Effects of arsenic on anterior pituitary gland. Mechanisms of action

Introducción: El arsénico es un metaloide ampliamente distribuido en el ambiente el cual presenta potentes efectos tóxicos. La contaminación provocada por arsénico inorgánico (iAs) es uno de los mayores problemas sanitarios a nivel mundial. Si bien se han reportado efectos adversos del iAs sobre la función reproductiva, poco se conoce de sus acciones sobre la liberación hormonal y la fisiología adenohipofisaria. Objetivos: 1) Estudiar el efecto citotóxico del iAs sobre la fisiología adenohipofisaria y caracterizar los mecanismos de acción. 2) Investigar el papel del iAs como agente xenoestrogénico en la adenohipófisis y el útero. Resultados: 1) La exposición al iAs, a través del agua de bebida en diferentes concentraciones (5, 25 o 100 ppm) durante 30 días en ratas machos, disminuyó los niveles plasmáticos de prolactina (PRL) en forma dosis dependiente, mientas que la hormona luteinizante (LH) se vio afectada sólo con la máxima concentración utilizada. La administración del metaloide in vivo alteró la expresión del ARNm de genes de respuesta al estrés oxidativo en la adenohipófisis sugiriendo que, en estas condiciones, el iAs induce estrés oxidativo en la glándula. Confirmando los resultados in vivo, el iAs, en concentraciones micromolares, disminuyó la liberación de PRL en forma tiempo-dependiente sin afectar la de LH en cultivos primarios de células adenohipofisarias. Además, el iAs redujo la viabilidad celular adenohipofisaria, efecto debido principalmente a la inducción de apoptosis. Este proceso se caracterizó por un incremento de las especies reactivas del oxígeno, la despolarización del potencial de la membrana mitocondrial y un aumento en la expresión del ARNm de MT-1 y HO-1. El tratamiento con el antioxidante Nacetilcisteína previno el efecto citotóxico y la inhibición de la liberación de PRL inducida por iAs. 2) La administración del iAs a dosis bajas (0,1 ppm) durante 30 días a ratas hembras ovariectomizadas (OVX) indujo la aparición de proestros y estros respecto al control OVX. En la adenohipófisis, se observó un estímulo en la proliferación celular, especialmente de los lactotropos y un incremento en la secreción de PRL. Este metaloide también reguló la expresión proteica del REa y de su variante truncada. En el útero, la exposición al metaloide causó modificaciones citoestructurales mostrando un incremento del área glandular y de la altura del epitelio. Además, el iAs alteró la expresión del REa en las células epiteliales y en el estroma. Conclusiones: El iAs es un disruptor endocrino cuyos efectos varían con la dosis y el tiempo de exposición. A concentraciones micromolares, el iAs induce apoptosis e inhibe la secreción de prolactina. La generación de estrés oxidativo parece ser el principal mediador de los efectos tóxicos del metaloide. Por otro lado, a concentraciones más bajas, el iAs reproduce las acciones del estrógeno, estimulando la proliferación celular en tejidos hormona-dependientes.Introduction: Arsenic is a metalloid ubiquitously present in the environment with potent toxic effects. Inorganic arsenic (iAs) contamination is considered one of the top environmental health threats worldwide. Many reports have shown that iAs affects reproductive system, however, little is known about the effect of iAs on hormone release and anterior pituitary physiology. Objectives: 1) To study the cytotoxic effect of iAs on anterior pituitary physiology and describe its mechanisms. 2) To investigate iAs xenoestrogenic role on anterior pituitary and uterus. Results: 1) iAs exposure (5, 25 or 100 ppm) to male rats through drinking water for 30 days decreased prolactin (PRL) serum levels in a dose-dependent manner whereas luteinizing hormone (LH) levels were affected only at the highest concentration used. In vivo iAs administration increased mRNA expression of several oxidative stress-responsive genes in anterior pituitary gland, suggesting that this metalloid induces oxidative stress in pituitary gland. iAs, at micromolar concentrations, significantly decreased PRL release in a timedependent fashion whereas LH levels remained unaltered in anterior pituitary cells in culture. Besides, iAs reduced cell viability mainly by apoptosis. This process is characterized by increased levels of reactive oxygen species, early depolarization of mitochondrial membrane potential and augmented expression of some key oxidative stress-responsive genes such as HO-1 and MT-1. The antioxidant N-acetylcysteine prevented iAs-induced cytotoxic effects and prolactin release inhibition. 2) iAs administration at lower doses (0,1 ppm) to female ovariectomized rats (OVX) for 30 days induced the apparition of proestrus and estrus. In the pituitary gland iAs stimulated cell proliferation, especially of lactotroph and increased PRL secretion. This metalloid also regulated protein expression of ERa and its truncated variant. In uterus, iAs exposure caused cytoarchitectural changes by increasing both glandular area and uterine epithelium height. Besides, iAs altered ERa expression in epithelial cells and stroma. Conclusions: iAs is an endocrine disruptor whose effects vary with dose and exposure time. At micromolar concentrations iAs induces apoptosis and inhibits PRL secretion. Oxidative stress generation seems to be the main mediator of the metalloid’s toxic effects. On the other hand, at lower concentrations, iAs mimics estrogen actions by stimulating cell proliferation on hormone-dependent tissues.Fil:Ronchetti, Sonia Alejandra. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina