UN APPROCCIO A LIVELLO DI SISTEMA PER DECIFRARE GLI EFFETTI DI ALTERAZIONE ENDOCRINA DELL'AFLATOSSINA B1

Aflatoxins are a family of secondary metabolites produced by differentspecies of Aspergillus sp. Aflatoxin contamination in crops, foods andanimal feed can occur in any time pre and post-harvest stage, making itdifficult to control the contamination rate of foods. Despite the strict regulations, aflatoxins contaminations are still widespread and contaminatedfoods are causative of a large part of hepatocellular carcinoma (HCC) andaflatoxicosis in many countries. The most studied and toxic aflatoxin isAflatoxin B1 (AFB1). The carcinogenic effects act through two mainways: forming alkylated DNA adducts and by oxidative stress. The firstway act through the highly reactive metabolite AFB1-exo and -endo 8,9epoxide (Epo-AFB1) that can intercalate with DNA and react with N 7 ofGuanine. The second way the increased levels of reactive oxygen species(ROS) damages the DNA, proteins and lipids. Also, studies of differentialgene expression concerning the AFB1 exposure on placental and testiculartissues suggested AFB1 as a potential endocrine disruptor. We hypothesisethat prolonged exposures to Aflatoxin B1 and its metabolites can directlyinteract with Estrogen Receptors (ERs) α and β , impairing gene expression and pathways related to this class of receptors. We used an integrativesystem biology approach that considered structural information from thereceptors and aflatoxins, gene expression data and protein-protein interaction (PPI) network analysis to test the hypothesis. Molecular Dockingsimulations and interaction analysis suggest that AFB1 can enter the binding site. Differentially expressed genes and biological processes observedafter AFB1 and ethinylestradiol exposures both in vitro and in vivo, highlighted key processes and expression of genes involved in liver diseasesand carcinogenesis. Finally, the protein-protein interaction network highlighted the strong estrogenic components providing an additional hint ofthe estrogenic component in the mechanisms of action of aflatoxin.

Le aflatossine sono una famiglia di metaboliti secondari prodotti da diverse specie di Aspergillus sp. La contaminazione da aflatossine nelle colture, negli alimenti e nei mangimi per animali può verificarsi in qualsiasi momento prima e dopo la raccolta, rendendo difficile il controllo del tasso di contaminazione degli alimenti. Nonostante le rigide normative, le contaminazioni da aflatossine sono ancora molto diffuse e gli alimenti contaminati sono causa di gran parte dello sviluppo di carcinomi epatocellulare (HCC) e aflatossicosi in molti paesi. L’aflatossina più studiata e tossica è l’aflatossina B1 (AFB1). Gli effetti cancerogeni agiscono attraverso due modalità principali: formando addotti alchilati del DNA e lo stress ossidativo. Nel primo caso i metaboliti altamente reattivi AFB1-exo e -endo 8,9 epossido (Epo-AFB1) possono intercalarsi con il DNA e reagire con N 7 di Guanina. Nel secondo caso, l’aumento dei livelli di specie reattive dell’ossigeno (ROS), causa danni a DNA, proteine e lipidi. Inoltre, studi di espressione genica differenziale riguardanti l’esposizione all’AFB1 sul tessuto placentare e testicolare, hanno suggerito l’AFB1 come un potenziale interferente endocrino. Si ipotizza che esposizioni prolungate all’Aflatossina B1 e ai suoi metaboliti possano interagire direttamente con i recettori degli estrogeni (ER) α e β , alterando l’espressione genica e le vie correlate a questa classe di recettori. In questo studio abbiamo utilizzato un approccio di biologia dei sistemi integrati che considera le informazioni strutturali dai recettori e dalle aflatossine, i dati di espressione genica e l’analisi di rete dell’interazione proteina-proteina (PPI) per testare l’ipotesi. Le simulazioni di docking molecolare e l’analisi d’interazione suggeriscono che AFB1 può entrare nel sito di legame. Geni espressi in modo differenziale e processi biologici osservati dopo esposizioni ad AFB1 ed etinilestradiolo, hanno evidenziato - sia in vitro che in vivo - l’attivazione di processi chiave ed espressione di geni coinvolti nelle malattie del fegato e nella carcinogenesi. Infine, la rete di interazione proteina-proteina ha messo in luce le forti proprietà estrogeniche suggerendo il coinvolgimento dei recettori degli estrogeni nei meccanismi di azione delle aflatossine.