Effects of cross-fostering and developmental exposure to mixtures of environmental contaminants on hepatic gene expression in prepubertal 21 days old and adult male Sprague-Dawley rats

Desaulniers, D.; Khan, N.; Cummings-Lorbetskie, C.; Leingartner, K.; Xiao, G-H.; Williams, A.; Yauk, C.L.

Effects of cross-fostering and developmental exposure to mixtures of environmental contaminants on hepatic gene expression in prepubertal 21 days old and adult male Sprague-Dawley rats

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dc.contributor.author: Desaulniers, D.; Khan, N.; Cummings-Lorbetskie, C.; Leingartner, K.; Xiao, G-H.; Williams, A.; Yauk, C.L.
dc.date.accessioned: 2024-04-04T16:08:28Z
dc.date.available: 2024-04-04T16:08:28Z
dc.date.issued: 2019-02-11
dc.description - en: Health Canada is responsible for evaluating the health risks posed by environmental pollutants, and other chemicals, to Canadians. Health Canada scientists had previously investigated the link between non-chemical stressors and susceptibility to the adverse effects of exposure to environmental chemicals (EC). Results demonstrated that cross-fostering of rat pups (rat pups adopted at birth by a nursing mother) was a stressful event that increased the adverse effects of ECs on hormonal stress-responses in the grown adults. The current study investigates effects of cross-fostering and developmental exposure to mixtures of EC on gene expression changes in the liver, with the intent of identifying changes that could be associated with health risks. Low concentrations of mixtures of EC, with compositions simulating the exposure profile identified in surveys of the maternal blood of Northern Canadians, were administered to rats from pregnancy until 21 days after birth. The pups were thus exposed to EC in the womb and through milk from the mother. Some pups were cross-fostered (non-chemical stressful event), and at 21 days of age, or later during adulthood, gene expression in the liver was compared to non-cross-fostered animals. Exposure to the mixture of EC altered the expression of genes associated with detoxication and energy regulation functions of the liver in both age groups, but with different mechanisms being affected at day 21 versus older animals. Cross-fostering modulated the effects of the EC mixture and surprisingly, also modulated the energy functions in control rats not exposed to the chemicals. Changes in the liver’s response to EC associated with cross-fostering, along with changes to the hormonal stress-responses identified in previous work, support the hypothesis that non-chemical stressors can modify the toxicity of exposure to EC. Sources and magnitudes of stress that can modulate effects of EC on human health will be investigated further.
dc.description.abstract - en: The notion that adverse health effects produced by exposure to environmental contaminants (EC) may be modulated by the presence of non-chemical stressors is gaining attention. Previously, our lab demonstrated that cross-fostering (adoption of a litter at birth) acted as a non-chemical stressor that amplified the influence of developmental exposure to EC on the glucocorticoid stress-response in adult rats. Using liver from the same rats, the aim of the current study was to investigate whether cross-fostering might also modulate EC-induced alterations in hepatic gene expression profiles. During pregnancy and nursing, Sprague-Dawley dams were fed cookies laced with corn oil (control, C) or a chemical mixture (M) composed of polychlorinated biphenyls (PCB), organochlorine pesticides (OCP), and methylmercury (MeHg), at 1 mg/kg/day. This mixture simulated the contaminant profile reported in maternal human blood. At birth, some control and M treated litters were cross-fostered to form two additional groups with different biological/nursing mothers (CC and MM). The hepatic transcriptome was analyzed by DNA microarray in male offspring at postnatal days 21 and 78–86. Mixture exposure altered the expression of detoxification and energy metabolism genes in both age groups, but with different sets of genes affected at day 21 and 78–86. Cross-fostering modulated the effects of M on gene expression pattern (MM vs M), as well as expression of energy metabolism genes between control groups (CC vs C). In conclusion, while describing short and long-term effects of developmental exposure to EC on hepatic transcriptomes, these cross-fostering results further support the consideration of non-chemical stressors in EC risk assessments.
dc.description.abstract-fosrctranslation - fr: L'idée selon laquelle les effets néfastes sur la santé produits par l'exposition à des contaminants environnementaux (CE) peuvent être modulés par la présence de facteurs de stress non chimiques attire de plus en plus l'attention. Auparavant, notre laboratoire avait démontré que le nourrissement croisé (adoption d'une portée à la naissance) agissait comme un facteur de stress non chimique qui amplifiait l'influence de l'exposition développementale à la CE sur la réponse au stress des glucocorticoïdes chez les rats adultes. En utilisant le foie des mêmes rats, le but de la présente étude était de déterminer si le croisement croisé pourrait également moduler les altérations induites par la CE dans les profils d'expression des gènes hépatiques. Pendant la grossesse et l'allaitement, les mères Sprague-Dawley ont reçu des biscuits contenant de l'huile de maïs (témoin, C) ou un mélange chimique (M) composé de biphényles polychlorés (PCB), de pesticides organochlorés (OCP) et de méthylmercure (MeHg), à 1 mg/kg/jour. Ce mélange simulait le profil de contaminants rapporté dans le sang humain maternel. À la naissance, certaines portées témoins et traitées avec M ont été croisées pour former deux groupes supplémentaires avec des mères biologiques / allaitantes différentes (CC et MM). Le transcriptome hépatique a été analysé par micropuce à ADN chez la progéniture mâle aux jours postnatals 21 et 78 à 86. L'exposition au mélange a modifié l'expression des gènes de détoxification et de métabolisme énergétique dans les deux groupes d'âge, mais avec différents ensembles de gènes affectés aux jours 21 et 78 à 86. La promotion croisée a modulé les effets de M sur le modèle d'expression des gènes (MM vs M), ainsi que l'expression des gènes du métabolisme énergétique entre les groupes témoins (CC vs C). En conclusion, tout en décrivant les effets à court et à long terme de l'exposition développementale à la CE sur les transcriptomes hépatiques, ces résultats croisés confortent davantage la prise en compte des facteurs de stress non chimiques dans les évaluations des risques de la CE.
dc.description.fosrctranslation - fr: Santé Canada est chargé d'évaluer les risques pour la santé que posent les polluants environnementaux et d'autres produits chimiques aux Canadiens. Les scientifiques de Santé Canada avaient déjà étudié le lien entre les facteurs de stress non chimiques et la susceptibilité aux effets néfastes de l'exposition aux produits chimiques environnementaux (CE). Les résultats ont démontré que le croisement de ratons (ratons adoptés à la naissance par une mère qui allaite) était un événement stressant qui augmentait les effets indésirables des CE sur les réponses hormonales au stress chez les adultes adultes. La présente étude examine les effets de l'exposition croisée et développementale à des mélanges de CE sur les changements d'expression génique dans le foie, dans le but d'identifier les changements qui pourraient être associés à des risques pour la santé. De faibles concentrations de mélanges de CE, avec des compositions simulant le profil d'exposition identifié lors d'enquêtes sur le sang maternel des Canadiens du Nord, ont été administrées à des rats depuis la grossesse jusqu'à 21 jours après la naissance. Les chiots ont ainsi été exposés à la CE dans l'utérus et par le lait maternel. Certains chiots ont été issus d'un croisement (événement stressant non chimique) et, à l'âge de 21 jours, ou plus tard à l'âge adulte, l'expression des gènes dans le foie a été comparée à celle d'animaux non issus d'un croisement. L'exposition au mélange de CE a modifié l'expression des gènes associés aux fonctions de détoxication et de régulation énergétique du foie dans les deux groupes d'âge, mais avec des mécanismes différents étant affectés au jour 21 par rapport aux animaux plus âgés. Le croisement croisé a modulé les effets du mélange EC et, de manière surprenante, a également modulé les fonctions énergétiques chez les rats témoins non exposés aux produits chimiques. Les modifications de la réponse du foie à la CE associées au développement croisé, ainsi que les modifications des réponses hormonales au stress identifiées lors de travaux antérieurs, confortent l'hypothèse selon laquelle des facteurs de stress non chimiques peuvent modifier la toxicité de l'exposition à la CE. Les sources et l'ampleur du stress pouvant moduler les effets de la CE sur la santé humaine feront l'objet d'études plus approfondies.
dc.identifier.uri: https://open-science.canada.ca/handle/123456789/2216
dc.language.iso: en
dc.publisher: Taylor and Francis
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: Effects of cross-fostering and developmental exposure to mixtures of environmental contaminants on hepatic gene expression in prepubertal 21 days old and adult male Sprague-Dawley rats
dc.type - en: Article
dc.type - fr: Article