EFFECT OF CO-EXPOSURE TO GADOLINIUM, YTTRIUM AND CA CHANNEL BLOCKER NIFEDIPINE ON BIVALVE MOLLUSCS. MODEL EXAMPLE OF MULTIPLE ENVIRONMENTAL CONTAMINANTS INTERACTION

Abstract

Rare earth elements (REEs) became the micropollutants of particular concern due to their increasing rapidly application in modern technologies, including military and medical demands and, correspondingly, intensive mining and processing. These activities cause concern for environmental contamination, particularly input into surface waters. The combinations of micropollutants in the surface waters can cause unpredictable biological effects. Since the REEs are expected to impact the essential metals functionality, the goal of this study was to study the effects of co-exposure to the REEs gadolinium (Gd) and yttrium (Y) with popular pharmaceutical and Ca-channel blocker nifedipine (NFD) on the essential metals zinc- and calcium-dependent manifestations in bivalve mollusc Unio tumidus. The mussels were treated with the mixture of gadolinium (Gd, 30 nM), yttrium (Y, 30 nM) and Ca-channel blocker nifedipine (NFD, 10 µM) for 14 days. The distribution of zinc (Zn) in the tissue with the metallothioneins (MT) participation, as well as the redox state and signs of toxicity, was analysed in the digestive gland. The exposure elevated GSH, GSSG, MT, NADH, and NAD+ levels, as well as the NADH/NAD+ ratio, while decreasing lipid peroxidation (TBARS), indicating a reductive shift. The level of Zn in the tissue and in MT increased, indicating a Zn-related mode of action. The mixture induced approximately 2-fold increases in Cyp450-dependent EROD activity probably due to the biotransformation of NFD. The caspase-3, and GTPase activities were raised attesting the apoptotic and metabolic activation correspondingly. Lysosomal integrity was not targeted, but cholinesterase inhibition was shown as the sign of neurotoxicity. Since the level of Gd in the tissue increased, unlike the level of Y, its input in the response would be of most importance. Summarizing, the applied model of multiple environmental contaminants interaction reflected the expected effect of the mixture on the functionality of essential metals resulting in the adaptive and specific responses of aquatic inhabitants.

Рідкісноземельні елементи (РЗЕ) стали мікрозабруднювачами, що викликають особливе занепокоєння, через їх стрімко зростаюче використання у сучасних технологіях, зокрема у військовій та медичній сферах, а також інтенсивним видобутком і переробкою. Така діяльність викликає занепокоєння щодо забруднення навколишнього середовища, особливо потрапляння РЗЕ у поверхневі води. Комбінації мікрозабруднювачів у поверхневих водах можуть спричиняти непередбачувані біологічні ефекти. Оскільки очікується, що РЗЕ впливатимуть на функціональність есенціальних металів, метою цього дослідження було вивчити ефекти спільного впливу РЗЕ – гадолінію (Gd) та ітрію (Y) у поєднанні з популярним фармацевтичним препаратом та блокатором кальцієвих каналів ніфедипіном (NFD) на цинк- та кальцій-залежні процеси есенціальних металів у двостулкових молюсків Unio tumidus. Молюсків піддавали дії сумішші гадолінію (Gd, 30 нМ), ітрію (Y, 30 нМ) та блокатора кальцієвих каналів ніфедипіну (NFD, 10 мкМ) протягом 14 днів. У травній залозі аналізували розподіл цинку (Zn) у тканині за участю металотіонеїнів (MT), а також окисно-відновний стан та ознаки токсичності. Вплив суміші призводив до підвищення рівнів GSH, GSSG, MT, NADH та NAD+, а також співвідношення NADH/NAD+, одночасно знижуючи перекисне окиснення ліпідів (TBARS), що вказує на відновний зсув. Рівень Zn у тканині та в MT зростав, що вказує на цинк-залежний механізм дії. Суміш індукувала приблизно 2-кратне збільшення активності EROD, залежної від Cyp450, ймовірно, через біотрансформацію NFD. Активність каспази-3 та ГТФази підвищувалася, що свідчить про апоптотичну та метаболічну активацію. Цілісність лізосом не була порушена, тоді як інгібування холінестерази свідчило про прояви нейротоксичності. Оскільки рівень Gd у тканині збільшувався, на відміну від рівня Y, його внесок у відповідь, імовірно, є більш значущим. Підсумовуючи, застосована модель взаємодії множинних забруднювачів навколишнього середовища відображає очікуваний вплив суміші на функціональність есенціальних металів, що призводить до адаптивних та специфічних реакцій водних організмів.