Существует значительное количество эндокринных разрушающих соединений (EDC), которые являются одними из самых опасных веществ в нашей окружающей среде. В основном это эстрогенные соединения, которые загрязняют воду из природных ресурсов. Химическое разнообразие веществ, принадлежащих к группе, затрудняет тестирование на их присутствие, поскольку для их обнаружения требуются различные аналитические методы. Основываясь на их химической структуре очень трудно определить, является ли вещество на самом деле в состоянии выступать в качестве эстрогена. Кроме того, эти вещества никогда не присутствуют в чистом виде в окружающей среде, поэтому их последствия могут быть затронуты другими соединениями, слишком1. Эта проблема может быть решена с помощью эффект-обнаружение методов, таких как использование биомониторов / биоиндикатных организмов, которые показывают эстрогенные эффекты2,,3,,4,5.
В последнее время, различные клеточные линии6 и дрожжей на основе тестовых систем2,3 были разработаны для обнаружения эстрогенных эффектов. Тем не менее, они, как правило, только в состоянии обнаружить привязку вещества к рецептору эстрогена2,3. Кроме того, они не в состоянии моделировать сложные физиологические процессы в организме или обнаруживать гормоночувствительные фазы жизненных стадий; таким образом, они часто приводят к ложным результатам.
Известно, что некоторые гены чутко реагируют на эстроген в живых организмах7. Обнаружение генных продуктов методами молекулярной биологии также возможно на уровнепротеинаили мРНК 8 ,9,но обычно включает животную жертву. Законы о защите животных стали более строгими, и растет спрос на альтернативные системы испытаний, которые сводят к минимуму количество и страдания животных, используемых в экспериментах или замены животного модели с другой моделью системы10. С открытием флуоресцентных белков и созданием линий биомаркеров, трансгенные технологии обеспечивают хорошую альтернативу11. С помощью этих линий, активация эстроген-чувствительный ген может быть проверена in vivo.
Среди позвоночных неотябавный потенциал рыбы в оценке экологического риска. Они предлагают много преимуществ перед моделями млекопитающих: будучи водными организмами, они способны поглощать загрязняющие вещества через все их тело, производить большое количество потомства, а некоторые из их видов характеризуются коротким временем поколения. Их эндокринная система и физиологические процессы показывают большое сходство с другими позвоночными и даже с млекопитающими, в том числе людей12.
Также известно несколько генов для выявления эстрогенных эффектов у рыб. Наиболее важными являются рецепторы эстрогена ароматазы-b, чориогенин-H, и вителлогенин (втг)7,13. В последнее время несколько эстроген-производящих биосенсорных линий также были созданы из рыбных моделей, используемых в лаборатории, таких как из зебры(Данио рерио)4,5,14,15,16,17. Основным преимуществом зебры в создании биосенсорных линий является прозрачное тело эмбрионов и личинок, потому что флуоресцентный сигнал репортера можно легко изучить в виво, не жертвуя животным10. В дополнение к защите животных, это также ценная особенность, поскольку она позволяет для изучения реакции одного и того же человека в разное время лечения18.
Эти эксперименты используют vitellogenin репортер трансгенной зебры линии15. Трансгенная конструкция, используемая для разработки Tg (vtg1:mCherry), имеет длинный (3,4 кбп) естественный вителлогенин-1 промоутер. Рецептор эстрогена (ER) является усилитель белка активируется лиганды, который является представителем стероидных / ядерных рецепторов суперсемейства. ER связывается с конкретными последовательностями ДНК, называемыми элементами реакции эстрогена (EREs) с высоким сродством и трансактивирует экспрессию генов в ответ на эстрадиол и другие эстрогенные вещества, поэтому чем больше ERE в промоутере вызывает более сильную реакцию19. Есть 17 ERE сайтов в области промоутера Tg (vtg1:mCherry) трансгена построить, и они, как ожидается, имитировать выражение родного гена vtg15. Существует непрерывное выражение флуоресцентного сигнала у сексуально созревает самок. Однако у мужчин и эмбрионов экспрессия в печени видна только при лечении эстрогенными веществами(рисунок 1).

Рисунок 1: Красный флуоресцентный сигнал в печени vtg1:mЧерри трансгенных взрослых зебры и 5 dpf эмбрионов, после 17-я-эстрадиол (E2) индукции. У самок и у мужчин, обработанных Е2 (25 мкг/л времени воздействия:48hrs) сильная флуоресценция печени видна даже через пигментированную кожу. Нет флуоресцентный сигнал не виден в необработанных мужчин (). После индукции E2 (время экспозиции 50 мкг/л: 0-120 л.с.) можно также наблюдать красный флуоресцентный сигнал в печени 5 эмбрионов dpf, который не виден в контрольных эмбрионах(B). В то время как флуоресцентный сигнал постоянно присутствует у взрослых самок, в первую очередь мужчины и эмбрионы линии подходят для обнаружения эстрогенных эффектов. (BF: яркое поле, mCherry: красный флуоресцентный вид фильтра, однозначные изображения, шкала бар A: 5mm, масштаб бар B: 250 мкм) Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой фигуры.
Как и эндогенный вителлогенин, репортер mCherry выражается только в печени. Поскольку вителлогенин производится только в присутствии эстрогена, нет флуоресцентного сигнала в элементах управления. Потому что выражение только в печени, оценка результатов гораздо проще15.
Чувствительность и удобство использования эмбрионов этой линии были исследованы на различных эстрогенных смеси, а также на экологических образцов15,,20, и в большинстве случаев доза-ответ отношения были задокументированы (Рисунок 2). Однако, в случае высокотоксичных, в основном гепатотоксических веществ (например, зеараленон), только очень слабый флуоресцентный сигнал может быть виден в печени обработанных эмбрионов и максимальной интенсивности флуоресцентный сигнал, вызванный может быть достигнуто в пределах очень небольшой диапазон концентрации, что делает его трудно установить доза-эффект отношений20.

Рисунок 2: Диаграмма доза-реакция (A) и флуоресцентные изображения (mCherry) печени (B) подвергаются 17-З-этинилэстрадиол (EE2), в 5 dpf vtg1:mCherry личинок. Результаты выражаются как интегрированная плотность, генерируемая из силы сигнала и размера пораженного участка (SEM, n ю 60). 100% относится к наблюдаемым максимуму. Интенсивность флуоресцентного сигнала постепенно увеличивалась с концентрацией. Масштабная панель No 250 м. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой фигуры.
Есть несколько эстрогенных веществ, присутствующих в окружающей среде, 17-э-эстрадиол (экологическая концентрация: 0,1-5,1 нг/л)21,17-й-этинилэстрадиол (экологическая концентрация: 0,16–0,2 г/л) L)22, зеараленон (экологическая концентрация: 0,095-0,22 мкг/л)23, бисфенол-А (экологическая концентрация: 0,45-17,2 мг/л)24. При тестировании этих веществ в чистом активном виде с помощью трансгенных эмбрионов mCherry, самые низкие наблюдаемые концентрации эффекта (LOEC) для обнаружения флуоресцентных знаков были 100 нг/л для 17-й-эстрадиола, 1 нг/л для 17-З-этинилэстрадиола, 100 нг/л для зеараленона и 1 мг/л для бисфенола-А (96-120 л.с.), что очень близко к или в пределах экологических концентраций веществ15. Трансгенная линия Tg (vtg1:mCherry) может помочь обнаружить эстрогенность в образцах сточных вод после прямого воздействия. Линия так же чувствительна, как обычно используемый тест дрожжевого эстрогена, биолюминисцентный дрожжевой эстроген (BLYES) анализ15. С помощью этой линии, защитные эффекты бета-циклодекстрина против зеараленона индуцированной токсичности было подтверждено с помощью химических смесей20.
В недавнем докладе, in vivo использование трансгенной линии было продемонстрировано с помощью двух эстрогенных зеленонов (ЗЕА) метаболитов, з-- и Зеараленол (З-ЗОЛ И-ЗОЛ)25. Базовый протокол подходит для изучения эстрогенного воздействия нескольких соединений или образцов окружающей среды на эмбрионах Tg (vtg1:mCherry).