Efeitos citotóxicos, genotóxicos e epigenéticos do Bisfenol A em células HL-60, MCF-7 e em ratos

• Main Author: André Luiz Teroso Ribeiro
• Other Authors: Ana Paula de Melo Loureiro
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2015
• Subjects: Adutos de DNA; Bisfenol A; Diabetes; HL-60; MCF-7; Biphenol A; DNA Adducts; Hl-60
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/9/9141/tde-05022016-114931/

Bisfenol A (BPA) é um insumo largamente utilizado na produção de plástico policarbonato e amplamente difundido no meio ambiente, levando o ser humano à exposição crônica desde o período intrauterino. A literatura aponta a possibilidade de BPA aumentar o risco de diversos tipos de câncer, mas são necessários estudos que possibilitem o entendimento de mecanismos pelos quais isso pode ocorrer. Neste trabalho foram investigados os efeitos do BPA ou nitro-BPA em células HL-60, MCF-7 e tecidos de ratos. Células HL-60 foram expostas ao BPA ou nitro-BPA nas concentrações de 25, 100 e 250 µM (0,1 % DMSO v/v) por 2, 24 ou 48 horas na presença ou ausência de H2O2 (40 nmol/5 x 104 células). Células MCF-7 foram expostas da mesma forma, sem o uso de H2O2, mas na presença e ausência de agonista (PCB) de receptor Ah. Ratos Sprague-Dawley machos receberam BPA diariamente ao longo de 4 semanas (50 mg/kg de peso corpóreo) por gavagem, na vigência e ausência de diabetes, com subsequente coleta de urina, fígado, rins, medula óssea e sangue. Nos experimentos com as células, a viabilidade, ciclo celular, fragmentação do DNA e a produção intracelular de espécies reativas de oxigênio (ROs) foram avaliadas por citometria de fluxo, a atividade da cadeia respiratória mitocondrial pelo ensaio do XTT, e a atividade de MPO de células HL-60 por ensaio de fluorescência, bem como a produção de •NO. A metilação e hidroximetilação global do DNA e os adutos 8-oxodG, CEdG, 1,N6-εdA, 1,N2-εdG e BPA-Gua no DNA das células, tecidos, meio de cultura e urina foram analisados por HPLC-ESI-MS/MS. O hemograma e mielograma dos animais foram obtidos no Laboratório de Hematologia Experimental da FCF USP. Observou-se que tanto BPA quanto nitro-BPA induziram a geração de ROS em células HL-60 logo após 2h de incubação. BPA levou subsequentemente à perda de atividade da cadeia respiratória mitocondrial, aumento da permeabilidade da membrana plasmática, fragmentação do DNA, parada na fase G2/M do ciclo celular e hipermetilação acompanhada de hipohidroximetilação global do DNA. A citotoxicidade induzida pelas mesmas concentrações de nitro-BPA em células HL-60 foi menos pronunciada, sem perda de atividade da cadeia respiratória mitocondrial, com pouca fragmentação do DNA, mas com parada na fase G0/G1 do ciclo celular e indução de hipohidroximetilação global do DNA na presença de H2O2. Não foi observada a indução de adutos de DNA nas células HL-60 incubadas com BPA, mas sim de CEdG nas células incubadas com nitro-BPA. Os dados obtidos a partir da exposição das células HL-60 a BPA e nitro-BPA nos indicam que as duas moléculas provocam alterações metabólicas distintas nesse tipo celular, independentes da via estrogênica, que levam a alterações predominantemente epigenéticas (BPA) ou genéticas e epigenéticas (nitro-BPA), que podem ter consequências fenotípicas, como progressão maligna, que precisam ser investigadas. Foi observado que as células MCF-7 são mais resistentes que as células HL-60 à citotoxicidade induzida por BPA e nitro-BPA. Como resultado da exposição das células MCF-7 a BPA, houve pequeno aumento da permeabilidade da membrana plasmática (250 µM), indução dos níveis de ROS após 24 h (25 µM) e aumento da população de células em sub G1, ou seja, com DNA fragmentado (100 µM e 250 µM), mas sem alteração do ciclo celular. No caso de nitro-BPA, foi observada parada do ciclo celular em G2/M (25 µM, 100 µM e 250 µM), assim como aumento de permeabilidade da membrana plasmática após 24 h de incubação (25 µM, 250 µM), sem indução de ROS ou aumento de células em sub G1. Entretanto, observou-se aumento dos níveis de CEdG e 8-oxodG no DNA das células incubadas com BPA (100 µM, 250 µM) sem a ativação prévia de receptores Ah. A ativação dos receptores Ah com PCB levou a menor aumento do nível das lesões após as incubações com BPA. A maior resistência das células MCF-7 aos efeitos citotóxicos do BPA está provavelmente relacionada à ação estrogênica desse xenobiótico. A sinalização estrogênica juntamente com o aumento dos níveis de lesões no DNA aumenta a chance de mutações e de transformação maligna. Nas células com ativação do receptor Ah, BPA levou ainda ao aumento da hidroximetilação global, sem alteração da metilação global do DNA. Os animais não diabéticos expostos ao BPA apresentaram quantidades diminuídas de promielócitos, blastos e bastonetes na medula óssea (aplasia medular), sem alteração no hemograma. Houve aumento dos níveis de CEdG no fígado, da metilação e hidroximetilação global do DNA hepático, e não foi observada alteração das marcas epigenéticas e adutos de DNA no rim ou na urina. Os animais diabéticos expostos ao BPA apresentaram aumento do número de eosinófilos e linfócitos na medula óssea, podendo-se sugerir a indução de um estado inflamatório alérgico, e aumento do número total de hemácias circulantes e do hematócrito. Houve aumento dos níveis de CEdG, da metilação e hidroximetilação global do DNA hepático, aumento dos níveis de 8-oxodG no DNA renal, sem alteração das marcas epigenéticas no rim, e não foi observada alteração dos adutos de DNA na urina. Os dados obtidos apontam para a geração de ROS como uma importante via de cito- e genotoxicidade induzidas por BPA. Sua biotransformação para BPA-3,4- quinona nos modelos utilizados parece ter menor importância para os efeitos, uma vez que não foi detectada a lesão BPA-Gua em nenhuma amostra de DNA, meio de cultura das células ou urina dos animais. Alterações metabólicas induzidas por BPA e ROS podem favorecer as alterações das marcas epigenéticas observadas no DNA das células HL-60, MCF-7 e fígado dos animais. Todas essas alterações podem contribuir para a transformação maligna de células expostas ao BPA. === Bisphenol A (BPA) is a compound widely used in polycarbonate plastic production and widespread in the environment, humans are chronic exposed to BPA in intrauterine period and entire life. The literature suggests the possibility of BPA increase the risk of developing cancers, but studies are required to enable the understanding of mechanisms by which this can occur. HL -60 cells were exposed to BPA or nitro-BPA at concentrations of 25, 100 and 250 uM (0.1% DMSO v/v) for 2, 24 or 48 hours in presence or absence of H2O2 (40 nmol/5x104 cells), MCF-7 cells followed a similar profile of exposure without the use of H2O2, but in presence or absence of Ah agonist receptor (PCB126). Male Sprague-Dawley rats received BPA daily over 4 weeks (50 mg/kg body weight) by gavage in presence and absence of diabetes, with subsequent collection of urine, liver, kidney, bone marrow and circulating blood. The viability, cell cycle, DNA fragmentation and the intracellular production of reactive oxygen species (ROS) was evaluated by flow cytometry, MPO activity and NO production was evaluated by fluorescence assay for HL- 60 cells, mitochondrial activity by XTT assay, and the global DNA methylation was checked by HPLC-PDA. DNA adducts 8-oxodG, CEdG, 1,N6-εdA, 1,N6-εdG and BPA-Gua were quantified by HPLC- ESI-MS/MS in DNA of cells, culture medium, urine and tissue collected from Sprague-Dawley rats. Blood count and bone marrow examination were obtained in collaboration with Experimental Hematology Laboratory of University of Sao Paulo We observed that both BPA and BPANO2 induced ROS generation in HL- 60 cells after 2 hours of incubation. BPA subsequently led to failure of mitochondrial respiratory chain activity, increased permeability of the plasma membrane, DNA fragmentation, arrest in G2/M phase of cell cycle, DNA hypermethylation with global hipohydroxymethylation. We saw low cytotoxicity in HL-60 cells induced by nitro-bpa n the same concentration, without loss of mitochondrial respiratory chain activity, discrete DNA fragmentation, but leading cell cycle to stopping at G0/G1 phase, and induction of DNA global hypermethylation. No lesions were observed in the DNA of HL-60 cells.The results obtained from the exposure of HL-60 cells to BPA and nitro-BPA indicate that these two molecules induce different metabolic abnormalities in this cell line, independent of estrogen pathway, leading to changes in epigenetic (BPA) or genetic and epigenetic (nitro-BPA) profile, that can induce phenotypic consequences such as malignant progression. It was observed along the study that MCF-7 cells are more resistant than HL-60 cells to cell damage induced by BPA and nitro-BPA. As a result of MCF-7 cells exposure to BPA, we saw a slight increase in membrane permeability (250 mM), ROS generation after 24h (25 mM) and increase in cell population in sub G1, so we had DNA fragmentation (100 uM and 250 uM), but with no effect on cell cycle. However, we observed increased levels of CEdG and 8-oxodG on DNA of cells incubated with BPA (100 uM, 250 mM) without prior activation of Ah receptors. The activation of Ah receptors with PCB took a small increase in the level of DNA lesions after incubations with BPA. MCF-7 cells resistance to the cytotoxic effects of BPA is probably related to estrogen action of this compound. Estrogen signaling in addition with the increased levels of DNA damage increases the chance of mutations and malignant transformation. In cells with Ah receptor activation, BPA also led to increased DNA global hydroxymethylation, without changing the global DNA methylation. Nondiabetic animals exposed to BPA had decreased amounts of promyelocytes, blasts and rods in the bone marrow, with any change in blood count. There were an increase of CEdG levels in liver, methylation and global hydroxymethylation on hepatic DNA, and was observed any alteration on epigenetic markers and DNA adducts in kidney or urine. On the other hand diabetic animals exposed to BPA showed increased numbers of eosinophils and lymphocytes in bone marrow, suggesting the induction of an allergic inflammatory state. There were increased levels of CEdG, methylation and global hydroxymethylation on hepatic DNA, increased 8-oxodG levels on kidney DNA without changing epigenetic markers, was not observed DNA adducts in urine. The data obtained indicate that the generation of ROS could be the major route of cytotoxic and genotoxic induced by BPA exposure. BPA biotransformation to BPA-3,4-quinone used in the models seem to have poor effects, since we was not detected BPA-Gua lesion in any DNA sample, culture medium of cells or urine of the animals. Metabolic changes induced by BPA and ROS can enable changes in epigenetic markers observed in the DNA of HL-60 cells, MCF-7 and liver tissue. All these changes may contribute to malignant transformation of cells that were exposed to BPA.