Cambios inducidos por tolueno y xileno en el estado energético y oxidativo de mitocondrias aisladas

Abstract

Tolueno y xileno son compuestos químicos presentes en varios solventes y otros productos industriales y de laboratorio; su toxicidad para el sistema nervioso central y el hígado ha sido bien documentada. En el presente trabajo, se han estudiado los efectos in vitro de tolueno y de xileno sobre la respiración de mitocondrias aisladas de hígado de rata energizadas con succinato evaluada por medición del consumo de oxígeno, el potencial de membrana usando safranina O como indicador, la liberación de Ca2+ usando Calcium Green 5N, la producción de especies reactivas de oxígeno (EROs) con ácido homovanílico, y los cambios en el nivel de ATP utilizando el sistema luciferina-luciferasa. El hinchamiento mitocondrial, dependiente de Ca2+, sensible a ciclosporina A, un indicador de transición de permeabilidad de la membrana (TPM) mitocondrial, fue monitoreado con la medición de la disminución de la absorbancia aparente a 540 nm. Tolueno y xileno, a concentraciones 0.5-2.5 y 0.25-1 mM, respectivamente, estimularon la respiración de estado 4 en asociación aparente con la disipación del potencial de membrana y la liberación de Ca2+; estos efectos de ambos solventes indican desacoplamiento mitocondrial. A concentraciones mayores (2.5 y 5 mM, respectivamente), tolueno y xileno también inhibieron el estado 3 de respiración. A concentraciones 0.1-1 mM, xileno ocasionó una producción significante de EROs y un hinchamiento mitocondrial parcialmente dependiente de Ca2+ y parcialmente sensible a ciclosporina A. A una concentración 1mM, tolueno o xileno causaron depleciones del ATP mitocondrial hasta niveles del 66.3% y 40.3%, respectivamente; las depleciones fueron sólo ligeramente dependientes de Ca2+. Se concluyó que el desacoplamiento mitocondrial causante de la depleción de ATP puede ser responsable de la toxicidad celular de tolueno y en particular, de xileno, descrita por otros investigadores. En el último caso, parecen también estar involucrados la TPM y la generación de EROs. Palabras Clave: Tolueno, Xileno, Mitocondria, Desacoplamiento, Especies Reactivas de Oxígeno.

--- Toluene and xylene are chemicals present in various solvents and other industrial and laboratory products; their toxicity to the nervous system and to the liver has been well documented. In the present work, we have studied in vitro effects of toluene and xylene on the respiration of succinate-energized isolated rat liver mitochondria, evaluated by measuring oxygen consumption, membrane potential using safranine O as indicator, Ca2+ release using calcium green 5N, reactive oxygen species (ROS) by homovanillic acid, and ATP level changes using the luciferin-luciferase system. Ca2+-dependent, cyclosporine A-sensitive mitochondrial swelling, an indicator of mitochondrial permeability transition (MPT), was followed by measuring the decrease of apparent absorbance at 540 nm. At 0.5-2.5 and 0.25-1 mM concentrations respectively, toluene and xylene stimulated state 4 respiration in apparent association with mitochondrial membrane potential dissipation and Ca2+ release; these effects of both solvents indicate mitochondrial uncoupling. At higher concentrations (2.5 and 5 mM respectively) toluene and xylene also inhibited state 3 respiration. At 0.1-1 mM concentrations, xylene elicited significant ROS generation and partly Ca2+-dependent and partly cyclosporine A-sensitive mitochondrial swelling. At 1 mM concentration, toluene or xylene caused depletions of mitochondrial ATP, amounting to respectively 66.3% and 40.3%; depletions were only slightly dependent on Ca2+. It was concluded that mitochondrial uncoupling via ATP depletion migth be responsible for the earlier described cell toxicity of toluene and in particular, of xylene. In the latter case, mitochondrial generated ROS and MPT also appear to be involved. Key Words: Toluene; Xylene; Mitochondria; Uncoupling; Reactive oxygen species.