Noves eines per a la detecció de disruptors lipídics i obesògens ambientals

Abstract

La lipidòmica és una de les ciències òmiques més recents, que s’ha aplicat amb èxit en estudis mèdics per el descobriment de biomarcadors i d’alteracions en vies metabòliques associades a malalties. La seva aplicació en ciències ambientals està adquirint rellevància a causa de l’important paper dels lípids en el desenvolupament, creixement i reproducció dels metazous. A nivell cel·lular, els lípids estan implicats en l’emmagatzematge d’energia, la senyalització i presenten funcions estructurals. Els organismes contenen milers d'espècies de lípids diferents amb estructures bastant semblants. Els darrers avenços en l’espectrometria de masses han impulsat el camp de la lipidòmica, permetent una millor anotació de les espècies lipídiques de diferents matrius biològiques (cèl·lules, biofluids, teixits), però també la detecció d’alteracions com a resposta a l’exposició a contaminació química. En el marc d'aquesta tesi, s'han utilitzat tres tècniques analítiques diferents basades en espectrometria de masses d'alta resolució per a la caracterització del perfil lipídic de diferents models biològics. El primer mètode, anàlisi per injecció en flux acoblat a l’espectrometria de masses d'alta resolució, representa una eina molt potent ja que, en només dos minuts, proporciona el cribratge del perfil lipídic dels lípids cel·lulars. Els altres dos mètodes, que incorporen una cromatografia de líquids d’ultra alta eficàcia per a la separació prèvia dels lípids, han permès la detecció d’espècies minoritàries, i l’aplicació de l’espectrometria de masses en tàndem juntament amb un enfocament no dirigit per al processament de dades va proporcionar un perfil de lípids més exhaustiu, juntament amb la confirmació de la identitat dels lípids. Aquestes tècniques analítiques s’han utilitzat per a l’estudi de l’impacte de diversos contaminants ambientals, sobre el metabolisme de lípids tant en cèl·lules humanes com de peix. Entre els compostos químics estudiats s’inclouen additius de plàstics i els seus derivats (BPA, BPF, BADGE, BADGE·H2O, BADGE·2HCl), el compost obesogènic tributil d’estany, all- trans àcid retinoic, el progestagen sintètic drospirenona i una mescla complexa de contaminants ambientals (estudi de camp). Els models cel·lulars utilitzats en aquesta Tesi són cèl·lules de placenta humana (JEG-3), cèl·lules hepàtiques de peix zebra (ZFL) i/o en carcinoma hepatocel·lular de Poeciliopsis lucida (PLHC-1), mentre que per a la mescla complexa, es van mostrejar dues espècies de peixos sentinella en un riu seguint un gradent

de contaminació. La lipidòmica, juntament amb la realització d'alguns assaigs toxicològics i l'ús de reacció en cadena de la polimerasa en temps real han permès traçar un escenari més complet dels efectes toxicològics dels productes químics estudiats. En general, aquesta Tesi pretén contribuir a la implementació de la lipidòmica en investigació mediambiental proposant models biològics útils i fluxos de treball per a la caracterització del mecanisme d’acció de contaminants ambientals amb la capacitat d’actuar com a disruptors lipídics.

Lipidomics is one of the newest omics sciences, which has proven their utility in medical research for the discovery of biomarkers and altered metabolic pathways related to disease. Its application in environmental sciences is becoming relevant due to the important role of lipids in development, maintenance, and reproduction of metazoans. At the cellular level, lipids are involved in energy storage, signaling, and exhibit structural functions. Organisms contain thousands of different lipid species with rather similar structures. The latest advances in mass spectrometry have prompted the field of lipidomics, allowing a better annotation of the lipid species of different biological matrices (cells, biofluids, tissues), but also the detection of alterations as a response to chemical pollution exposure. Three analytical techniques based on high-resolution mass spectrometry have been used for the characterization of the lipid profile of different biological models. The first method, flow injection analysis coupled to high-resolution mass spectrometry represents a powerful tool since, just in two minutes, it provides a quick screening of the lipid profile of cellular lipids. The other two methods, which incorporate ultra-high performance liquid chromatography for the previous separation of the lipids, have allowed the detection of minority species, and the application of tandem mass spectrometry together with an untargeted approach for data processing provided a more comprehensive lipid profile, together with the confirmation of lipid identities. These analytical techniques have been used for the study of the impact of several widespread environmental pollutants on the lipid metabolism of both human and fish cell models, comprising plastic additives (BPA, BPF, BADGE, BADGE·H2O, BADGE·2HCl), the obesogenic compound tributyltin, all-trans retinoic acid, the synthetic progestin drospirenone and a complex mixture of environmental pollutants (field study). Lipidomics, together with some toxicological assays and the use of real-time polymerase chain reaction have allowed drawing a more complete scenario of the toxicological effects of the chemicals under study. Overall, this dissertation aims to contribute to the use of lipidomics in environmental research by proposing useful biological models and workflows for the characterization of the mode of action of environmental pollutants with the capability to act as lipid disruptors