Elucidation of the Effects of Bisphenol A and Structural Analogs on Germ and Steroidogenic Cells Using Single Cell High-Content Imaging

Rajkumar, Abishankari; Luu, Trang; Beal, Marc A.; Barton-Maclaren, Tara S.; Robaire, Bernard; Hales, Barbara F.

Elucidation of the Effects of Bisphenol A and Structural Analogs on Germ and Steroidogenic Cells Using Single Cell High-Content Imaging

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dc.contributor.author: Rajkumar, Abishankari; Luu, Trang; Beal, Marc A.; Barton-Maclaren, Tara S.; Robaire, Bernard; Hales, Barbara F.
dc.date.accessioned: 2024-03-08T13:16:58Z
dc.date.available: 2024-03-08T13:16:58Z
dc.date.issued: 2021-01-27
dc.description - en: Concerns about the potential adverse effects of bisphenol A (BPA) have led to an increase in the use of replacements, yet the toxicity data for several of these chemicals are limited. Using high-content imaging we compared the effects of BPA, BPAF, BPF, BPS, BPM, and BPTMC in germ (C18-4 spermatogonial) and steroidogenic (MA-10 Leydig and KGN granulosa) cell lines. Effects on cell viability and phenotypic markers were analyzed to determine benchmark concentrations (BMCs) and estimate administered equivalent doses (AEDs). In all three cell lines, BPA was one of the least cytotoxic bisphenol compounds tested, while BPM and BPTMC were the most cytotoxic. Interestingly, BPF and BPS were cytotoxic only in MA-10 cells. Effects on phenotypic parameters, including mitochondria, lysosomes, lipid droplets, and oxidative stress, were both bisphenol- and cell-line specific. BPA exposure affected mitochondria (BMC: 1.2 μM; AED: 0.09 mg/kg/day) in C18.4 cells. Lysosome numbers were increased in MA-10 cells exposed to BPA or BPAF but decreased in KGN cells exposed to BPAF or BPM. Lipid droplets were decreased in C18-4 cells exposed to BPF and in MA-10 cells exposed to BPTMC but increased in BPF, BPM and BPTMC exposed KGN cells. BPA and BPM exposure induced oxidative stress in MA-10 and KGN cells, respectively. In summary, structurally similar bisphenols displayed clear cell-line specific differences in BMC and AED values for effects on cell viability and phenotypic endpoints. This approach, together with additional data on human exposure, may aid in the selection and prioritization of responsible replacements for BPA.
dc.description.abstract - en: Concerns about the potential adverse effects of bisphenol A (BPA) have led to an increase in the use of replacements, yet the toxicity data for several of these chemicals are limited. Using high-content imaging, we compared the effects of BPA, BPAF, BPF, BPS, BPM, and BPTMC in germ (C18-4 spermatogonial) and steroidogenic (MA-10 Leydig and KGN granulosa) cell lines. Effects on cell viability and phenotypic markers were analyzed to determine benchmark concentrations (BMCs) and estimate administered equivalent doses (AEDs). In all 3 cell lines, BPA was one of the least cytotoxic bisphenol compounds tested, whereas BPM and BPTMC were the most cytotoxic. Interestingly, BPF and BPS were cytotoxic only in MA-10 cells. Effects on phenotypic parameters, including mitochondria, lysosomes, lipid droplets, and oxidative stress, were both bisphenol- and cell-line specific. BPA exposure affected mitochondria (BMC: 1.2 μM; AED: 0.09 mg/kg/day) in C18-4 cells. Lysosome numbers were increased in MA-10 cells exposed to BPA or BPAF but decreased in KGN cells exposed to BPAF or BPM. Lipid droplets were decreased in C18-4 cells exposed to BPF and in MA-10 cells exposed to BPTMC but increased in BPF, BPM, and BPTMC-exposed KGN cells. BPA and BPM exposure induced oxidative stress in MA-10 and KGN cells, respectively. In summary, structurally similar bisphenols displayed clear cell-line-specific differences in BMC and AED values for effects on cell viability and phenotypic endpoints. This approach, together with additional data on human exposure, may aid in the selection and prioritization of responsible replacements for BPA.
dc.description.abstract-fosrctranslation - fr: Les inquiétudes concernant les effets néfastes potentiels du bisphénol A (BPA) ont conduit à une augmentation de l'utilisation de produits de remplacement, mais les données sur la toxicité de plusieurs de ces produits chimiques sont limitées. À l’aide de l’imagerie à haut contenu, nous avons comparé les effets du BPA, du BPAF, du BPF, du BPS, du BPM et du BPTMC dans les lignées cellulaires germinales (spermatogonales C18-4) et stéroïdogènes (MA-10 Leydig et KGN granulosa). Les effets sur la viabilité cellulaire et les marqueurs phénotypiques ont été analysés pour déterminer les concentrations de référence (BMC) et estimer les doses équivalentes administrées (AED). Dans les 3 lignées cellulaires, le BPA était l’un des composés bisphénols les moins cytotoxiques testés, tandis que le BPM et le BPTMC étaient les plus cytotoxiques. Il est intéressant de noter que le BPF et le BPS n'étaient cytotoxiques que dans les cellules MA-10. Les effets sur les paramètres phénotypiques, notamment les mitochondries, les lysosomes, les gouttelettes lipidiques et le stress oxydatif, étaient à la fois spécifiques au bisphénol et à la lignée cellulaire. L'exposition au BPA a affecté les mitochondries (BMC : 1,2 μM ; AED : 0,09 mg/kg/jour) dans les cellules C18-4. Le nombre de lysosomes a augmenté dans les cellules MA-10 exposées au BPA ou au BPAF, mais a diminué dans les cellules KGN exposées au BPAF ou au BPM. Les gouttelettes lipidiques ont diminué dans les cellules C18-4 exposées au BPF et dans les cellules MA-10 exposées au BPTMC, mais ont augmenté dans les cellules KGN exposées au BPF, au BPM et au BPTMC. L'exposition au BPA et au BPM a induit un stress oxydatif dans les cellules MA-10 et KGN, respectivement. En résumé, les bisphénols structurellement similaires présentaient des différences claires spécifiques à la lignée cellulaire dans les valeurs de BMC et d'AED pour les effets sur la viabilité cellulaire et les paramètres phénotypiques. Cette approche, associée à des données supplémentaires sur l'exposition humaine, peut aider à la sélection et à la priorisation de substituts responsables au BPA.
dc.description.fosrctranslation - fr: Les inquiétudes concernant les effets néfastes potentiels du bisphénol A (BPA) ont conduit à une augmentation de l'utilisation de produits de remplacement, mais les données sur la toxicité de plusieurs de ces produits chimiques sont limitées. À l’aide de l’imagerie à haut contenu, nous avons comparé les effets du BPA, du BPAF, du BPF, du BPS, du BPM et du BPTMC sur des lignées cellulaires germinales (spermatogonales C18-4) et stéroïdogènes (MA-10 Leydig et KGN granulosa). Les effets sur la viabilité cellulaire et les marqueurs phénotypiques ont été analysés pour déterminer les concentrations de référence (BMC) et estimer les doses équivalentes administrées (AED). Dans les trois lignées cellulaires, le BPA était l’un des composés bisphénols les moins cytotoxiques testés, tandis que le BPM et le BPTMC étaient les plus cytotoxiques. Il est intéressant de noter que le BPF et le BPS n'étaient cytotoxiques que dans les cellules MA-10. Les effets sur les paramètres phénotypiques, notamment les mitochondries, les lysosomes, les gouttelettes lipidiques et le stress oxydatif, étaient à la fois spécifiques au bisphénol et à la lignée cellulaire. L'exposition au BPA a affecté les mitochondries (BMC : 1,2 μM ; AED : 0,09 mg/kg/jour) dans les cellules C18.4. Le nombre de lysosomes a augmenté dans les cellules MA-10 exposées au BPA ou au BPAF, mais a diminué dans les cellules KGN exposées au BPAF ou au BPM. Les gouttelettes lipidiques ont diminué dans les cellules C18-4 exposées au BPF et dans les cellules MA-10 exposées au BPTMC, mais ont augmenté dans les cellules KGN exposées au BPF, au BPM et au BPTMC. L'exposition au BPA et au BPM a induit un stress oxydatif dans les cellules MA-10 et KGN, respectivement. En résumé, les bisphénols structurellement similaires présentaient des différences claires spécifiques aux lignées cellulaires dans les valeurs de BMC et d'AED pour les effets sur la viabilité cellulaire et les paramètres phénotypiques. Cette approche, associée à des données supplémentaires sur l'exposition humaine, peut aider à la sélection et à la priorisation de substituts responsables au BPA.
dc.identifier.doi: https://doi.org/10.1093/toxsci/kfab012
dc.identifier.uri: https://open-science.canada.ca/handle/123456789/2018
dc.language.iso: en
dc.publisher: Oxford University Press
dc.subject - en: Health; Health and safety
dc.subject - fr: Santé; Santé et sécurité
dc.subject.en - en: Health; Health and safety
dc.subject.fr - fr: Santé; Santé et sécurité
dc.title - en: Elucidation of the Effects of Bisphenol A and Structural Analogs on Germ and Steroidogenic Cells Using Single Cell High-Content Imaging
dc.type - en: Article
dc.type - fr: Article