Il pericolo di esposizione al piombo nel neurosviluppo prenatale

Durante il periodo prenatale, il feto inizia a formare una delle strutture più complesse in natura, il cervello umano. Questo processo è chiamato embriogenesi neurale e rappresenta uno dei processi più complicati nella vita prenatale. Il processo si basa sulla stretta regolazione del comportamento delle cellule che costituiranno il cervello. Le cellule staminali neuronali (NSC) svolgono un ruolo chiave nello sviluppo del cervello embrionale.

Le NSC necessitano di un ambiente speciale per poter svolgere la loro funzione nell'embriogenesi neurale, la creazione di nuove cellule per popolare il sistema nervoso. Tuttavia, in alcuni casi, l'esposizione ambientale dannosa può provocare un comportamento anomalo delle NSC. L'esposizione prenatale al piombo è una di queste influenze dannose che possono sopraffare i meccanismi delle NSC per far fronte al danno cellulare. Di conseguenza, i processi regolati dalle NSC nell'embriogenesi neurale possono essere influenzati, spesso portando a disturbi del neurosviluppo.

Dopo la fecondazione, da una singola cellula, si forma una massa di cellule e successivamente questa massa si divide in più strati da cui provengono tutte le strutture del corpo umano. Questo è anche il caso del sistema nervoso centrale. Deriva da uno degli strati che forma il tubo neurale, il precursore del cervello, del tronco cerebrale e del midollo spinale. Inizialmente, il tubo neurale è piuttosto piccolo, ma a causa della creazione di nuove cellule dalle NSC si ingrandisce gradualmente. Successivamente, le cellule nel tubo neurale si specializzano in diverse funzioni modificando le loro caratteristiche cellulari e biochimiche. Evidentemente, se qualcosa va storto in uno di questi passaggi, possono verificarsi anomalie dello sviluppo cerebrale.

Il piombo fa parte della civiltà umana da molto tempo. Tuttavia, solo di recente hanno iniziato a emergere i meccanismi attraverso i quali il piombo provoca effetti negativi sulla salute. Il piombo è particolarmente dannoso per le NSC, anche quando l'esposizione è minima. L'esposizione prenatale molto minima al piombo è stata collegata a un QI inferiore, aggressività e altri problemi. Studi di ricerca hanno anche dimostrato che l'esposizione prenatale al piombo produce più danni rispetto all'esposizione durante il periodo postnatale. Questi risultati sono stati collegati ai meccanismi alla base del danno cellulare delle NSC da piombo. I meccanismi proposti influenzano le funzioni cellulari essenziali che si traducono in un aumento delle specie reattive dell'ossigeno (ROS) e alterazioni nella metilazione del DNA.

Le specie reattive dell'ossigeno sono molecole che sono presenti in natura a seguito della respirazione cellulare. Tuttavia, durante le condizioni patologiche i loro livelli possono aumentare sostanzialmente. L'intossicazione cronica da piombo determina un aumento dei ROS attraverso diversi meccanismi. Tra questi, c'è un effetto diretto degli ioni piombo sulle proteine ​​che regolano i livelli di ROS. Inoltre, il piombo può aumentare il livello di ROS indirettamente attraverso l'interazione con l'acido aminolevulinico, un precursore biochimico dei componenti dell'emoglobina. I ROS possono danneggiare varie strutture nella cellula e mentre lo fanno, creare ancora più ROS. Inoltre, i ROS sono coinvolti nella segnalazione di morte cellulare e in altre risposte cellulari.

La metilazione del DNA è uno dei meccanismi che regolano l'espressione genica e la regolazione dell'espressione genica è una delle basi della differenziazione cellulare. È stato dimostrato che l'esposizione al piombo provoca l'alterazione della metilazione del DNA, che a sua volta è associata all'inibizione della differenziazione delle NSC. Attraverso meccanismi che non sono ancora noti, il piombo provoca cambiamenti nei pattern di metilazione vicini a geni fortemente associati alla differenziazione neuronale.

Le cellule non rimangono passive durante questi processi. Come altre cellule, le NSC hanno un meccanismo mediante il quale contrastano molti di questi eventi dannosi. Una delle indagini più recenti ha studiato il processo che coinvolge la proteina Nrf2.

Nrf2 è stato direttamente collegato al meccanismo protettivo di NSC contro lo stress ossidativo causato dall'esposizione al piombo. Nrf2 è associato alla proteina KEAP1 nel citoplasma. Quando i livelli di ROS aumentano, Nrf2 si separa dal KEAP1, migra al nucleo e si lega a specifiche regioni del DNA chiamate elementi di risposta antiossidante (ARE).Al legame con Nrf2, le ARE attivano l'espressione dei suoi geni bersaglio che codificano per diverse proteine ​​responsabili della disintossicazione dei ROS cellulari.

Inoltre, è stato recentemente identificato un nuovo target Nrf2, la proteina SPP1. SPP1 ha un significato particolare nella lesione del NSC perché è stato associato a proprietà neuroprotettive attraverso studi in vitro e attraverso l'associazione di mutazioni nella sua sequenza genica codificante con malattie neurologiche. Questi effetti sono il risultato del meccanismo di segnalazione che coinvolge un processo anti-apoptotico e pro-proliferativo. Il processo si traduce in risposte compensatorie all'inibizione principale della proliferazione delle NSC. Di conseguenza, SPP1 è stato proposto come mediatore protettivo della neurotossicità nell'esposizione al piombo.

Molte malattie derivano da un danno cellulare eccessivo a cui le cellule non sono in grado di adattarsi. Questo è il caso delle NSC in cui i processi di sviluppo neurologico essenziali possono essere alterati dalla tossicità del piombo. Sebbene le NSC siano dotate di meccanismi protettivi, spesso non sono abbastanza potenti da contrastare le influenze ambientali dannose. In questi casi, si verificano le alterazioni dell'embriogenesi, proliferazione e differenziazione neurale. I cambiamenti specifici che portano a particolari manifestazioni neurologiche devono ancora essere studiati in dettaglio.

La nostra migliore comprensione dell'effetto dannoso del piombo sul neurosviluppo prenatale richiede una maggiore attenzione per evitare l'esposizione delle future madri a questo elemento tossico. Si ritiene che milioni di donne incinte in tutto il mondo siano regolarmente esposte ad alte concentrazioni di piombo nel cibo e nell'acqua potabile. Ciò spesso influisce sulla salute delle giovani generazioni in molti paesi del mondo.

Riferimenti

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Questo articolo è apparso originariamente sul premiato blog sulla salute e la scienza e sulla comunità a tema cerebrale, BrainBlogger: How Prenatal Lead Exposure Results in Neurodevelopmental Disorders.