Titelaufnahme

Titel
Mercury toxicokinetics in the human term placenta / submitted by DI (FH) Elisabeth Straka, BA MSc
VerfasserStraka, Elisabeth
Betreuer / BetreuerinGundacker, Claudia
UmfangXIX, 105 Seiten : Illustrationen
HochschulschriftMedizinische Universität Wien, Univ., Dissertation, 2016
Anmerkung
Zusammenfassung in deutscher Sprache
Datum der AbgabeSeptember 2016
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Plazenta / Quecksilber / ABC Transporter / Toxikokinetik / Aminosäurentransporter
Schlagwörter (EN)Placenta / mercury / ABC transporters / toxicokiinetics / amino acid transporters
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-223 Persistent Identifier (URN)
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Mercury toxicokinetics in the human term placenta [6.84 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Quecksilber ist ein weitverbreitetes, giftiges Schwermetall, das ein beachtliches Gesundheits-risiko darstellt. Quecksilber wird über die humane Plazenta als auch die Bluthirnschranke transportiert. Eine perinatale Belastung mit Methylquecksilber (MeHg), einer organischen Quecksilber-Verbindung, kann zu massiven Schäden in der neurologischen Entwicklung füh-ren. Wenn man das große toxische Potential von MeHg bedenkt, liegt es nahe den Trans-port über die humane Plazenta, die die erste Barriere zwischen maternalem und fetalem Blutkreislauf darstellt, zu erforschen. Obwohl schon Information zu diesem Thema aus Ex-perimenten mit Mäusen, Ratten und unterschiedlichen humanen Zelllinien vorhanden war, stellte sich das Wissen über die Situation in der Plazenta mehr als lückenhaft dar. Diese Wissenslücken gaben den initialen Anstoß zu dieser Studie. Mit Hilfe der vorhan-den Literatur wurde eine Liste mit 17 Transportern erstellt, die bekannt dafür sind, eine Rolle in der Toxikokinetik von Quecksilber zu spielen und auch in der Plazenta exprimiert sind. Wir untersuchten daher Expression, Funktion und Lokalisation der Kandidatentrans-porter in zwei Zellmodellen der humanen Plazenta, in primären Trophoblasten (hTCs), die aus reifen Plazenten isoliert wurden und der Chorionkarzinomzelllinie BeWo. Mit Hilfe von RNA-Interferenz konnten wir jene Transporter identifizieren, die in die plazentare Auf-nahme bzw. den Efflux von Quecksilber involviert sind. Die Hypothese lautete, dass das Ausschalten von Aufnahme/Efflux-Transportern die Quecksilbergehalte in Plazentazellen im Vergleich zu Kontrollen signifikant verringern bzw. erhöhen wird. Der zelluläre Quecksil-bergehalt wurde nach siRNA-mediiertem Gen-Knockdown und Zugabe von MeHg mittels Atomabsorptionsspektrometrie mit Kaltdampftechnik (CV-AAS) analysiert. In der hier vorliegenden Studie konnten wir zeigen, dass hTCs, die aus verschiedenen Pla-zenten isoliert wurden, Quecksilber in unterschiedlichem Ausmaß anreichern und dass dieser Effekt unabhängig von der Dosis und der Belastungsdauer ist. Des Weiteren fanden wir her-aus, dass die untersuchten Transporter unterschiedlich stark exprimiert werden, sowohl im Vergleich zwischen BeWo Zellen und hTCs als auch zwischen hTCs aus unterschiedlichen Plazenten. In Knockdown-Experimenten konnten wir zeigen, dass 1/ die Aminosäuretrans-porter LAT1 und rBAT in den plazentaren Quecksilberimport involviert sind, sowie, dass 2/ der ABC Transporter MRP1 am Export von Quecksilber beteiligt ist. Mittels Immunfluoreszenz (IF) konnten wir zeigen, dass die Aminosäuretransporter in der humanen Plazenta primär im Trophoblasten lokalisiert sind. Die leichten Ketten der heterodimeren Aminosäuretransporter (LAT1, LAT2 und b0,+ ) wurden an der apikalen Membrane als auch intrazellulär gefunden. Die schweren Ketten (4F2hc und rBAT) waren an beiden Seiten der Plasmamembrane lokalisiert. Zusammenfassend wird ein Modell für den plazentaren Transport vorgestellt, das den ak-tiven Transfer von Quecksilber von der maternalen zu fetalen Seite erklären kann. In An-betracht der Tatsache, dass die Aufnahme von Quecksilber in die humane Plazenta über Aminosäuretransporter erfolgt, die nicht zwischen einer essentiellen Aminosäure und der Verbindung MeHg-Cystein unterscheiden können (es handelt sich hier um eine molekulare Mimikry), zeigt diese Arbeit wie notwendig strengere Gesetze bezüglich der Verwendungund der Entsorgung von Quecksilber sind.

Zusammenfassung (Englisch)

Mercury is a ubiquitous environmental toxicant. The health risks associated with perinatal exposures are a major concern in public health. Mercury is well-known to pass the human placenta and the blood-brain barrier. Methylmercury (MeHg), an organic mercury com-pound, is able to cause neurodevelopmental disorders. Considering the high toxic potential of MeHg, it is important to elucidate its transport across the first barrier between mother and child, the human placenta. Still, our knowledge on the mechanisms by which mercury is transferred from the maternal to the fetal circulation is very poor. Based on the available literature, 17 candidate transporters could be identified to be in-volved in placental mercury toxicokinetics. We therefore examined expression, function and localization of these candidate transporters in two human placenta cell models, i.e., primary human trophoblast cells (hTCs) isolated from term placentas and the choriocar-cinoma cell line BeWo. We used siRNA-mediated gene silencing as method of choice to prove involvement of the transporters in cellular mercury uptake and efflux. The major hypothesis was that silencing of uptake/efflux transporters would decrease/increase cellular mercury content in relation to controls. The cellular mercury contents were analyzed upon target-specific gene knockdown and MeHg treatment via Cold vapor-atomic fluorescence spectrometry (CV-AFS). In the present study, we showed that hTCs isolated from different placentas differ in their capacity for mercury accumulation and that this effect is independent of the MeHg dose and the duration of exposure. Furthermore, we detected variability in transporter expression not only between BeWo cells and hTCs but also among hTCs isolated from different placentas. The knockdown experiments brought evidence that 1/ the amino acid transporters LAT1 and rBAT are involved in placental mercury uptake and 2/ the ABC transporter MRP1 is involved in placental efflux of mercury. Using immunofluorescence microscopy, we identified the trophoblast as the predominant cell type in the placenta expressing heterodimeric amino acid transporters. The light chains LAT1, LAT2 and b0,+ were found at the apical membrane and were also localized in-tracellularly. The heavy chains 4F2h and rBAT were found at both sides of the plasma membrane. Taken together, we propose a model for placental transfer that enables active transfer of mercury from the maternal to the fetal side. Considering that placental mercury uptake is mediated by amino acid transporters that cannot distinguish between the essential amino acid methionine and its mimicry MeHg-cysteine, this work highlights the need for morestringent regulations regarding the use of mercury.