Antioxidant responses in kidney of Squalius cephalus, chronically exposed to PFAS in rivers of Veneto region.

Perfluoroalkyl substances, or PFAS, are emerging pollutants, recognized as ubiquitous environmental contaminants in recent years. Widespread in all environmental matrices, they are particularly present within the water system. Therefore, their toxicity represent a potential risk for all exposed organisms. They are potentially capable of causing some pathologies; in particular, previous studies demonstrate the role of PFAS in inducing oxidative stress in organisms. Veneto, an Italian region, represents one of the best-known cases of PFAS contamination. In the present study, we evaluated the physiological responses at the level of the antioxidant system, induced by PFAS exposure in watercourses of Veneto Region. Ten specimens of Squalius cephalus were sampled in three rivers near Vicenza, characterized by different PFAS concentration, but similar chemical and ecological parameters. The effects caused by the acute exposure to PFAS were already investigated; thus, we studied the potential impact of a chronic exposure to them. The analyses were carried out in kidney, which represents one of the principal site of PFAS bioaccumulation and the main organ involved in the elimination of these substances. Therefore, an exposure to PFAS can induce an increased risk of oxidative stress in this organ. To verify this hypothesis, laboratory tests were performed, following two different approaches. We carried out molecular analyses to evaluate the mRNA levels of catalase (cat), glutathione peroxidase (gpx 1, 4), peroxiredoxins (prdx 1, 2, 3, 4, 5, 6a) and superoxide dismutase (sod 1, 2) through qRT-PCR. Gene expression of different isoforms of the previous enzymes were analyzed to evaluate the specific response in different cellular compartments. Biochemical analyses were performed to assess the activity of CAT, GPx and SOD. Two assays were carried out to evaluate the protein and lipid oxidation caused by PFAS contamination. Our results showed a qualitative diversity of the physiological responses in the kidney of Squalius cephalus related to different PFAS concentrations. The response involved several enzymes, alternatively activated at different cellular sites: for example CAT in peroxisomes at medium PFAS concentrations, and GPx in mitochondria and cytoplasm at high PFAS levels. Both low and high PFAS concentrations determine an increase in SOD activity, due to a higher production of superoxide radical. Our results show a potentially involvement of stress granules in the antioxidant response in kidney. Prdxs expression showed a variable trend with isoforms activated at low PFAS concentrations and others at higher levels. In particular, Prdx4 was the only down-regulated isoform. Our data showed that low PFAS contamination is sufficient to determine an increase of protein oxidation; conversely, even high PFAS levels do not determine lipid peroxidation.

Le sostanze perfluoroalchiliche, o PFAS, sono inquinanti emergenti, riconosciuti come contaminanti ambientali onnipresenti negli ultimi anni. Diffusi in tutte le matrici ambientali, sono particolarmente presenti all'interno del sistema idrico. Sono potenzialmente in grado di causare alcune patologie; in particolare, studi precedenti dimostrano il ruolo dei PFAS nell'indurre stress ossidativo negli organismi. Il Veneto rappresenta uno dei casi più noti di contaminazione da PFAS. Nel presente studio, abbiamo valutato le risposte fisiologiche a livello del sistema antiossidante, indotte dall'esposizione ai PFAS nei corsi d'acqua della Regione Veneto. Dieci esemplari di Squalius cephalus sono stati campionati in tre fiumi nei pressi di Vicenza, caratterizzati da diverse concentrazioni di PFAS, ma da parametri chimici ed ecologici simili. In questo studio ci siamo concentrati sul potenziale impatto di un'esposizione cronica ad essi. Le analisi sono state effettuate nel rene, dei siti principali di bioaccumulo di PFAS e il principale organo coinvolto nell'eliminazione di queste sostanze. Un'esposizione a PFAS può quindi indurre un aumento del rischio di stress ossidativo in quest’organo. Per verificare questa ipotesi, sono stati eseguiti test di laboratorio, seguendo due diversi approcci. Abbiamo effettuato analisi molecolari per valutare i livelli di mRNA di catalasi (cat), glutatione perossidasi (gpx 1, 4), perossidredossine (prdx 1, 2, 3, 4, 5, 6a) e superossido dismutasi (sod 1, 2) attraverso qRT-PCR. E’ stata analizzata l'espressione genica di isoforme differenti degli enzimi precedentemente elencati per valutare la risposta specifica in compartimenti cellulari differenti. Sono state effettuate analisi biochimiche per valutare l'attività di CAT, GPx e SOD. Sono state effettuate due analisi per valutare l'ossidazione delle proteine e dei lipidi causata dalla contaminazione da PFAS. I nostri risultati hanno mostrato una differenza dal punto di vista qualitativo delle risposte fisiologiche nel rene di Squalius cephalus relative alle diverse concentrazioni di PFAS. La risposta ha coinvolto diversi enzimi, attivati alternativamente in siti cellulari differenti: per esempio la CAT nei perossisomi a concentrazioni medie di PFAS e la GPx nei mitocondri e nel citoplasma ad alti livelli di PFAS. Sia basse che alte concentrazioni di PFAS determinano un aumento dell'attività di SOD, a causa di una maggiore produzione di radicale superossido. I nostri risultati mostrano un potenziale coinvolgimento degli stress granules nella risposta antiossidante nel rene. L'espressione de Prdx ha mostrato variabilità con isoforme attivate a basse concentrazioni di PFAS ed altre a livelli più elevati. In particolare, la Prdx4 è l'unica isoforma che manifesta down-regulation. I nostri dati dimostrano che una bassa contaminazione da PFAS è sufficiente per determinare un aumento dell'ossidazione delle proteine; al contrario, anche livelli elevati di PFAS non determinano un aumento della perossidazione lipidica.