Contaminazione ed esposizione ambientale

I BIOMARCATORI MOLECOLARI

Diversi studi epidemiologici e sperimentazioni in vivo ed in vitro hanno permesso di definire come le noxa di alcune patologie siano riferibili all’esposizione a xenobiotici presenti nell’ambiente. La prevenzione degli effetti di tale esposizione ambientale o occupazionale costituisce uno dei principali obiettivi della tossicologia poichè rappresenta un importante problema di sanità pubblica.

Le modalità di azione con cui gli xenobiotici alterano l’omeostasi di un organismo sono diverse e specifiche a seconda delle caratteristiche strutturali e della dose. Ad esempio, la 2,3,7,8-tetraclorodibenzo-p-diossina (TCDD) può aumentare la frequenza di una specifica traslocazione genica associata al linfoma follicolare non-Hodgkin, alcuni composti (policlorobifenili (PCB), polibromobifenili (PBB), dibenzofurani policlorurati (PCDF, diossine), definiti come interferenti endocrini interferiscono in modo sinergico o antagonista sia con il metabolismo, sia con la sintesi e l’azione di ormoni naturali (estrogeni, androgeni, ecc) coinvolti nella regolazione dei processi riproduttivi e dello sviluppo. Anche l’esposizione ad alcuni metalli come arsenico, cromo e nichel può comportare una serie di modificazioni riscontrabili a diversi livelli strutturali e molecolari della catena di DNA, funzionali, alterazioni metaboliche come l’induzione del diabete nel caso del cadmio determinato da un’intensificazione dei processi di riparazione del DNA causato dall’azione genotossica del cadmio stesso.

In particolare, l’esposizione all'arsenico e ai suoi metaboliti è responsabile dell'insorgenza di patologie quali l'aterosclerosi, il diabete e il cancro (Beni C. et al., Agrochimica 2008; Chen CJ et al. Hypertension 1995; Chiou HY et al. Cancer Res. 1995) nonche' tumori della pelle, polmone, vescica e altri organi (National Research Council 1999). E' stato osservato che nelle acque potabili (di rete e di falda) di alcune regioni (Lazio e Campania) l'arsenico e' presente a concentrazioni più elevate di quelle fissate per legge (10 μg/L) (Beni C. et al., Agrochimica 2008).

La comprensione a livello molecolare dei meccanismi attraverso i quali l’esposizione all’arsenico determini le patologie sopra citate è ancora frammentaria. In questo contesto è interessante esaminare il possibile ruolo di una classe di RNA recentemente scoperta e coinvolta in molteplici processi cellulari, i microRNA (miRNA).

I miRNA sono piccole molecole di RNA che non codificano per alcuna proteina (ncRNA) bensì regolano l’espressione genica di RNA messaggeri (mRNA). I miRNA modulano l’espressione genica legandosi mediante appaiamento di basi a sequenze parzialmente complementari nella porzione del 3’ non tradotto (3’UTR) del relativo mRNA bersaglio. Generalmente una caratteristica importante ai fini dell’efficacia dell’interazione tra il miRNA e il suo mRNA bersaglio sembra essere una perfetta complementarità della sequenza di legame al 3’UTR con le basi da 2 a 7 della sequenza del miRNA maturo (seed). Dopo essere stati sottoposti a maturazione nel nucleo, i miRNA vengono trasportati nel citoplasma e incorporati in un complesso effettore, dotato di attività biologica, che prende il nome di miRISC (miRNA-containing RNA-Induced Silencing Complex). Una volta legato al proprio mRNA bersaglio, il miRISC ne può sia guidare la degradazione, nel caso di appaiamento pressoché perfetto con il miRNA, sia bloccarne la traduzione, nel caso in cui tale appaiamento sia invece parziale (Bartel DP. Cell 2004).

I miRNA sono importanti per la regolazione di una serie di processi biologici fondamentali per la cellula, tra cui la proliferazione, il differenziamento e l’apoptosi. Dato il loro coinvolgimento in molti dei processi chiave che regolano l’omeostasi cellulare, alterazioni dell’espressione di miRNA possono determinare condizioni patologiche anche gravi; coerentemente sono stati identificati miRNA che agiscono come oncosoppressori o oncogeni (Bartel DP. et al. Nat Rev Genet 2004). I profili di espressione dei miRNA sono alterati nella maggior parte dei tumori umani ed è stato evidenziato come tali profili possano avere un valore sia diagnostico che prognostico (Croce CM. and Calin GA., Cell 2005; Zhang L. et al., PNAS 2006; Fulci V. et al. Blood 2007).

Per contribuire a chiarire i meccanismi molecolari coinvolti nell’insorgenza delle patologie correlate all’esposizione all’Arsenico, è interessante verificare se le conseguenze dell’esposizione all’arsenico possano essere mediate da una alterazione dei livelli di espressione dei miRNA.

L’identificazione di miRNA, attraverso studi in vitro, la cui espressione sia direttamente o indirettamente influenzata dalle sostanze tossiche, potrebbe permettere di definire futuri biomarkers.

In una valutazione di rischio espositivo e di analisi di prevenzione è importante non tralasciare la significativa variabilità individuale rappresentata dai polimorfismi genetici, intesa come presenza di varianti allelliche a livello fenotipico in geni codificanti enzimi coinvolti nel metabolismo. Tali varianti alleliche possono portare a proteine con una maggiore o minore attività funzionale, o all’espressione ridotta o addirittura assente della proteina. Questi geni di suscettibilità non sono di per sè né necessari né sufficienti a causare una malattia, come avviene per i geni coinvolti in malattie ereditarie (fibrosi cistica, fenilchetonuria), tuttavia sono in grado di modificare il livello di rischio per un effetto avverso, quando vi sia l’appropriata esposizione ad agenti tossici. Le mutazioni genetiche, solitamente singole sostituzioni di nucleotidi (single nucleotide polymorphisms, SNP), vengono identificate e messe in relazione a possibili risposte anomale in seguito ad esposizione ad un contaminante ambientale o sostanza tossica.

I maggiori progressi si sono avuti finora nello studio dei polimorfismi presenti nei geni che codificano per gli enzimi coinvolti nel metabolismo di xenobiotici e di farmaci come il glutatione transferasi omega 1, la metiltransferasi e la metilentetraidrofolato reduttasi per la metabolizzazione dell’arsenico.

Negli ultimi anni l’epidemiologia molecolare è stata proposta come un efficace strumento per la comprensione e la prevenzione del rischio patogeno associato all’esposizione a composti chimici. In questo ambito, i biomarcatori di effetto rivestono un ruolo di importante, poiché sono in grado di identificare la conseguenza biologica a livello del DNA dell’azione lesiva delle sostanze tossiche, e quindi le alterazioni genetiche che contribuiscono all’induzione della patogenesi con una particolare attenzione alle differenze tra individui (suscettibilità individuale) in geni correlati a processi di attivazione-detossificazione metabolica, o nei meccanismi di riparazione del DNA. Tuttavia diverse osservazioni supportano l’impiego dei biomarcatori di suscettibilità per una più corretta stima del rischio cancerogeno derivante da esposizione ad agenti tossici ambientali. Di conseguenza, la realizzazione di strategie d’intervento, che vedono la valutazione comparativa di biomarcatori di effetto e di suscettibilità nella stessa popolazione per la valutazione complessiva degli effetti tossici che possono essere indotti da un’esposizione ambientale ed occupazionale a xenobiotici, costituisce attualmente uno dei più efficaci ed innovativi strumenti di prevenzione.

A tal proposito gli studi tossicologici sono attualmente indirizzati all’identificazione di quei polimorfismi che predispongono a una maggiore o minore suscettibilità individuale ai tossici e dei cambiamenti genetici che possono essere associati a specifiche patologie ed alla identificazione di biomarcatori molecolari che permettano di studiare le interazioni complesse gene-ambiente, i pathways coinvolti nella risposta biologica e i networks di interazioni alterati da specifici agenti tossici. Tutto ciò al fine di ottenere informazioni sensibili, rapide e predittive, il superamento di alcuni limiti dei test tossicologici tradizionali che forniscono informazioni parziali sia sui meccanismi di azione dei tossici, sia in merito alla risposta biologica e poter sviluppare strategie per ridurre la probabilità di insorgenza di malattie negli individui suscettibili, limitando la loro esposizione a quei fattori che agiscono sui geni coinvolti.

https://www.inail.it/cs/internet/attivita/ricerca-e-tecnologia/area-sicurezza-sul-lavoro/biotecnologie/settore-agroalimentare.html

Pubblicazioni

  • E. Sturchio, MG Berardinelli, P. Boccia, M. Zanellato, S.Gioiosa, 2020: MicroRNAs diagnostic and prognostic value as predictive markers for malignant mesothelioma, Archives of Environmental & Occupational Health, DOI:10.1080/19338244.2020.1747966. IF 1.180
  • E. Sturchio, M. Zanellato, P. Boccia, C. Meconi, S. Gioiosa: Chapter Nutritional toxicology: “Arsenic and microRNA expression” The Handbook of Nutrition, Diet and Epigenetics, ISBN 978-3-319-59052-3, Springer (2019).
  • E. Sturchio, T. Colombo, P. Boccia, N. Carucci, C. Meconi, C. Minoia, G. Macino: “Arsenic exposure triggers a shift in microRNA expression” Science of Total Environment, 472 (2014) 672-680.1.
  • E. Sturchio, M. Zanellato, C. Minoia and E. Bemporad: “Arsenic: Environmental Contamination and Exposure” Capitolo 5791 del libro “Arsenic: Sources, Environmental Impact, Toxicity and Human Health - A Medical Geology Perspective”. Nova Publisher 2013
  • E. J. Mrema, F. M. Rubino, S. Mandic-Rajcevic, R. Turci, A. Osculati, G. Brambilla, E. Sturchio, C. Minoia, C. Colosio: “Exposure to priority organo-chlorine contaminants in the Italian general population. Part 2. Fifteen priority polychlorinated biphenyl  congeners (PCBs) in bood serum”. Human & Experimental Toxicology 15 Jul 2013.DOI: 10.1177/0960327113485255 IF 1.11
  • E. J. Mrema, F. M. Rubino,S. Mandic-Rajcevic, E. Sturchio, R. Turci, A. Osculati, G. Brambilla, C. Minoia, C. Colosio: “Exposure to priority organo-chlorine contaminants in the Italian general population. Part 1. Eight priority organochlorinated pesticides (OCPs) in bood serum” Human & Experimental Toxicology 15 Jul 2013. DOI:10.1177/0960327113485256. IF 1.11
  • P. Boccia, C. Meconi, M. Mecozzi , E. Sturchio: “Molecular modifications induced by iAs in Vicia faba investigated by FTIR, FTNIR spectroscopy and genotoxicity tests”. Journal of Toxicology and Environmental Health, Part A, Vol. 76, Issue 4-5; 281-290, 2013. DOI:10.1080/15287394.2013.757211. 
  • B. Ficociello, C. Minoia, E. Sturchio: “A key role of microRNAs as early biomarkers in mesotelioma” Review Article J Environ Occup Sci. 2013; 2(2): DOI: 10.5455/jeos.20130809110116.
  • E. Sturchio, P. Napolitano, C. Meconi, M. Mecozzi: “Evaluation of arsenic effects in Vicia faba by FTIR and FTNIR spectroscopy”. Global NEST Journal, Vol 14, No 1, pp 84-90, 2012.
  • C. Beni,S. Marconi,P. Boccia,A. Ciampa, G. Diana, R. Aromolo, E. Sturchio, U. Neri, P.o Sequi,M. Valentini “Use of Arsenic Contaminated Irrigation Water for Lettuce Cropping: Effects on Soil, Groundwater, and Vegetal has now been published in the following paginated issue of Biological Trace Element. Research: Volume 143, Issue 1 (2011), Page 518-529.
  • E. Sturchio, P. Boccia, C. Meconi, M. Zanellato, S. Marconi, C. Beni, R. Aromolo, A. Ciampa, M. Valentini: “Methods to investigate arsenic contamination on soil-plant system”. Chemistry and Ecology 2011; 27, NSI, February, 1-12. 
  • P. Boccia, M. Zanellato, C. Meconi, M. Mecozzi, M. Mascini, E. Sturchio: “Relationships among pollutants contents and genotoxicity tests in an italian contaminated area”.  Fresenius Environmental Bulletin, 2009; Vol.18, N° 11a, pp.2224-2233.
  • A. Masotti, L. Da Sacco, G.F Bottazzo, E. Sturchio “Risk assessment of inorganic arsenic pollution on human health” Letter to the editor. Environmental pollution. 2009; 157: 1771-1772.
  • R. Turci, E. Sturchio, J. Businaro, L. Casorri, M. Imbriani, C. Minoia: “Interferenti Endocrini - Schede Monografiche: Clorpirifos e Clorpirifos-metile” Ital Med Lav Erg 2011 33:2, 145-184.
  • R. Turci, J. Businaro, C. Minoia, E. Sturchio, B. Ficociello, S. Signorini, C. Colosio, M. Imbriani: “Interferenti endocrini. Schede monografiche N. 5 DDT, DDE e DDD” Ital Med Lav Erg 2010; 32:2 Aprile-Giugno 2010 ISSN 1592-7830.
  • R. Turci, C. Minoia, E. Leoni, E. Sturchio, P. Boccia, C. Meconi, M. Zanellato, S. Signorini, I. Benzoni, A. Mantovani, C. La Rocca, F. Bianchi, M. Imbriani: “Interferenti endocrini. Schede monografiche N. 4 PCDD: policlorodibenzo-p-diossine. Ital Med Lav Erg. 2009; 31:4, 325-70. ISSN 1592-7830.
  • E. Sturchio, C. Minoia, M. Zanellato, A. Masotti, E. Leoni, C. Sottani, G. Biamonti, A. Ronchi, L. Casorri, S. Signorini, M. Imbriani: “Interferenti endocrini. Schede monografiche N. 3 Arsenico” Ital Med Lav Erg 2009; 31:1, 05-32. ISSN 1592-7830.

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