλευρά του κόλπου (Κύμινα και Χαλάστρα), αλλά και την Ολυμπιάδα (σταθμός αναφοράς) που βρίσκεται στο Στρυμονικό κόλπο, γεγονός που επιβεβαιώνεται τόσο από τις μετρήσεις των συγκεντρώσεων των βαρέων μετάλλων σε ιστούς των ζώων, όσο και από βιβλιογραφικά δεδομένα που σχετίζονται με χημικές αναλύσεις των νερών των περιοχών του Θερμαϊκού κόλπου. Επιπλέον, στα πλαίσια καθιέρωσης νέων βιομαρτύρων, η παρούσα μελέτη παρέχει σημαντικά δεδομένα σχετικά με τη χρησιμότητα του cAMP στους ιστούς των Δίθυρων Μαλακίων και ειδικότερα στον πεπτικό αδένα και το σύμπλοκο μανδύας/γονάδες. Μεταβολές της συγκέντρωσης του συγκεκριμένου μορίου φαίνεται να σχετίζονται με διάφορους παράγοντες περιβαλλοντικού stress, όπως το κάδμιο και διάφορους οργανικούς ρυπαντές, στους οποίους εκτίθενται οι οργανισμοί. Αποτελέσματα από επιπλέον εργαστηριακές μελέτες ενισχύουν την παραπάνω άποψη. Λαμβάνοντας υπόψη μας τα αποτελέσματα της μελέτης πεδίου, καθώς και τις εργαστηριακές μελέτες μπορούμε να συμπεράνουμε πως ο προσδιορισμός της συγκέντρωσης του cAMP στον πεπτικό αδένα και το σύμπλοκο μανδύας/γονάδες, με τη συγκεκριμένη μέθοδο, αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη τεχνική, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αξιόπιστος βιομάρτυρας της θαλάσσιας ρύπανσης. Η μελέτη σκοπό έχει να συμβάλλει στον εμπλουτισμό της γνώσης των μηχανισμών που υιοθετούν οι οργανισμοί, ως απόκριση στην επίδραση ρυπογόνων παραγόντων, όπως τα βαρέα μέταλλα. Η επαγωγή οδών μετάδοσης σήματος, μέσω των αδρενεργικών υποδοχέων, με τη συμμετοχή της αντλίας ανταλλαγής ιόντων Na+/H+, της PKC, καθώς και του cAMP, σε κύτταρα πεπτικού αδένα του μυδιού Mytilus galloprovincialis που εκτίθενται σε κάδμιο, αναφέρεται για πρώτη φορά στη διεθνή βιβλιογραφία. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το κάδμιο επάγει την ίδια απόκριση (αποδιοργάνωση του γενετικού υλικού), μέσω διαφορετικών σηματοδοτικών μονοπατιών. Στο ένα σηματοδοτικό μονοπάτι, το κάδμιο αλληλεπιδρά περισσότερο με τους α-αδρενεργικούς υποδοχείς και παρατηρείται μεγάλη αύξηση των δραστικών μορφών οξυγόνου (ROS), ενώ στο άλλο σηματοδοτικό μονοπάτι, το κάδμιο αλληλεπιδρά περισσότερο με τους β-αδρενεργικούς υποδοχείς και προκαλεί αύξηση του cAMP, πιθανά με μικρότερη παραγωγή ROS. Η αντλία ανταλλαγής ιόντων Na+/H+, φαίνεται να διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στη ρύθμιση και των δυο σηματοδοτικών μονοπατιών. Επίσης, η PKC φαίνεται να συμμετέχει και στα δύο σηματοδοτικά μονοπάτια. Είναι επομένως πιθανό τα δυο σηματοδοτικά μονοπάτια που επάγονται από τους διαφορετικού τύπου αδρενεργικούς υποδοχείς και οδηγούν στη διαταραχή της ακεραιότητας του γενετικού υλικού να αλληλεπιδρούν. Εν κατακλείδι, το κάδμιο επάγει σηματοδοτικά μονοπάτια, στα οποία η αντλία ανταλλαγής ιόντων Na+/H+ φαίνεται να διαδραματίζει σημαντικό ρόλο. Τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης έδειξαν ότι εφόσον η αντλία ανταλλαγής ιόντων Na+/H+ ρυθμίζεται από ένα πλήθος δραστικών ουσιών, θα μπορούσαμε να συμπεράνουμε ότι συνεισφέρει στην «ευαίσθητη» ρύθμιση πολλών ενδοκυτταρικών μονοπατιών μετάδοσης σήματος στα κύτταρα του πεπτικού αδένα του μυδιού Mytilus galloprovincialis.