Modificazioni chimico-fisiche e funzionali in membrane mitocondriali del mantello di Mytilus Galloprovincialis dopo esposizione a stagno tributile

Triorganotin compounds, especially tributyltin (TBT), due to their past widespread use as biocides in antifouling paints, are widely diffused organic pollutants in the aquatic environment and known to be extremely toxic for aquatic organisms. Through ingestion of contaminated organisms, particularly molluscs, these xenobiotics can be transferred to humans and negatively affect human health. Although TBT biological interactions have long been investigated, the underlying toxicity mechanisms are far from being fully understood. Because of its strong lipophilicity, TBT easily interacts with the phospholipidic component of cellular membranes, producing serious toxic effects. Phospholipids constitute infact the fundamental matrix of biological membranes and represent the environment in which many proteins, especially enzymes, display their activity. The exposure to lipophilic contaminants can thus cause modifications of physico-chemical properties of the phospholipidic matrix in natural membranes and consequently affect the activity of membrane-associated proteins, threatening important cellular functions. In this work, the TBT in vivo influence on the physico-chemical state of mitochondrial membranes isolated from the mantle of a sentinel organism largely used in human diet, the bivalve mollusc Mytilus galloprovincialis, has been investigated by steady-state fluorescence spectroscopy, using Laurdan as fluorescent probe. Data show that TBT exposure induces no membrane phase changes, but a decrease of polarity around the fluorescence moiety of the probe (namely a decreased hydration of the bilayer) and an increase of Laurdan molecules surrounded by much less packed phospholipids (namely an increase of membrane fluidity). These findings are particularly evident for the lowest toxic concentration tested (0.5 μg/L) and after a shorter exposure time (24 hours). In order to point out if the physico-chemical perturbations observed in mitochondria membranes could affect membrane functions, TBT effects on the mitochondrial oligomycin-sensitive Mg-ATPase (a known target of TBT toxicity in mammals, yeasts and bacteria, but never yet investigated in vivo in mussels) have been tested. The hydrolitic activity of the enzyme is increased by the exposure to TBT lowest dose (0.5 μg/L) for 120 hours, probably due to the incorporation into the mitochondrial membrane not only of TBT, but also of TBT metabolites and consequently to the perturbation of the microenvironmental lipids, well known to modulate the activity of membrane-bound enzymes. The altered functionality of the mitochondrial enzymatic complex could affect energy saving mechanisms and mediate some of the toxic effects, such as reproductive, endocrine and growth damages, common symptoms of TBT toxicity in molluscs.

I composti organostannici trisostituiti, e in particolare lo stagno tributile (TBT), a causa del loro utilizzo, specie in passato, come agenti antivegetativi nelle vernici marine, sono contaminanti in diretto contatto con l’ambiente acquatico e molto tossici per gli organismi che vivono in esso. Attraverso l’ingestione di organismi marini contaminati, in particolare di molluschi, questi xenobiotici possono essere trasferiti all’uomo e costituire una grave minaccia per la sua salute. Nonostante siano stati condotti diversi studi scientifici, il meccanismo dell’azione tossica dei composti triorganostannici è ancora, almeno in parte, non chiarito. Il TBT, essendo una sostanza fortemente lipofila, interagisce con la componente fosfolipidica delle membrane cellulari, provocando gravi effetti tossici. I fosfolipidi costituiscono infatti la matrice fondamentale delle membrane biologiche e rappresentano l’ambiente in cui molte proteine, soprattutto enzimatiche, svolgono la loro attività. L’esposizione a contaminanti lipofilici può causare, pertanto, modificazioni delle proprietà chimico-fisiche della matrice fosfolipidica delle membrane e, conseguentemente, modulare l’attività di proteine associate alla membrana, con serie ripercussioni su importanti funzioni cellulari. In questo lavoro è stata indagata, mediante la tecnica di spettroscopia di fluorescenza statica del Laurdan, l’influenza in vivo del TBT sullo stato chimico-fisico delle membrane mitocondriali isolate dal mantello di un bioindicatore marino, nonché prodotto di largo consumo nella dieta umana, il mollusco bivalve Mytilus galloprovincialis. Sulla base dei risultati ottenuti, l’esposizione al TBT, pur non inducendo cambiamenti di fase nelle membrane, provoca una diminuzione della polarità, quindi del contenuto d’acqua del bilayer, e del grado di impacchettamento dei fosfolipidi, cioè un aumento della fluidità di membrana, soprattutto alle concentrazioni sperimentali di tossico più basse (0.5 μg/L) e dopo un tempo di esposizione di 24 ore. Allo scopo di evidenziare possibili correlazioni funzionali, sono stati inoltre studiati gli effetti del TBT sull’attività dell’enzima mitocondriale Mg-ATPasi oligomicina-sensibile, un bersaglio della tossicità del TBT già noto nei mammiferi, nei lieviti e nei batteri, ma mai ancora indagato in vivo nei molluschi. L’esposizione al TBT determina un aumento dell’attività idrolitica dell’enzima alle concentrazioni sperimentali di tossico più basse (0.5 μg/L) e dopo un tempo di esposizione di 120 ore, presumibilmente in seguito all’incorporazione non solo del TBT, bensì anche dei suoi metaboliti, nella membrana mitocondriale con conseguente alterazione del microambiente lipidico dell’enzima. L’alterata funzione del complesso enzimatico mitocondriale potrebbe colpire i meccanismi di risparmio energetico e rappresentare un importante evento molecolare, responsabile di effetti subletali, quali una crescita ridotta o anormale e disfunzioni riproduttive ed endocrine, sintomi comuni della tossicità del TBT nei molluschi.