El peligro de la exposición al plomo para el neurodesarrollo prenatal
Durante el período prenatal, el feto comienza a formar una de las estructuras más complejas de la naturaleza, el cerebro humano. Este proceso se llama embriogénesis neuronal y representa uno de los procesos más complicados de la vida prenatal. El proceso se basa en la estricta regulación del comportamiento de las células que formarán el cerebro. Las células madre neuronales (NSC) juegan un papel clave en el desarrollo del cerebro embrionario.
Las NSC necesitan un entorno especial para poder llevar a cabo su función en la embriogénesis neural, la creación de nuevas células para poblar el sistema nervioso. Sin embargo, en algunos casos, la exposición ambiental dañina puede resultar en un comportamiento anormal del NSC. La exposición prenatal al plomo es una de estas influencias dañinas que pueden abrumar los mecanismos de las NSC para hacer frente al daño celular. Como resultado, los procesos regulados por NSC en la embriogénesis neural pueden verse afectados, lo que a menudo conduce a trastornos del neurodesarrollo.
Tras la fertilización, a partir de una sola célula, se forma una masa de células y luego esta masa se divide en varias capas de las que se originan todas las estructuras del cuerpo humano. Este también es el caso del sistema nervioso central. Se deriva de una de las capas que forma el tubo neural, el precursor del cerebro, el tronco encefálico y la médula espinal. Inicialmente, el tubo neural es bastante pequeño, pero debido a la creación de nuevas células a partir de NSC, se agranda gradualmente. Más tarde, las células del tubo neural se especializan en diferentes funciones al cambiar sus características celulares y bioquímicas. Evidentemente, si algo sale mal en cualquiera de estos pasos, pueden ocurrir anomalías del desarrollo del cerebro.
El plomo ha sido parte de la civilización humana durante un largo período de tiempo. Sin embargo, solo recientemente comenzaron a surgir los mecanismos por los cuales el plomo causa efectos negativos para la salud. El plomo es particularmente dañino para las NSC, incluso cuando la exposición es mínima. La exposición prenatal mínima al plomo se ha relacionado con un coeficiente intelectual más bajo, agresividad y otros problemas. Los estudios de investigación también han demostrado que la exposición prenatal al plomo produce más daño que la exposición durante el período posnatal. Estos hallazgos se han relacionado con los mecanismos detrás de la lesión celular de las NSC por el plomo. Los mecanismos propuestos afectan funciones celulares esenciales que resultan en un aumento de especies reactivas de oxígeno (ROS) y alteraciones en la metilación del ADN.
Las especies reactivas de oxígeno son moléculas que se producen naturalmente como resultado de la respiración celular. Sin embargo, durante las condiciones patológicas, sus niveles pueden aumentar sustancialmente. La intoxicación crónica por plomo da como resultado el aumento de ROS a través de varios mecanismos. Entre ellos, existe un efecto directo de los iones de plomo sobre las proteínas que regulan los niveles de ROS. Además, el plomo puede aumentar el nivel de ROS indirectamente a través de la interacción con el ácido aminolevulínico, un precursor bioquímico de los componentes de la hemoglobina. Las ROS pueden dañar varias estructuras en la célula y, al hacerlo, crear aún más ROS. Además, las ROS están involucradas en la señalización de la muerte celular y otras respuestas celulares.
La metilación del ADN es uno de los mecanismos que regulan la expresión génica y la regulación de la expresión génica es una de las bases de la diferenciación celular. Se ha demostrado que la exposición al plomo da como resultado la alteración de la metilación del ADN, que a su vez se asocia con la inhibición de la diferenciación de las NSC. A través de mecanismos que aún no se conocen, el plomo provoca cambios en los patrones de metilación cercanos a genes fuertemente asociados con la diferenciación neuronal.
Las células no permanecen pasivas durante estos procesos. Como otras células, las NSC tienen un mecanismo mediante el cual contrarrestan muchos de estos eventos dañinos. Una de las investigaciones más recientes ha estudiado el proceso que involucra a la proteína Nrf2.
Nrf2 se ha relacionado directamente con el mecanismo protector de NSC contra el estrés oxidativo causado por la exposición al plomo. Nrf2 está asociado con la proteína KEAP1 en el citoplasma. Cuando los niveles de ROS aumentan, Nrf2 se separa de KEAP1, migra al núcleo y se une a regiones específicas de ADN llamadas elementos de respuesta antioxidante (ARE).Tras la unión de Nrf2, los ARE activan la expresión de sus genes diana que codifican diversas proteínas responsables de la desintoxicación de ROS celulares.
Además, recientemente se ha identificado una nueva diana Nrf2, la proteína SPP1. SPP1 tiene un significado particular en la lesión de NSC porque se ha asociado con propiedades neuroprotectoras a través de estudios in vitro y a través de la asociación de mutaciones en su secuencia de genes codificantes con enfermedades neurológicas. Estos efectos son el resultado del mecanismo de señalización que involucra un proceso anti-apoptótico y pro-proliferativo. El proceso da como resultado respuestas compensatorias a la inhibición principal de la proliferación de NSC. Como resultado, se ha propuesto al SPP1 como un mediador protector de la neurotoxicidad en la exposición al plomo.
Muchas enfermedades son el resultado de un daño celular excesivo al que las células no pueden adaptarse. Este es el caso de las NSC, donde los procesos esenciales del desarrollo neurológico pueden verse alterados por la toxicidad del plomo. Aunque los NSC están equipados con mecanismos de protección, a menudo no son lo suficientemente potentes para contrarrestar las influencias ambientales nocivas. En tales casos, tienen lugar las alteraciones de la embriogénesis, proliferación y diferenciación neural. Los cambios específicos que conducen a manifestaciones neurológicas particulares aún deben investigarse en detalle.
Nuestra mejor comprensión del efecto dañino del plomo en el desarrollo neurológico prenatal requiere una mayor atención para evitar la exposición de las futuras madres a este elemento tóxico. Se cree que millones de mujeres embarazadas en todo el mundo están expuestas regularmente a altas concentraciones de plomo en los alimentos y el agua potable. Esto a menudo afecta la salud de las generaciones más jóvenes en muchos países del mundo.
Referencias
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Este artículo invitado apareció originalmente en el galardonado blog de ciencia y salud y en la comunidad de temas cerebrales, BrainBlogger: How Prenatal Lead Exposure Results in Neurodevelopmental Disorders.
