S tisíckami používaných pesticídov by nový skríningový prístup mohol výskumníkom uľahčiť určenie, ktoré z nich sú spojené s chorobami.

Výskumníci z Kalifornskej univerzity v Los Angeles ([{“ attribute=““>UCLA) Health and Harvard University have identified 10 pesticides that significantly damaged neurons implicated in the development of Parkinson’s disease, providing new clues about environmental toxins’ role in the disease.

While environmental factors such as pesticide exposure have long been linked to Parkinson’s, it has been harder to pinpoint which pesticides may raise risk for the neurodegenerative disorder. Just in California, the nation’s largest agricultural producer and exporter, there are nearly 14,000 pesticide products with over 1,000 active ingredients registered for use.

Through a novel pairing of epidemiology and toxicity screening that leveraged California’s extensive pesticide use database, UCLA and Harvard researchers were able to identify 10 pesticides that were directly toxic to dopaminergic neurons. The neurons play a key role in voluntary movement, and the death of these neurons is a hallmark of Parkinson’s.

Further, the researchers found that co-exposure of pesticides that are typically used in combinations in cotton farming were more toxic than any single pesticide in that group.

For this study, published on May 16 in the journal Nature Communications, UCLA researchers examined exposure history going back decades for 288 pesticides among Central Valley patients with Parkinson’s disease who had participated in previous studies. The researchers were able to determine long-term exposure for each person and then, using what they labeled a pesticide-wide association analysis, tested each pesticide individually for association with Parkinson’s. From this untargeted screen, researchers identified 53 pesticides that appeared to be implicated in Parkinson’s – most of which had not been previously studied for a potential link and are still in use.

Those results were shared for lab analysis led by Richard Krolewski, MD, PhD, an instructor of neurology at Harvard and neurologist at Brigham and Women’s Hospital. He tested the toxicity for most of those pesticides in dopaminergic neurons that had been derived from Parkinson’s patients through what’s known as induced pluripotent stem cells, which are a type of “blank slate” cell that can be reprogrammed into neurons that closely resemble those lost in Parkinson’s disease.

The 10 pesticides identified as directly toxic to these neurons included: four insecticides (dicofol, endosulfan, naled, propargite), three herbicides (diquat, endothall, trifluralin), and three fungicides (copper sulfate [basic and pentahydrate] a Volpet). Väčšina pesticídov sa dodnes používa v Spojených štátoch.

Okrem ich toxicity pre dopamínergné neuróny existuje len málo toho, čo spája tieto pesticídy. Má celý rad typov použitia, je štrukturálne odlišný a nezdieľa predchádzajúcu klasifikáciu toxicity.

Výskumníci tiež testovali toxicitu viacerých pesticídov, ktoré sa bežne používajú na bavlníkových poliach približne v rovnakom čase, podľa Kalifornskej databázy pesticídov. Kombinácie obsahujúce trifluralín, jeden z najpopulárnejších herbicídov v Kalifornii, spôsobili najväčšiu toxicitu. Predchádzajúce výskumy v Agricultural Health Study, veľkom výskumnom projekte zahŕňajúcom aplikátorov pesticídov, tiež preukázali, že ide o Parkinsonovu chorobu.

Doktorka Kimberly Ballová, vedúca autorka a odborná asistentka neurovedy na UCLA, uviedla, že štúdia ukázala, že ich prístup by mohol široko analyzovať pesticídy zapojené do Parkinsonovej choroby a lepšie pochopiť silu týchto asociácií.

„Boli sme schopní zapojiť viac individuálnych agentov ako v ktorejkoľvek inej štúdii predtým a bolo to urobené úplne nestranným spôsobom,“ povedal Paul. „Keď skombinujete tento druh agnostického vyšetrenia s modelom z poľa do poľa, môžete identifikovať, ktoré pesticídy sa zdajú byť veľmi dôležité pri chorobách.“

Výskumníci ďalej plánujú študovať epigenetické a metabolické vlastnosti súvisiace s expozíciou pomocou integračných omík, aby pomohli charakterizovať biologické cesty, ktoré sú narušené u pacientov s Parkinsonovou chorobou vystavených pesticídom. Podrobnejšie mechanické štúdie špecifických neuronálnych procesov ovplyvnených pesticídmi, ako je trifluralín a meď, tiež prebiehajú v Harvard/Brigham and Women’s Laboratories. Laboratórne práce sa zameriavajú na odlišné účinky na dopaminergné neuróny a kortikálne neuróny, ktoré sú dôležité pre pohybové a kognitívne symptómy pacientov s Parkinsonovou chorobou. Základná veda sa tiež rozširuje tak, aby zahŕňala štúdie pesticídov na neneurónových bunkách v mozgu – glia – s cieľom lepšie pochopiť, ako pesticídy ovplyvňujú funkciu týchto kritických buniek.

Odkaz: „Pesticídy a dopaminergné neuróny na obrazovke iPSC identifikujú a klasifikujú pesticídy súvisiace s Parkinsonovou chorobou“ od Kimberly C. Miles Cockburn, Laura K. Thompson, Alexander Kramerman, Elizabeth M. Richie Blair, Yoo Jun Lee, Herr B. Patel, Richard T. Lee, Jeff Bronstein, Lee L. Rubin, Vikram Khurana, Pete Ritz 16. mája 2023 Dostupné tu Prírodné komunikácie.
DOI: 10.1038/s41467-023-38215-z

Ďalšími autormi sú Edinson Lucumi Moreno, Jacques Blank, Christina M. Holton, Tim Uhfeldt, Melissa Furlong, Yo-Yo, Miles Cockburn, Laura K. Thompson, Alexander Kramerman, Elizabeth M. Richie Blair, Yu-Jun Lee a Her B Patel. a Richard T. Lee, Jeff Bronstein, Lee L. Rubin, Vikram Khurana a Betty Ritz.