Le cellule staminali embrionali e I loro cardiomiociti differenziati: un modello di studio della tossicità indotta da interferenti endocrini

Developmental life is a very sensitive time window of the new organism, including our species, during which both maternal and external environment can profoundly influence its fate and long-term health. The work done during my PhD was focused on the study of the alterations induced by three endocrine disruptors (ED) on different stages of embryonic development. The need for these studies is given by the fact that the EDs have been recognized by the Endocrine Society and by the WHO / UNEP (2012) as a global problem for public health. In fact, epidemiological studies suggest a strong link between ED exposure during fetal / postnatal development and the onset of diseases in young individuals. In particular, in utero exposure to Arsenic or Aroclor 1245 (two pollutants spread throughout the world) is related to the onset of heart disease. However, to date, their effects on fetal / neonatal cardiomyocytes at the cellular and physiological level are little known. Using a cardiac differentiation platform from embryonic stem cells (ESCs) to obtain fetal / neonatal cardiomyocytes, the main objective of my project was to investigate: 1. the contractile properties, the structure of the sarcomere and the expression and localization of the connexins of the cardiac syncytia exposed to the ATO; 2. the mechanism of Calcium induced Calcium release (Ca2+ toolkit) which regulates the contraction in cardiomyocytes exposed to Aroclor 1254. Additionally, in the frame of a study aiming at assessing the effects of α-Cypermethrin (α-CYP) on terminally differentiated and undifferentiated embryonic cell lines, ESCs were used as model of the inner cell mass, a group of cells transiently present in the pre-implantation mammalian blastocyst, that will give rise to the foetus and to some extra-embryonic tissue. In this study ESCs were exposed to α-Cypermethrin (α-CYP), a planetary used organic pesticide known to induce foetal death and birth defects in many species, to determine whether and to which extent CYP affects cell growth, determines cell death, ROS production and which detoxification response it induces.

Il momento dello sviluppo è una finestra temporale molto sensibile del nuovo organismo, comprese le nostre specie, durante la quale sia l'ambiente materno che quello esterno possono influenzare profondamente il suo destino e la salute a lungo termine. Il lavoro svolto durante il mio dottorato di ricerca si è focalizzato sullo studio delle alterazioni indotte da tre interferenti endocrini (ED) su stadi differenti dello sviluppo embrionale. La necessità di questi studi è data dal fatto che gli ED sono stati riconosciuti dalla Endocrine Society e dall'OMS/UNEP (2012) come un problema globale per la salute pubblica. Studi epidemiologici suggeriscono infatti un forte legame tra l'esposizione agli ED durante lo sviluppo fetale/postnatale e l'insorgenza di patologie in individui giovani. In particolare, l'esposizione in utero ad Arsenico o Aroclor 1245 (due inquinanti diffusi in tutto il mondo) è correlata all'insorgenza di patologie cardiache. Tuttavia, ad oggi, i loro effetti sui cardiomiociti fetali/neonatali a livello cellulare e fisiologico sono poco noti. Utilizzando una piattaforma di differenziamento cardiaca a partire da cellule staminali embrionali (ESCs) per ottenere cardiomiociti fetali/neonatali, l'obiettivo principale del mio progetto è stato quella di indagare: 1. le proprietà contrattili, la struttura del sarcomero e l'espressione e la localizzazione delle connessine dei sincizi cardiaci esposti all'ATO; 2. il meccanismo di Calcium-induced Calcium-release (Ca2+ toolkit) che regola la contrazione in cardiomiociti esposti ad Aroclor 1254. Inoltre, nell'ambito di uno studio volto a valutare gli effetti dell'α-Cypermethrin (α-CYP) sulle linee cellulari embrionali differenziate e indifferenziate, le ESCs sono state utilizzate come modello della massa cellulare interna, un gruppo di cellule transitoriamente presenti nella blastocisti di mammiferi preimpianto, che darà origine al feto e ad alcuni tessuti extra-embrionali. Le ESCs sono state esposte alla α-CYP, un pesticida noto per indurre difetti alla nascita in molte specie, al fine di determinare se e in che misura essa influenza la crescita cellulare, determina la morte cellulare e la produzione di ROS e quale risposta di detossificazione induce.