土壌ムカデ Lithobius forficatus (Myriapoda, Chilopoda) の唾液腺と脂肪体に及ぼすカドミウムへの短期および長期暴露の影響：組織学と超微細構造

Effects of short- and long-term exposure to cadmium on salivary glands and fat body of soil centipede Lithobius forficatus (Myriapoda, Chilopoda): Histology and ultrastructure.

• Magdalena Rost-Roszkowska
• Izabela Poprawa
• Łukasz Chajec
• Alina Chachulska-Żymełka
• Małgorzata Leśniewska
• Sebastian Student

抄録

カドミウム（Cd）は、すべての環境（土壌、水、空気など）に強く影響を及ぼす可能性があるため、食物連鎖の蓄積と汚染の観点から最も広く研究されている重金属です。カドミウムは様々な組織や器官に蓄積し、器官、組織、細胞から細胞小器官や構造物、生存や細胞死のメカニズムの活性化に至るまで、様々なレベルで生物に影響を及ぼす可能性がある。土壌中に生息する生物では、中腸、唾液腺、脂肪体など、蓄積性のあるすべての組織に重金属が集まっている。本研究の目的は、土壌生物であるリトビウス・フォルフィカタス（Lithobius forficatus）に対するカドミウムの影響を、主に脂肪体と唾液腺という異なる物質の集積に関与する2つの器官を中心に、超微細なレベルで記述することであった。カドミウムの短期および長期中毒による細胞死（オートファジー、アポトーシス、壊死）とそれらの間のクロストークに関連した変化を分析した。L. forficatusの成体を自然環境下で採取し、3つの実験群に分けた。C（対照群），Cd1（80 mg/kgのCdClを12日間土壌中で培養），Cd2（80 mg/kgのCdClを45日間土壌中で培養）の3つの実験群に分けた。透過型電子顕微鏡では、両臓器の超微細構造変化（予備物質量の減少、液胞の出現など）が観察された。TUNELアッセイを用いた定性分析では、脂肪体の脂肪細胞ではオートファジーと壊死の間に明確なクロストークが見られ、唾液腺ではオートファジー、アポトーシス、壊死の間にクロストークが見られた。私たちは、体内の異なる器官が同じストレス因子に対して異なる反応をすることができると結論づけています。超構造レベルでの異なるメカニズムは、異なるタイプの細胞死を活性化し、異なるダイナミクスを持っています。

Cadmium (Cd) is the most widely studied heavy metal in terms of food-chain accumulation and contamination because it can strongly affect all environments (e.g., soil, water, air). It can accumulate in different tissues and organs and can affect the organism at different levels of organization: from organs, tissues and cells though cell organelles and structures to activation of mechanisms of survival and cell death. In soil-dwelling organisms heavy metals gather in all tissues with accumulation properties: midgut, salivary glands, fat body. The aim of this study was to describe the effects of cadmium on the soil species Lithobius forficatus, mainly on two organs responsible for gathering different substances, the fat body and salivary glands, at the ultrastructural level. Changes caused by cadmium short- and long-term intoxication, connected with cell death (autophagy, apoptosis, necrosis), and the crosstalk between them, were analyzed. Adult specimens of L. forficatus were collected in a natural environment and divided into three experimental groups: C (the control group), Cd1 (cultured in soil with 80 mg/kg of CdCl for 12 days) and Cd2 (cultured in soil with 80 mg/kg of CdCl for 45 days). Transmission electron microscopy revealed ultrastructural alterations in both of the organs analyzed (reduction in the amount of reserve material, the appearance of vacuoles, etc.). Qualitative analysis using TUNEL assay revealed distinct crosstalk between autophagy and necrosis in the fat body adipocytes, while crosstalk between autophagy, apoptosis and necrosis in the salivary glands was detected in salivary glands of the centipedes examined here. We conclude that different organs in the body can react differently to the same stressor, as well as to the same concentration and time of exposure. Different mechanisms at the ultrastructural level activate different types of cell death and with different dynamics.

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