Cationic nanoplastic causes mitochondrial dysfunction in neural progenitor cells and impairs hippocampal neurogenesis

神经发生 海马结构 神经干细胞 祖细胞 细胞生物学 化学 干细胞 生物 内分泌学
作者
Seonguk Yang,Seulah Lee,Yujeong Lee,Jung-Hyun Cho,Sou Hyun Kim,Eun‐Sol Ha,Young‐Suk Jung,Hae Young Chung,Min‐Soo Kim,Hyung Sik Kim,Seung‐Cheol Chang,Kyung‐Jin Min,Jaewon Lee
出处
期刊:Free Radical Biology and Medicine [Elsevier BV]
卷期号:208: 194-210 被引量:50
标识
DOI:10.1016/j.freeradbiomed.2023.08.010
摘要

Nanoplastics (NPs) exposure to humans can occur through various routes, including the food chain, drinking water, skin contact, and respiration. NPs are plastics with a diameter of less than 100 nm and have the potential to accumulate in tissues, leading to toxic effects. This study aimed to investigate the neurotoxicity of polystyrene NPs on neural progenitor cells (NPCs) and hippocampal neurogenesis in a rodent model. Toxicity screening of polystyrene NPs based on their charge revealed that cationic amine-modified polystyrene (PS-NH3+) exhibited cytotoxicity, while anionic carboxylate-modified polystyrene (PS-COO-) and neutral NPs (PS) did not. NPCs treated with PS-NH3+ showed a significant reduction in growth rate due to G1 cell cycle arrest. PS-NH3+ increased the expression of cell cycle arrest markers p21 and p27, while decreasing cyclin D expression in NPCs. Interestingly, PS-NH3+ accumulated in mitochondria, leading to mitochondrial dysfunction and energy depletion, which caused G1 cell cycle arrest. Prolonged exposure to PS-NH3+ in C17.2 NPCs increased the expression of p16 and senescence-associated secretory phenotype factors, indicating cellular senescence. In vivo studies using C57BL/6 mice demonstrated impaired hippocampal neurogenesis and memory retention after 10 days of PS-NH3+ administration. This study suggests that NPs could deplete neural stem cell pools in the brain by mitochondrial dysfunction, thereby adversely affecting hippocampal neurogenesis and neurocognitive functions.
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