Stress granules as a post-transcriptional regulation tool of antioxidant defenses in Squalius cephalus chronically exposed to PFAS in the rivers of the Veneto region

Poly- and perfluoroalkyl substances PFAS are pollutants that have spread worldwide due to their extensive use and chemical-physical characteristics, which make them extremely persistent in the environment. Since the discovery of a major contamination in 2013 in the freshwater of the Veneto region (Italy), extensive research has been conducted to evaluate the damage entity and understand the effect of these compounds on human health. Nevertheless, they can also bioaccumulate into animal tissues, affecting fauna that live in contaminated freshwater habitats, such as fish. Previous studies have analysed the physiological responses of Squalius cephalus (chub) following chronic exposure to PFAS in the Veneto rivers. The results highlighted these pollutants' effect on the fish's antioxidant system. Furthermore, the action of stress granules (SGs, cytoplasmic foci containing mRNA, typically formed under stress conditions to protect mRNA from damage) was also hypothesized as a post-transcriptional regulation tool. These foci can disassemble and make mRNA available for translation; this can be helpful in stress conditions because it can increase the formation of anti-stress proteins, such as antioxidant enzymes. Specimens of S. cephalus were collected by electrofishing in four different rivers of the Vicenza province, each presenting a different concentration of total PFAS. Analyses were conducted on those specimens' caudal kidney and liver samples. The mRNA expression and the tissue activity of selenium-dependent glutathione peroxidase and catalase were investigated and then compared to the mRNA expression of three SG components: tritrestrapolin (ttp), Stress Granule Assembly Factor (g3bp), and TIA-1 related nucleolysin (tiar). The mRNA expression analyses were done through qRT-PCR while the enzyme activity was investigated through biochemical essays. A major gpx4 and cat transcript presence was discovered in the highly-polluted site for both organs. Furthermore, ttp seems to have an important role in caudal kidney transcript regulation, probably through the formation of SGs. The obtained results represent a starting point in studying the correlation between oxidative stress induced by PFAS and the assembly/disassembly of SGs. Further research will focus on studying other components of both the antioxidant system and SGs to have a complete picture of the physiological responses induced in organisms exposed to chronic stress and better understand the interaction between stress granules and antioxidant enzymes.

Le sostanze poli- e per-fluoroalchile (PFAS) sono dei contaminanti che si sono diffusi in tutto il mondo a causa del loro ampio utilizzo e delle loro caratteristiche chimico-fisiche, che li rendono estremamente persistenti in ambiente. Nel 2013 un’importante contaminazione da PFAS fu individuata nelle acque della regione Veneto, in Italia. Da allora numerose ricerche si sono concentrate nel capire l’effetto di queste sostanze sulla salute umana, ma le PFAS possono possono anche bioaccumularsi nei tessuti animali, influenzando la fauna che vive nelle acque dolci contaminate da questi. Studi precedenti hanno analizzato le risposte fisiologiche della specie Squalius cephalus (cavedano) in seguito ad un’esposizione cronica alle PFAS nei fiumi del Veneto. I risultati hanno evidenziato un effetto di questi inquinanti sul sistema antiossidante dei pesci. Inoltre, l’azione degli stress granules (SGs, foci citoplasmatici contenenti mRNA e proteine, solitamente formatisi durante condizioni di stress per proteggere l’mRNA da eventuali danni) è stata ipotizzata come strumento post-trascrizionale. Questi foci possono infatti dissasemblarsi in caso di stress per rendere disponibile il trascritto per la traduzione in proteine anti-stress, ad esempio gli enzimi antiossidanti. Individui di S. cephalus sono stati pescati, tramite elettropesca, in quattro siti della provincia di Vicenza aventi concentrazioni crescenti di PFAS. Varie analisi sono state effettuate su campioni di fegato e di rene caudale. In particolare sono state quantificate l’espressione dell’mRNA e l’attività tissutale di glutatione perossidasi selenio dipendente e catalasi, e confrontate con l’espressione dell’mRNA di tre proteine legate agli SGs: tritrestrapolin (ttp), Stress Granule Assembly Factor (g3bp), e TIA-1 related nucleolysin (tiar). Le analisi dell'espressione dell'mRNA sono state effettuate mediante qRT-PCR, mentre l'attività degli enzimi è stata studiata mediante saggi biochimici. Un’alta presenza di messagero è stata rilevata per gpx4 e cat sia nel fegato che nel rene caudale del sito altamente inquinato. Inoltre, ttp sembra avere un ruolo importante nella regolazione dei trascritti nel rene, probabilmente tramite la formazione degli SGs. I risultati ottenuti rappresentano un punto di partenza nello studio della correlazione tra stress ossidativo indotto dagli PFAS e assemblaggio/disassemblaggio degli SGs. Ricerche future si concentreranno sullo studio di altri componenti sia del sistema antiossidante, sia degli SGs, per avere un quadro più completo delle risposte fisiologiche indotte negli organismi esposti a stress cronico e meglio capire l’interazione tra gli SGs e gli enzimi antiossidanti.