Οι ανησυχητικές διαστάσεις που έχει λάβει τα τελευταία χρόνια η περιβαλλοντική ρύπανση και ιδιαίτερα η ρύπανση του θαλάσσιου περιβάλλοντος, καθιστούν επιτακτική την ανάγκη εύρεσης και εγκαθίδρυσης νέων βιοδεικτών που μπορούν να συμβάλουν δραστικά στην έγκαιρη αναγνώριση της κατάστασης της υγείας του θαλάσσιου οικοσυστήματος και συνεπώς στη λήψη βελτιωτικών μέτρων για την αποκατάστασή του. Κυρίαρχο ρόλο ανάμεσα στους θαλάσσιους ρύπους κατέχουν τα βαρέα μέταλλα, τα οποία λόγω της ικανότητάς τους να επάγουν ή να προκαλούν οξειδωτικό στρες μπορούν να προκαλέσουν σημαντικές, ακόμη και θανατογόνες βλάβες στους θαλάσσιους οργανισμούς. Η έκθεση σε μέταλλα προκαλεί την απορρύθμιση πολλών κυτταρικών διαδικασιών και κυρίως αυτών που διεξάγονται από μακρομοριακά σύμπλοκα, όπως η μεταφραστική μηχανή, τα οποία είναι ιδιαίτερα ευαίσθητα σε συνθήκες stress. Οι αλλαγές που προκαλούνται από το κυτταρικό stress στη διαδικασία της μετάφρασης καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα αποκρίσεων, που μπορεί να περιλαμβάνει μείωση της ολικής μετάφρασης ή αύξηση της μετάφρασης ειδικών mRNAs.
Ένας αποτελεσματικός τρόπος εκτίμησης των μεταφραστικών αποκρίσεων ενός οργανισμού στο περιβαλλοντικό stress είναι ο προσδιορισμός του μεταφραστικά ενεργού ριβοσωματικού κλάσματος των πολυσωμάτων. Επίσης, καθώς ρυθμιστικά γεγονότα μπορεί να συμβούν σε οποιοδήποτε βήμα της μετάφρασης, έγινε μία σειρά πειραμάτων, που αφορούν στον έλεγχο της μεταφραστικής λειτουργίας του μυδιού Mytilus galloprovincialis, οργανισμού που χρησιμοποιείται συχνά ως βιομάρτυρας, σε εργαστηριακές συνθήκες, υπό την επίδραση τριών μετάλλων, του υδραργύρου, του χαλκού και του καδμίου. Για την εκτίμηση της κατάστασης της υγείας των εκτεθειμένων μυδιών έγινε προσδιορισμός ορισμένων κλασικών, ευρέως χρησιμοποιούμενων βιοδεικτών, καθώς και βιοδεικτών οξειδωτικού στρες. Ο έλεγχος των μεταφραστικών αποκρίσεων των εκτεθειμένων μυδιών περιλάμβανε εκτίμηση του ποσοστού πολυσωμάτων και προσδιορισμό της επίδρασης των μετάλλων τόσο στο προπαρασκευαστικό στάδιο της μετάφρασης, δηλαδή την αμινοακυλίωση των υποστρωμάτων, όσο και στα τρία κύρια στάδια της μετάφρασης, δηλαδή την έναρξη, την επιμήκυνση και τον τερματισμό. Τα δεδομένα της μελέτης αυτής αποκαλύπτουν ότι τόσο ο υδράργυρος, όσο και ο χαλκός προκαλούν το ίδιο πρότυπο αλλαγών στη μεταφραστική λειτουργία των εκτεθειμένων μυδιών, οδηγώντας σε απορρύθμιση όλων των σταδίων και των ενδιάμεσων βημάτων της πρωτεϊνοσύνθεσης. Οι διαταραχές αυτές οφείλονται στο οξειδωτικό στρες που προκαλείται από τα μέταλλα αυτά και στην παράλληλη αδυναμία του συστήματος αντιοξειδωτικής άμυνας των κυττάρων να το αντιμετωπίσει. Η στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων επιβεβαιώνει την αρνητική επίδραση του οξειδωτικού στρες που προκαλείται από τα μέταλλα στη μετάφραση, με μία στατιστικά σημαντική συσχέτιση το ποσοστού πολυσωμάτων με τους βιοδείκτες οξειδωτικού στρες. Από την άλλη, τα αποτελέσματα της έκθεσης των μυδιών στο κάδμιο διαφοροποιούνται σημαντικά. Αρχικά, η έκθεση των μυδιών στο μέταλλο αυτό προκαλεί μία έντονη διαταραχή στην πρωτεϊνοσυνθετική διαδικασία, οφειλόμενη στην πρόκληση οξειδωτικού στρες. Με την πάροδο όμως το χρόνου, τα κύτταρα καταφέρνουν να διεγείρουν τους αντιοξειδωτικούς μηχανισμούς, που σε αυτή την περίπτωση αντιπροσωπεύονται κυρίως από τις μεταλλοθειονίνες, με αποτέλεσμα να καταφέρνουν να ανταπεξέλθουν στη δύσκολες συνθήκες και να αναχαιτίσουν την αρνητική επίδραση του καδμίου, γεγονός που οδηγεί σε ανάκαμψη της μεταφραστικής ικανότητας των μυδιών αυτών, στο τέλος της περιόδου έκθεσης. Το διφασικό προφίλ της επίδρασης του καδμίου αντανακλάται στην έλειψη συσχέτισης μεταξύ του ποσοστού πολυσωμάτων των εκτεθειμένων στο κάδμιο μυδιών και των βιοδεικτών οξειδωτικού στρες αλλά και των λοιπών βιοδεικτών. / The alarming levels of the environmental and especially the marine pollution in recent years constitute an urgent need of finding and establishing new biomarkers which may contribute to the early detection of the health status of the marine ecosystem leading to ameliorating measures towards its restoration. Heavy metals, which are capable of causing severe or even leathal defects to marine organisms, through their ability to induce or produce oxidative stress, posess a leading role among the marine pollutants. Exporure to heavy metals may cause the deregulation of many cellular processeses, mainly of those that are carried out by macromolecular complexes, such as the translational machinery, which are particularly sensitive to stress conditions. The alterations induced by the cellular stress in the translation may cover a broad range of responses, including a decline of the global translation or an increase of the translation of certain mRNAs. An effective way to reveal translational responses of an organism to environmetal stress is the evaluation of the translationally active ribosomal fraction of polysomes. Moreover, considering the fact that regulatory events may occur at any step of the translational process, a set of experiments was carried out, concerning the examination of the translational function of the mussel Mytilus galloprovindialis, which is commonly used as a bioindicator, in laboratory conditions, under the influence of three metals, mercury, copper and cadmium. In order to evaluate the health condition of the exposed mussels, a battery of standard biomarkers was applied, including biomarkers of oxidative stress. The determination of the translational responses of the treated mussels included measurement of the polysome content and assessment of the metal effect on the preparative stage of protein synthesis, the aminacylation of the substrates, as well as on the three main stages of translation, that is the initiation, the elongation and the termination.
The data of the study reveal that mercury as well as copper cause the same patern of alterations in the translational function of the exposed mussels, leading to a deregulation of every stage and intermediate step of protein synthesis. These perturbations are a consequence of the metal induced oxidative stress, followed by a failure of the antioxidant defense system to confront it. Statistical analysis of the results confirms the negative effect of the metals on the translation, with a statistically important correlation of the polysome content with the oxidative stress biomarkers. On the other hand, the results of the cadmium exposed mussels follow a different pattern. First, the exposure of mussels to the metal causes a severe perturbation of the translational process, due to the oxidative stress induction. Finally, cells stimulate antioxidant mechanisms, in this case represented by metallotheioneins, managing to cope with the difficult conditions and to block the negative effect of cadmium, which leads to a restoration of the translational capacity of the mussels, at the end of the exposure period.The two-phase profile of the cadmium effect is reflected on the absence of statistical correlation between the polysomal content and biomarkers of oxidative stress, as well as other biomarkers.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upatras.gr/oai:nemertes:10889/5764 |
| Date | 31 January 2013 |
| Creators | Πυθαροπούλου, Σοφία |
| Contributors | Καλπαξής, Δημήτριος, Pytharopoulou, Sofia, Καλπαξής, Δημήτριος, Ντίνος, Γεώργιος, Λεοτσινίδης, Μιχαήλ, Δραΐνας, Διονύσιος, Γεωργίου, Χρήστος, Νταϊλιάνης, Στέφανος, Κουγιανού-Κουτσούκου, Σοφία |
| Source Sets | University of Patras |
| Language | gr |
| Detected Language | Greek |
| Type | Thesis |
| Rights | 0 |
| Relation | Η ΒΚΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. |
Page generated in 0.0036 seconds