Effects of trabectedin on the biomarker activity and microbial community structure of Danio rerio

Abstract

In recent years, concerns have been raised regarding the potential risks posed by the continuous release of pharmaceuticals into the environment and their impact on human health and the environment. Trabectedin is a marine-derived antineoplastic agent (AA) approved for treating patients with advanced soft-tissue sarcoma or ovarian cancer The scarcity of data regarding the presence of AAs agents in the environment, coupled with the uncertainty surrounding their risk potential and intrinsic characteristics such as modes of action, renders these substances a matter of significant concern. The current study aims to evaluate the toxicity of trabectedin, a cytotoxic but atypical DNA binder, on zebrafish liver cell line (ZFL), embryo-larvae and adult zebrafish Danio rerio using a comprehensive approach. Trabectedin was 60-fold more toxic to ZFL cells than to zebrafish embryo-larvae regarding mortality/cell viability. Immunofluorescence staining showed morphology alterations of ZFL-cells exposed to trabectedin in a dose-dependent manner, from 0.04 to 0.15 μg.L-1. Moreover, trabectedin induced morphological abnormalities in embryo-larvae zebrafish at concentrations lower than 50.3 μg.L-1 and increased locomotion of zebrafish larvae at 42.7 μg.L-1 under dark conditions. Enzyme activity measurements suggested that trabectedin exhibited neurotoxic potential to zebrafish larvae at 22.4 μg.L-1, and oxidative stress action to ZFL cells at concentrations 3.8 ng.L-1 and 7.6 ng.L-1. Trabectedin at 38 ng.L-1 induced cell cycle arrest, increased the subG1 cell population and increased the expression of noxa, a apoptosis-related gene. DNA damage was also observed to zebrafish larvae in a dose-response pattern ranging from 1.7 to 11.8 μg.L-1, indicating that the biochemical protection system may not be efficient in preventing trabectedin's high genotoxic hazard. Untargeted metabolomics analysis of liver samples from adult male zebrafish exposed to 1 μg.L-1 of trabectedin revealed a tendency of variation in four metabolites, namely the amino acids l-leucine and pyroglutamic acid, the beta hydroxy acid malic acid, and the alcohol myo-inositol when compared to the DMSO control. These results suggest trabectedin may damage amino acids, carbohydrates, and energy metabolism. Additionally, the 16S rRNA analysis of zebrafish gut microbiota showed that trabectedin at 1 μg.L-1 resulted in an increase in the relative abundance of the genera Gemmobacter, Reyranella, Gordonia, Clostridium, and Aquicella. These genera contribute to vital host functions such as immune regulation, nutrient absorption, and probiotic effects. The findings of this study were congregated into an Adverse Outcome Pathway (AOP), which can potentially be utilized for future legislative purposes. In conclusion, this study reveals that trabectedin exhibits significant toxicity across various life stages of zebrafish, impacting vital biological functions, underscoring the potential risks associated with its environmental presence..

Nos últimos anos, aumentou a atenção em relação aos riscos potenciais para a saúde humana e ambiental resultantes da liberação contínua de produtos farmacêuticos no meio ambiente. A trabectedina é um antineoplásico (AA) de origem marinha aprovada para tratamento de pacientes com sarcoma avançado de tecidos moles ou câncer de ovário. A escassez de dados sobre a presença de AAs no meio ambiente, juntamente com a incerteza em relação ao seu potencial de risco e suas características intrínsecas, como os modos de ação, fazem dessas substâncias uma fonte de preocupação significativa. O objetivo deste estudo é avaliar a toxicidade da trabectedina, uma substância citotóxica, utilizando uma linha celular de fígado (ZFL) de peixe-zebra, embriões, larvas e adultos de peixe-zebra através de uma abordagem inovadora e integrativa. A trabectedina foi 60 vezes mais tóxica para células de ZFL do que embriões de peixe-zebra em termos de mortalidade/viabilidade celular. A técnica de coloração por imunofluorescência mostrou alterações morfológicas nas células ZFL de forma dose-dependente, de 0.04 a 0.15 μg.L-1 de trabectedina. Além disso, a trabectedina induziu malformações em embriões e larvas de peixe-zebra em concentrações inferiores a 50.3 μg.L-1, bem como o aumento da locomoção de larvas em 42.7 μg.L-1 sob ausência de luz. Medições da atividade de enzimas de estresse sugeriram que a trabectedina tem potencial neurotóxico para larvas de peixe-zebra a 22.4 μg.L-1, e ação de estresse oxidativo em células ZFL nas concentrações 3.8 ng.L-1 e 7.6 ng.L-1. A trabectedina a 38 ng.L-1 atrasou o ciclo celular, aumentou a população de células em subG1 e aumentou a expressão do gene noxa, relacionado com processos de apoptose. Danos no DNA foram observados em larvas de peixe-zebra em padrão dose-resposta entre 1.7 a 11.8 μg.L-1, indicando que o sistema de proteção bioquímica pode não ser suficiente para evitar os danos genotóxicos da trabectedina. A análise metabolómica não direcionada em amostras de fígado de peixe-zebra adultos expostos a 1 μg.L-1 de trabectedina revelou uma tendência de variação em quatro metabólitos em comparação com o controle: os aminoácidos L-leucina e ácido piroglutâmico, o beta-hidroxiácido ácido málico e o álcool mio-inositol. Esses resultados sugerem que a trabectedina pode causar dano no metabolismo energético, de aminoácidos e carboidratos. Além disso, a análise de 16S rRNA do microbioma intestinal do peixe-zebra revelou que a exposição à 1 μg.L-1 de trabectedina resultou em um aumento na abundância relativa dos gêneros Gemmobacter, Reyranella, Gordonia, Clostridium e Aquicella. Esses gêneros têm funções importantes para o organismo hospedeiro, como a regulação do sistema imunológico, absorção de nutrientes e funcionalidade probiótica. Os resultados deste estudo foram reunidos em um piloto de ``Adverse Outcome Pathway´´ (AOP). Em conclusão, este estudo revela que a trabectedina exibe significativa toxicidade em diferentes estágios de vida do peixe-zebra, afetando funções biológicas vitais e destacando os potenciais riscos associados à sua presença no ambiente..