Università della Calabria

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1 Università della Calabria Facoltà di Farmacia e Scienze della Nutrizione e della Salute Corso di Laurea in Tossicologia dell Ambiente TESI DI LAUREA TOSSICI AMBIENTALI ED EPIGENETICA RELATORE CANDIDATO Chiar.mo Prof. Luigi Scarcella Giacinto Bagetta Matr Anno Accademico

2 2. Arsenico 2.1 Fonti di esposizione L arsenico è un contaminante ambientale ubiquitario derivante sia da sorgenti naturali, sotto forma di solfuri o arsenopirite, che antropogeniche (Salnikow & Zhitkovich, 2008; Sturchio et al., 2009). E comunemente legato a carbonio, ferro, ossigeno e zolfo, con i quali forma composti inorganici e organici in diversi stati di ossidazione (-3, 0, +3 e +5) (Sturchio et al., 2009). L arsenico è impiegato nella produzione del vetro opaco, di pesticidi e metalli non ferrosi (Apostoli & Catalani, 2008). In passato i composti arsenicali venivano molto usati nell'industria chimica con impieghi soprattutto nel settore agricolo, mentre oggi le restrizioni per la tossicità dell'elemento ne hanno fortemente limitato o bandito l'uso (Ghidini et al., 2003). 2.2 Tossicocinetica Per l uomo la fonte principale di esposizione ad arsenico è rappresentata dalla dieta, ma l assorbimento nell organismo può avvenire anche per via inalatoria e per via cutanea; la sensibilità è 10

3 influenzata da diversi fattori, come la forma in cui si trova, la via di somministrazione e la dose (Sturchio et al., 2009). Dopo esser stato assorbito, l arsenico si riversa nel torrente circolatorio dove si lega alle proteine plasmatiche e viene trasportato nei vari distretti dell organismo, come fegato, polmoni, vescica e cute (Apostoli & Catalani, 2008); inoltre è in grado di attraversare la placenta e interessare il feto (Goyer, 2000). A livello epatico l arsenico inorganico subisce un processo di metilazione (Figura 2) e nella prevalenza della specie viene quindi escreto. Attraverso le reazioni di biotrasformazione, la forma pentavalente è ridotta nella forma trivalente, successivamente con l aggiunta di un gruppo metilico si forma l acido metilarsonico che si trasforma, infine, in acido dimetilarsonico con il legame di un secondo gruppo metilico. L eliminazione dell arsenico inorganico e dei suoi metaboliti avviene prevalentemente con le urine (Sturchio et al., 2009). L assorbimento dei composti arsenicali organici dipende dalla loro liposolubilità; essi sono soggetti a biometilazione epatica e vengono rapidamente eliminati attraverso i reni (Goyer, 2000) 11

4 Figura 2. Reazioni chimiche coinvolte durante il metabolismo dell arsenico inorganico dopo assorbimento nell organismo. Il pathway metabolico comprende due reazioni sequenziali: la prima implica la riduzione della forma pentavalente (As V) e la formazione di composti quali l acido monometilarsonico (MMA V) e l acido dimetilarsinico (DMA V). Successivamente la metilazione ossidativa interessa anche As III, l acido monometilarsonoso (MMA III), e l acido dimetilarsinoso (DMA III). Inoltre, solo nel ratto si ha la formazione di ossido di trimetilarsina (TMAO) (Sturchio et Al., 2009). 2.3 Meccanismi tossici epigenetici Sia il metabolismo che la tossicità molecolare dell arsenico risultano strettamente correlati alla cancerogenesi (Salnikow & Zhitkovich, 2008). Diversi meccanismi di funzionamento sono stati associati alla sua azione tossica e fra questi sono molto importanti i processi che favoriscono l alterazione dello stato di metilazione del DNA (Apostoli & Catalani, 2008). Numerosi studi hanno indicato che l arsenico potrebbe indurre cambiamenti epigenetici (Salnikow & Zhitkovich, 2008) attraverso il 12

5 sequestro di gruppi metilici, limitando in tal modo le reazioni catalizzate da altre metiltransferasi cellulari (Sturchio et al., 2009), con conseguente ipometilazione di citosine e aumento della trascrizione (De Palma & Mozzoni, 2009). Nel metabolismo epatico, l arsenico inorganico subisce dei processi di metilazione ad opera di enzimi metiltrasferasi dipendenti dal coenzima S-adenosilmetionina (SAM). L osservazione che anche le DNA metiltransferasi richiedono SAM come donatore di gruppi metilici, ha suggerito un ruolo da parte dell arsenico inorganico nell alterazione della metilazione del DNA che può favorire l insorgenza di neoplasie (Baccarelli & Bollati, 2009). Difatti, attraverso esperimenti effettuati su cellule epiteliali di fegato di ratto trattate cronicamente con basse dosi di arsenico, Zhao et al. (1997) hanno constatato un certo rischio di trasformazione maligna associata a una riduzione dei livelli di SAM, con una generale ipometilazione del DNA e una ridotta attività delle DNA metiltransferasi (Baccarelli & Bollati, 2009). Basse concentrazioni di arsenico nei cheratinociti umani inibiscono la DNA metiltransferasi 1 (DNMT1) e la DNA metiltransferasi 3 (DNMT3A), limitando le reazioni catalizzate da questi enzimi con conseguente ipometilazione delle citosine (Sturchio et al., 2009). 13