Effect of benzophenone-3 on expression of steroid hormones receptors in rat brain.

Benzofenon-3 (2-metoksy-4-hydroksybenzofenon; BP-3) jest związkiem organicznym należącym do grupy ketonów aromatycznych. Znajduje on szerokie zastosowanie w przemyśle kosmetycznym głównie, jako filtr chemiczny będący składnikiem kremów przeciwsłonecznych. Dane literaturowe wskazują na to, że związek ten posiada powinowactwo do receptorów hormonów steroidowych i przez ich aktywację prowadzi między innymi do zaburzeń płodności u ludzi. Wpływ benzofenonu-3 na ośrodkowy układ nerwowy nie jest znany. Dotychczas nie badano stężenia tego związku w mózgu po podaniach obwodowych ani jego wpływu na proces apoptozy i poziom receptorów dla hormonów steroidowych i było to celem badań prowadzonych w ramach pracy. Badania prowadzono na dwóch grupach szczurów otrzymujących naskórnie, przez 4 tygodnie 2 x dziennie, 100 g/kg m.c. BP-3 oraz grupie kontrolnej. Celem określenia wpływu BP-3 na pamięć długotrwałą i przestrzenną przeprowadzono testy behawioralne NOR (rozpoznawanie nowego obiektu) i NOL (rozpoznawania nowej lokalizacji obiektu). Kolejno w celu stwierdzenia, czy związek przechodzi przez barierę krew-mózg, za pomocą metody LC-MS oznaczono stężenia BP-3 w surowicy oraz w wybranych strukturach mózgu najbardziej narażonych na uszkodzenia (w hipokampie i korze czołowej). Następnie przeprowadzono reakcję real-time PCR celem określenia ekspresji genów kodujących receptory estrogenowe i androgenowe (ERα, ERβ, AR, GPR30) w badanych strukturach mózgu oraz metodę western blot celem oznaczenia tych receptorów na poziomie białka. Metodą western blot oznaczono także ekspresję białka kaspazy-3 celem oceny procesu apoptozy. Badania wykazały, że benzofenon-3 jest zdolny do przechodzenia przez barierę krew-mózg. Ekspresja receptorów ERα, ERβ i GPR30 była istotnie obniżona w hipokampie, natomiast w korze czołowej obniżona ekspresja dotyczyła tylko receptorów ERβ. Aktywność kaspazy-3 zwiększona była tylko w korze czołowej. Wyniki te mogą wskazywać na ograniczenie neuroprotekcyjnego działania estrogenów w hipokampie, natomiast zwiększona apoptoza komórek w korze czołowej nie wynika raczej ze zmian w poziomie receptorów hormonów steroidowych, a prawdopodobnie związana jest z wpływem badanego związku na inne mechanizmy warunkujące przeżycie neuronów.

Benzophenone-3 (2-metoxy-4-hydroxybenzophenone; BP-3) is the organic compound belonging to aromatic ketones group. It is widely used in cosmetic industry, most common as a chemical filter in sunscreens. Literature data suggests that this compound shows affinity to steroid hormones receptors and, through their activation, may lead to disorders including fertility decrease among humans. Influence of benzophenone-3 on central nervous system still remains unknown. So far neither BP-3 concentration in brain after dermal administration nor its impact on apoptosis and receptor levels of steroid hormones were fully described. In this thesis both these problems were thoroughly investigated. Experiments were conducted on two groups of rats: one received BP-3 dermally 100 g/kg body weight twice a day for 4 weeks and second constituted control group. To determine the impact of BP-3 on long-term and spatial memory NOR (new object recognition) and NOL (new object localization) behavioral tests were conducted. Subsequently, in order to investigate whether the compound is able to cross the blood-brain barrier, LC-MS technique was used to determine BP-3 concentration in serum and two most vulnerable brain structures – hippocampus and frontal cortex. To determine the levels of gene expression coding estrogen and androgen receptors (ERα, ERβ, AR, GPR30) in investigated brain structures and to assay these receptors on protein level, the real-time PCR method and western blot methods were used respectively. Western blot method was also used to assay the expression of protein caspase-3 in order to investigate the apoptosis process.Obtained results show that benzophenone-3 is capable of crossing blood-brain barrier. Expression of ERα, ERβ and GPR30 receptors was significantly lowered in hippocampus, whereas in frontal cortex decreased expression was observed only in ERβ receptors. Activity of caspase-3 increased only in frontal cortex. These results might suggest limitation of neuroprotective action of estrogens in hippocampus. On the other hand, increased apoptosis of the cells in frontal cortex is rather not caused by changes in steroid hormones receptors level, but is probably related to the impact of BP-3 on other mechanisms determining survival of neurons.