uu.seUppsala University Publications
Change search
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link
Neurotoxicity in mice after exposure during early brain development: A study of insecticides chlorpyrifos and cypermethrin
Uppsala University, Disciplinary Domain of Science and Technology, Biology, Biology Education Centre.
2016 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 30 credits / 45 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

Humans are continuously exposed to chemicals in the environment. Some chemicals can be found in human adipose tissue and milk, exposing embryos, fetuses and neonates via the mother. During early development, the organs, the brain and the spinal cord are formed, which at certain critical periods are extra susceptible to xenobiotics. A critical period for the brain is the so-called “brain growth spurt” (BGS), which for humans start during the third trimester and continues for the first two years of life, peaking around birth. In mice the process is neonatal, continuing for the first 3-4 weeks of life, peaking at postnatal day (PND) 10. During BGS the brain grows in size to its adult structure, and there is a high development and proliferation rate of glial cells, neurite outgrowth, dendritic arborization, synaptogenesis and myelination. In the present study, male neonatal mice were given a single oral dose of insecticides (organic pollutants) 10.0 mg/kg BW chlorpyrifos, 0.5 mg/kg BW cypermethrin, or the combination exposure 10.0 mg/kg BW chlorpyrifos + 0.5 mg/kg BW cypermethrin at PND10, in order to investigate if the neonatal exposure would alter the levels of six neuroproteins in the neonatal brain, in the adult brain, and if the combined exposure would cause an interaction. 24 hours or 4 months after exposure the mice were sacrificed, and the neuroprotein levels were analyzed in cerebral cortex and hippocampus. Results showed a significant increase (p ≤ 0.05) in five out of six neuroproteins in the neonatal cerebral cortex (CaMKII, GAP43, GluR1, PSD-95 and tau), and in three out of six neuroproteins in the adult cerebral cortex (GluR1, synaptophysin and tau). Certain effects were transient, probably due to the brain’s own coping mechanisms, while others were permanent and possibly too severe to recover from. Some effects were heightened in the adult compared to the neonate, suggesting that a fluctuation in the protein levels was not picked up. For two proteins there might have been a trend towards an interaction. The conclusion of this study is that a single oral exposure to chlorpyrifos, cypermethrin or the combination of the two, during the peak of BGS, can cause developmental neurotoxic effects, manifested as altered levels of certain neuroproteins important for normal brain development and cognition, both in neonates and in adulthood. Both insecticides have previously been tested separately and caused changed neuroprotein levels, as well as behavior and cognitive impairments in adulthood. It is likely to believe that the mice in this study also would have shown the same signs of behavioral anomalies. Lastly, significant neuroprotein level changes, and behavioral impairments have been seen in many previous studies for several persistent organic pollutants (POPs), when mice have been exposed during the same period in early development. This shows that the BGS is a highly susceptible period in brain development, and thus an important period to study. 

Abstract [sv]

Människor exponeras ständigt för kemikalier i miljön, varav vissa kan återfinnas i fettvävnader och mjölk, vilket utsätter embryon, foster och nyfödda barn via modern. Under den tidiga utvecklingen bildas organen, hjärnan och ryggmärgen, och vid vissa kritiska perioder är de extra känsliga mot xenobiotika. En kritisk period för hjärnan är den så kallade “brain growth spurt” (BGS), en tillväxtspurt som för människor börjar under den tredje tremånadsperioden under graviditeten och fortsätter under de första två åren i livet, med sin snabbaste tillväxt runt födseln. Hos möss tar hela processen plats under nyföddhetsperioden, och fortsätter under de första 3-4 veckorna i livet, med sin snabbaste tillväxt omkring 10 dagar efter födseln. Under BGS växer hjärnan i storlek till sin vuxna struktur, och har en hög tillväxt och förökning av glialceller, neuritutväxt, dendritförgrening, synaptogenes och myelinering. I den här studien fick nyfödda hanmöss en oral engångsdos av insekticiderna 10.0 mg/kg BW chlorpyrifos, 0.5 mg/kg BW cypermethrin eller en kombinerad exponering 10.0 mg/kg BW chlorpyrifos + 0.5 mg/kg BW cypermethrin 10 dagar efter födseln, för att undersöka om en exponering under nyföddhetsperioden påverkade nivåerna av sex neuroproteiner i den nyfödda hjärnan, i den vuxna hjärnan och om den kombinerade exponeringen gav en interaktionseffekt. 24 timmar eller 4 månader efter exponeringen avlivades mössen, och neuroproteinnivåerna analyserades i hjärnbarken och i hippocampus. Resultaten visade en signifikant ökning (p ≤ 0.05) hos fem av sex neuroproteiner i den nyfödda hjärnans hjärnbark (CaMKII, GAP43, GluR1, PSD-95 and tau) och hos tre av fem neuroproteiner i den vuxna hjärnans hjärnbark (GluR1, synaptophysin and tau). Vissa effekter var övergående, troligtvis p.g.a. hjärnans egna försvarsmekanismer, medan andra effekter var permanenta och troligtvis för allvarliga för hjärnan att reparera. Vissa effekter blev förhöjda hos de vuxna djuren i förhållande till de nyfödda, vilket tyder på att en fluktuation i proteinnivåerna inte registrerades. Hos två proteiner kan det ha funnits en trend mot en interaktionseffekt. Slutsatsen för den här studien är att en oral engångsdos av insekticiderna chlorpyrifos, cypermethrin eller kombinationen av de två under perioden för hjärnans snabbaste tillväxt, kan ge utvecklingsskador i hjärnan, vilket uppvisas genom förändrade nivåer för vissa proteiner som är viktiga för hjärnans normala utveckling och kognition, både hos nyfödda och vuxna möss. Båda insekticiderna har tidigare testats separat och även då förändrat proteinnivåer, såväl som skadat beteende och kognition hos vuxna djur. Det är därför troligt att även mössen i denna studie också skulle uppvisat liknande tecken på beteendeavvikelser. Slutligen har signifikanta nivåförändringar för neuroproteiner och beteendeavvikelser setts i många tidigare studier för flera andra persistenta organiska ämnen (POPs) när möss har exponerats under samma period i den tidiga utvecklingen. Det visar på att BGS är en väldigt känslig period i hjärnans utveckling och därför en viktig period att studera.

Place, publisher, year, edition, pages
2016. , 41 p.
Keyword [en]
Toxicology, mice, insecticide, cypermethrin, chlorpyrifos, environment, development, brain
Keyword [sv]
Toxikologi, möss, insekticid, bekämpningsmedel, cypermethrin, chlorpyrifos, miljö, utveckling, hjärna
National Category
Natural Sciences Biological Sciences Developmental Biology Pharmacology and Toxicology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:uu:diva-299815OAI: oai:DiVA.org:uu-299815DiVA: diva2:950259
Subject / course
Toxicology
Educational program
Master Programme in Biology
Presentation
2016-06-07, Hörstadius, Evolutionsbiologiskt Centrum EBC, Norbyv. 18A, 752 36 Uppsala, Uppsala, 13:15 (English)
Supervisors
Examiners
Projects
EU research project FP7:282957, DENAMIC
Available from: 2016-09-14 Created: 2016-07-28 Last updated: 2016-09-14Bibliographically approved

Open Access in DiVA

Neurotoxicitet hos möss - Sara Thevall pop.vet.sam.(59 kB)3 downloads
File information
File name POPULARSUMMARY01.pdfFile size 59 kBChecksum SHA-512
fcea278dc93b01c67245c8bc254afcc024eada8c03b2eb758cae6de3c3c22401dfc168cc99c8abcac334112351de8668e99136e1b862c020470f14d3becc24fc
Type popularsummaryMimetype application/pdf
The full text will be freely available from 2020-06-07 13:15
Available from 2020-06-07 13:15

By organisation
Biology Education Centre
Natural SciencesBiological SciencesDevelopmental BiologyPharmacology and Toxicology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 35 hits
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link