Теоретическая и прикладная экология1995-43012618-840610.25750/1995-4301-2026-1-169-176OtherТканеспецифичная экспрессия генов транспортных белков у обыкновенного карпа (Cyprinus carpio) под воздействием ионов кадмияCd2+-induced tissue-specific expression of genes involved in cellular transportation in Eurasian carp (Cyprinus carpio)ЗолотарёвК. В.ZolotarevK. V.https://orcid.org/0000-0003-0905-0605МихайловА. Н.MikhailovA. N.https://orcid.org/0000-0003-0990-7509МихайловаМ. В.MikhailovaM. V.https://orcid.org/0000-0001-7121-5453НаходВ. И.NakhodV. I.https://orcid.org/0000-0003-2322-4966ЖдановД. Д.ZhdanovD. D.https://orcid.org/0000-0003-4753-7588Institute of Biomedical Chemistry (Moscow, Russia)Научно-исследовательский институт биомедицинской химии (Москва, Россия)Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University) (Moscow, Russia)Российский университет дружбы народов (Москва, Россия)250320261169176http://www.envjournal.ru/ari/v2026/v1/26118.pdf

Cd2+ – катион тяжёлого металла, имеющий как типичные для этого класса токсикантов, так и уникальные токсические свойства по отношению к живым компонентам водных экосистем. Целью исследования является анализ индуцированной Cd2+ экспрессии генов транспортных белков в ряде тканей рыбы и её возможной корреляции с накоплением Cd в тканях. Молодь обыкновенного карпа (Cyprinus carpio) инкубировали в растворе Cd2+ с сублетальной концентрацией для карповых (6,4 мг/л). Был сопоставлен уровень экспрессии генов субъединиц N-метил-D-аспартата (NR2A, NR2B) и белка 1 подсемейства С АТФ-связывающей кассеты (ABCC1) в тканях рыб, подвергавшихся и не подвергавшихся воздействию Cd2+, а также проанализирована степень биоаккумуляции Cd тканями рыб. Экспрессия NR2A в глазах (сосудистая оболочка + сетчатка), накапливавших Cd, усиливалась в 16,6 раз под его воздействием, и достоверно не менялась в мозге, не накапливавшем Cd. Этот эффект может быть обусловлен блокированием кальциевых каналов ионами Cd2+, имеющими очень близкий радиус иона к Ca2+. В результате установлено, что близость радиуса катиона тяжёлого металла к радиусу Ca2+ является основным фактором, определяющим способность катиона необратимо блокировать кальциевые каналы. Экспрессия ABCC1 усиливалась в 2,0 раза в жабрах и достоверно не менялась в печень, при этом обе ткани накапливали Cd в значительной степени. Этот эффект может быть обусловлен попаданием Cd в печень в уже инактивированном виде, а также возможными различиями в механизмах самозащиты от Cd2+ в жабрах и печени рыб.

Cd2+ is a heavy metal cation with some typical for heavy metals as well as unique toxic properties for live components of water ecosystems. The objective of this study was to analyze Cd2+-induced expression of genes of some cellular transportation proteins in several tissues of a fish and its possible correlation with Cd accumulation in tissues. Juvenile Cyprinus carpio were treated with Cd2+ at a preliminarily determinated sublethal concentration for Cyprinidae (6.4 mg/L). The expression of N-methyl-D-aspartate receptor subunit genes (NR2A, NR2B) and ATP-binding cassette subfamily C member 1 gene (ABCC1) was compared between treated and untreated fish. In addition, cadmium accumulation in the fish tissues was assessed. NR2A gene expression was 16.6-fold upregulated by Cd2+ in the eyes (choroid + retina), which accumulated Cd, and was not upregulated in brain, which didn’t accumulate Cd. This may have been caused by the blocking of calcium channels by Cd2+, which has a very similar ionic radius to that of Ca2+. According to the result of the current study, it can be concluded that the similarity of the radius of a heavy metal cation to that of Ca2+ is a major factor contributing to its ability to irreversibly block calcium channels. ABCC1 gene expression was 2.0-fold upregulated in gills and was not upregulated in liver; both tissues accumulated high levels of Cd. This difference may have been caused by the accumulation of predominantly previously inactivated Cd in liver or by some difference in the mechanisms of self-detoxification from Cd2+ in fish gills and liver.

кадмийбиоаккумуляцияNR2Aкальциевые каналыABCC1механизмы самозащитыcadmiumaccumulationNR2Acalcium channelsABCC1self-detoxificationРабота выполнена в рамках темы «Влияние соединений, обладающих геропротективными свойствами, на единичные биомакромолекулы, модельные объекты и организм человека» при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (Соглашение № 075-15-2024-643).1. Javed M., Usmani N. An overview of the adverse effects of heavy metal contamination on fish health // Proc. Natl. Acad. Sci., India, Sect. B: Biol. Sci. 2019. V. 89. P. 389–403. doi: 10.1007/s40011-017-0875-72. An Y.J., Kampbell D.H. Total, dissolved, and bioavailable metals at Lake Texoma marinas // Environ. Pollut. 2003. V. 122. No. 2. P. 253–259. doi: 10.1016/s0269-7491(02)00291-93. Thomson E.A., Luoma S.N., Johansson C.E., Cain D.J. Comparison of sediments and organisms in identifying sources of biologically available trace metal contamination // Water Res. 1984. V. 18. No. 6. P. 755–765. doi: 10.1016/0043-1354(84)90172-64. Sandbichler A.M., Höckner M. Cadmium protection strategies – a hidden trade-off? // Int. J. Mol. Sci. 2016. V. 17. No. 1. Article No. 139. doi: 10.3390/ijms170101395. Stohs S.J., Bagchi D., Hassoun E., Bagchi M. Oxidative mechanisms in the toxicity of chromium and cadmium ions // J. Environ. Pathol. Toxicol. Oncol. 2000. V. 19. No. 2. P. 201–213. doi: 10.1615/JEnvironPatholToxicolOncol.v20.i2.106. Valko M., Morris H., Cronin M.T.D. Metals, toxicity and oxidative stress // Curr. Med. Chem. 2005. V. 12. No. 10. P. 1161–1208. doi: 10.2174/09298670537646357. Cull-Candy S., Brickley S., Farrant M. NMDA receptor subunits: diversity, development and disease // Curr. Opin. Neurobiol. 2001. V. 11. No. 3. P. 327–335. doi: 10.1016/s0959-4388(00)00215-48. Traynelis S.F., Burgess M.F., Zheng F., Lyuboslavsky P., Powers J.L. Control of voltage-independent zinc inhibition of NMDA receptors by the NR1 subunit // J. Neurosci. 1998. V. 18. No. 16. P. 6163–6175. doi: 10.1523/JNEUROSCI.18-16-06163.19989. Li F., Tsien J.Z. Memory and the NMDA receptors // N. Engl. J. Med. 2009. V. 361. No. 3. P. 302–303. doi: 10.1056/NEJMcibr090205210. Rios C., Méndez-Armenta M. Cadmium neurotoxicity // Encyclopedia of environmental health / Ed. J.O. Nriagu. Ann Arbor, MI: University of Michigan, School of Public Health, 2019. P. 485–491. doi: 10.1016/B978-0-12-409548-9.11571-411. Toyoda Y., Hagiya Y., Adachi T., Hoshijima K., Kuo M.T., Ishikawa T. MRP class of human ATP binding cassette (ABC) transporters: historical background and new research directions // Xenobiotica. 2008. V. 38. No. 7–8. P. 833–862. doi: 10.1080/0049825070188351412. Keppler D., Cui Y., König J., Leier I., Nies A. Export pumps for anionic conjugates encoded by MRP genes // Adv. Enzyme Regul. 1999. V. 39. No. 1. P. 237–246. doi: 10.1016/s0065-2571(98)00015-613. Long Y., Li Q., Cui Z. Molecular analysis and heavy metal detoxification of ABCC1/MRP1 in zebrafish // Mol. Biol. Rep. 2011. V. 38. No. 3. P. 1703–1711. doi: 10.1007/s11033-010-0283-z14. OECD. Test No. 203: Fish, Acute Toxicity Test. OECD Guidelines for the Testing of Chemicals. Paris: OECD Publishing, 2019. 24 p. doi: 10.1787/9789264069961-en15. Liu P., Wang S., Chang Z., Li L., Xing H., Dong W. Combined toxicity of silica nanoparticles and cadmium chloride on the cardiovascular system of zebrafish (Daniorerio) larvae // Comp. Biochem. Physiol. C: Toxicol. Pharmacol. 2021. V. 239. Article No. 108895. doi: 10.1016/j. cbpc.2020.10889516. Yamamoto T., Arai Y., Seki T. RoHS/ELV directives – measurement of heavy metals using ICP-MS // Agilent ICP-MS Journal. 2005. No. 23. Article No. 2.17. Vasina D.A., Zhdanov D.D., Orlova E.V., Orlova V.S., Pokrovskaya M.V., Aleksandrova S.S., Sokolov N.N. Apoptotic endonuclease EndoG inhibits telomerase activity and induces malignant transformation of human CD4+ T cells // Biochemistry (Mosc.). 2017. V. 82. No. 1. P. 24–37. doi: 10.1134/S000629791701003518. Erickson R.J., Nichols J.W., Cook P.M., Ankley G.T. Bioavailability of chemical contaminants in aquatic systems // The toxicology of fishes / Eds. R.T. Di Giulio, D.E. Hinton. Boca Raton, FL: CRC Press, 2008. P. 9–54. doi: 10.1201/9780203647295.ch219. Cobbina S.J., Mao G., Zhao T., Xu H., Zhang Z., Liu H., Zou Y., Wu X., Yang L. Modulation of N-Methyl-D-Aspartate receptors (NMDAR), Bcl-2 and C-Fos gene expressions on exposure to individual and mixtures of low concentration metals in zebrafish (Danio rerio) // Arch. Environ. Contam. Toxicol. 2017. V. 72. No. 3. P. 418–427. doi: 10.1007/s00244-016-0352-y20. Taylor W.R. Permeation of barium and cadmium through slowly inactivating calcium channels in cat sensory neurons // J. Physiol. 1988. V. 407. No. 1. P. 433–452. doi: 10.1113/jphysiol.1988.sp01742421. Swandulla D., Armstrong C.M. Calcium channel block by cadmium in chicken sensory neurons // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1989. V. 86. No. 5. P. 1736–1740. doi: 10.1073/pnas.86.5.173622. Hinkle P.M., Kinsella P.A., Osterhoudt K.C. Cadmium uptake and toxicity via voltage-sensitive calcium channels // J. Biol. Chem. 1987. V. 262. No. 34. P. 16333–16337. doi: 10.1016/S0021-9258(18)49259-923. Roesijadi G., Unger M.E. Cadmium uptake in gills of the mollusk Crassostrea virginica and inhibition by calcium channel blockers // Aquat. Toxicol. 1993. V. 24. No. 3–4. P. 195–205. doi: 10.1016/0166-445X(93)90071-824. Shannon R.D. Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides // Acta Cryst. 1976. V. A32. P. 751–767. doi: 10.1107/S056773947600155125. Choong G., Liu Y., Templeton D.M. Interplay of calcium and cadmium in mediating cadmium toxicity // Chem. Biol Interact. 2014. V. 211. P. 54–65. doi: 10.1016/j.cbi.2014.01.00726. Ferro J.P., Ferrari L., Eissa B.L. Acute toxicity of cadmium to freshwater fishes and its relationship with body size and respiratory strategy // Comp. Biochem. Physiol. C Toxicol. Pharmacol. 2021. V. 248. Article No. 109109. doi: 10.1016/j.cbpc.2021.10910927. Pekel M., Platt B., Büsselberg D. Mercury (Hg2+) decreases voltage-gated calcium channel currents in rat DRG and Aplysia neurons // Brain Res. 1993. V. 632. No. 1–2. P. 121–126. doi: 10.1016/0006-8993(93)91146-j28. Yin X., Sun J.Z., Mei Y., Guo X., Chen S.L., Wang Z.L., Yang L. Effect of Hg2+ on voltage-dependent calcium channels and intracellular free calcium in trigeminal ganglion neurons of rats // Chinese Journal of Industrial Hygiene and Occupational Diseases. 2008. V. 26. No. 9. P. 542–545 (in Chinese).29. Mohammadi S., Gholamin M., Mohammadi M., Mansouri A., Mahmoodian R., Attari S., Kebriaei S.M., Zibaei B., Roshanaei M., Daneshvar F., Khandehro M., Khodadadegan M.A., Delshad A., Mohammadzadeh F., Peyvandi M., Ghayour-Mobarhan M., Tavallaie S., Boroumand-Noughabi S., Ferns G.A.A. Down-regulation of CatSper 1 and CatSper 2 genes by lead and mercury // Environ. Toxicol. Pharmacol. 2018. V. 59. P. 82–86. doi: 10.1016/j.etap.2018.03.00730. Olkova A.S., Sysolyatina M.A. Sources, toxicity and bioaccumulation of rare earths in the environment: review // Theoretical and Applied Ecology. 2024. No. 1. P. 19–30 (in Russian). doi: 10.25750/1995-4301-2024-1-019-030