Meccanismi della tossicità acuta della diossina in cellule INS-1

La diossina è uno dei più noti e pericolosi contaminanti ambientali. Diversi studi epidemiologici hanno evidenziato una possibile correlazione fra esposizione alla diossina e insorgenza del diabete di tipo 2 (NIDDM). Nonostante ciò, gli effetti della diossina sulla funzione secretoria delle cellule beta del pancreas non sono stati ancora studiati in maniera approfondita. Lo scopo di questa tesi è stato quello di caratterizzare la tossicità della 2,3,7,8-tetraclorodibenzo-p-diossina (TCDD), utilizzando la linea cellulare INS-1, che è considerata un affidabile modello sperimentale per le cellule beta pancreatiche insulino-secernenti.
Inizialmente abbiamo studiato gli effetti di 1 ora di esposizione a diverse concentrazioni (0, 1, 3, 6, 12, 25 e 50 nM) di TCDD sulla sopravvivenza cellulare. I risultati ottenuti mostrano che, all’aumentare della dose di TCDD, si osserva un progressivo declino della sopravvivenza cellulare. In particolare, una drammatica riduzione della sopravvivenza cellulare si verifica in seguito all’esposizione a dosi di TCDD comprese fra 12 e 25 nM. Dal punto di vista ultrastrutturale, lo studio della morfologia cellulare al microscopio elettronico ha permesso di stabilire che la morte cellulare si associa ad una estensiva degranulazione delle cellule, alla comparsa di vacuoli autofagici contenenti strutture citoplasmatiche ed in particolare mitocondri, alla condensazione periferica della cromatina nucleare e alla progressiva scomparsa degli organuli citoplasmatici. Il pre-trattamento delle cellule con l’antiossidante deidroascorbato (0.5 mM) è in grado di fornire solo una modesta protezione nei confronti della citotossicità da TCDD. D’altra parte, l’incubazione per 1 ora con TCDD non provoca significative variazioni dei livelli intracellulari di glutatione ridotto. Una significativa e molto più evidente protezione può essere invece ottenuta utilizzando il flavonoide di origine vegetale epigallocatechina gallato (200 μM), che sembra agire come inibitore del recettore arilico, al quale si lega la TCDD una volta entrata nella cellula. Nel tentativo di individuare un possibile meccanismo della citotossicità della TCDD, abbiamo dimostrato che l’esposizione delle cellule INS-1 alla TCDD provoca rapidamente (nel giro di pochi secondi) un drammatico aumento della concentrazione intracellulare di Ca2+ fino a raggiungere livelli in grado di danneggiare gravemente le cellule, probabilmente agendo a livello mitocondriale. Infine, abbiamo studiato gli effetti di 1 ora di incubazione con dosi non citotossiche di TCDD (0.05, 0.5 e 1.0 nM) sulla funzione secretoria delle cellule INS-1. I nostri risultati indicano che la TCDD è in grado di far diminuire significativamente, in maniera dose-dipendente, la secrezione di insulina stimolata da dosi crescenti di glucosio (2.8, 5.6, 8.3 e 11.2 mM) rispetto a quella delle cellule di controllo. Come ulteriore conferma del ruolo importante dei mitocondri nel meccanismo della tossicità da TCDD, abbiamo dimostrato che la secrezione di insulina stimolata da una concentrazione depolarizzante di KCl (30 mM) non è influenzata dall’esposizione alle stesse dosi di TCDD in grado invece di inibire la secrezione stimolata dal glucosio.
In conclusione, i nostri risultati dimostrano che la TCDD è in grado di indurre un grave danno acuto delle cellule INS-1 a concentrazioni comprese fra 10 e 50 nM, e che concentrazioni ancora minori, non citotossiche, di TCDD possono provocare significative alterazioni della funzione secretoria di queste cellule. Queste osservazioni potrebbero assumere particolare importanza in relazione alla sempre maggiore incidenza del diabete di tipo 2 registrata negli ultimi decenni. Tale osservazione ha infatti indotto diversi autori ad ipotizzare l’intervento di fattori ambientali ancora sconosciuti che andrebbero ad aggiungersi ai classici fattori legati alla dieta e alla mancanza di esercizio fisico nella patogenesi di questa malattia.