Effects of the endocrine active compound triphenyltin on development of male and female rats after pre- and postnatal exposure

Abstract

Triphenyltin (TPT) is an organotin compound (OTC) previously widely used as an antifouling agent in paints applied in the marine environment, a fungicide, and as an agricultural pesticide. Certain OTCs are immunotoxic and may also have endocrine disrupting properties resulting in adverse effects on the reproductive tract in mollusks and mammals. In recent years, many physical and behavioral disorders in humans have been attributed to the exposure to ubiquitous environmental chemicals such as OTCs. Since effects of in utero exposure to endocrine disrupting chemicals on the reproductive system are dependent on the critical window of exposure during its development, we conducted a comprehensive study with the aim to identify the most sensitive window of exposure to TPT and to investigate the effects of in utero and lactational exposure to TPT on pregnancy outcome, postnatal and sexual development as well as aromatase activity in rats. Gravid Wistar rats were treated per gavage from gestational day 6 until the end of lactation at dose levels of 2 or 6 mg TPT/kg bw. In the 6 mg TPTCl dose group, gestational mortality in dams and an increased incidence of anticipated and delayed parturition were observed. Furthermore, treatment resulted in a significant increase in perinatal mortality, a decrease in lactational body weight gain as well as in delayed physical maturation of offspring. Similarly, exposure to 2 mg TPTCl/kg b.w. resulted in a significant increase in perinatal mortality and in delayed eye opening. At weaning, the remaining offspring in the 2 mg/kg bw dose group were divided into two groups, one of which was treated until sacrifice in adulthood while the other received no further treatment. Selected animals were sacrificed on postnatal days (PND) 1, 21 and in adulthood from PND 58. A clear sex difference in response to treatment was observed. Male postnatal development was severely affected with decreases in body weight gain, reproductive organ weights and testosterone concentration as well as a significant delay in the age at preputial separation. In contrast, females exhibited a precocious completion of vaginal opening while all other endpoints were unaffected. While brain aromatase activity was significantly increased on PND 21 and at adulthood in female offspring, male offspring exhibited a significant decrease in brain aromatase activity only at adulthood. Ovarian aromatase activity was unaffected at both time points investigated. In contrast, testicular aromatase activity was significantly increased in males on PND 21 and significantly decreased at adulthood irrespective of the duration of treatment. We conclude that TPT administered during the particularly vulnerable period of development affects postnatal and sexual development as well as aromatase activity in rat offspring in a sex-dependent manner, with the male rat being more susceptible to disturbances through this endocrine active compound than the female.

Organozinnverbindungen finden in zahlreichen Bereichen, wie z.B. industrielle Katalysatoren und Stabilisatoren oder industrielle und landwirtschaftliche Biozide Anwendung. Sie können verschiedene Auswirkungen auf die männlichen und weiblichen Reproduktionsorgane bei Nagetieren induzieren und erzeugen außerdem in solchen Organen Tumore (Hoden, Hypophyse), für deren Ursache endokrine Störungen vermutet werden können. Untersucht wurden die Auswirkungen der Behandlung mit der Organozinnverbindung Triphenylzinn während der prä-, und postnatalen Entwicklungsphase von Ratten. Für die prä,- peri,- und postnatale Entwicklung der weiblichen wie männlichen Reproduktionsorgane spielt das Enzym Aromatase, welches die Umwandlung von Testosteron zu Östradiol katalysiert eine zentrale Rolle. Die Untersuchungen umfassten bei männlichen Nachkommen die Körpergewichtsentwicklung, den Zeitpunkt der Präputialseparation, das Gewicht von Hoden, Nebenhoden, Samenblase und ventraler Prostata, das Gewicht von Leber und Thymus, die Testosteronkonzentration im Blut und die Messung der Aromataseaktivität im Gehirn und im Gonadengewebe. Die Untersuchungen der weiblichen Nachkommen umfassten die Körpergewichtsentwicklung, den Zeitpunkt der Vaginalöffnung, das Gewicht von Uterus und Ovarien, das Gewicht von Leber und Thymus, die Estradiol- und Progesteronkonzentration im Blut, sowie die Messung der Aromataseaktivität im Gehirn und im Gonadengewebe. Muttertiere (trächtige Wistar Ratten) wurden ab dem Tag 6 der Trächtigkeit bis zum Ende der Laktationsperiode per Sonde mit Dosierungen von 2 mg TPT/kg Körpergewicht und 6 mg TPT/kg Körpergewicht behandelt. Dies bedeutet, dass die Nachkommen sowohl transplazentar, als auch via Muttermilch exponiert wurden. Nach Absetzen der Nachkommen wurde eine Gruppe weiter behandelt und die andere nicht mehr exponiert. Ausgewählte Tiere wurden an den postnatalen Tagen (PND) 1, 21 und im Erwachsenenalter (PND 58) getötet. Die Organe der männlichen Nachkommen wurden an PND 1, PND 21, sowie PND 58 entnommen und für die weiteren Untersuchungen entsprechend aufgearbeitet. Bei den weiblichen Nachkommen wurden ab PND 58 Vaginalabstriche zur Zyklusbestimmung angefertigt und die Organe dann in der ersten Östrusphase nach PND 58 entnommen und ebenfalls für die weiteren Untersuchungen aufgearbeitet. In der 6 mg TPTCl Dosisgruppe wurde eine verzögerte Geburt beobachtet. Darüber hinaus führte die Behandlung zu einer deutlichen Steigerung der perinatalen Mortalität, zu einer Abnahme der Gewichtszunahme in der Stillzeit sowie zu einer verzögerten körperlichen Entwicklung der Nachkommen. Die Exposition mit 2 mg TPTCl / kg Körpergewicht führte zu einer signifikanten Erhöhung der perinatalen Mortalität und einem verzögerten Öffnen der Augen. Es wurde ein deutlicher Geschlechtsunterschied bei der Reaktion auf die Behandlung beobachtet. Während der postnatalen Entwicklung der männlichen Nachkommen wurde eine Abnahme des Körpergewichts, des Gewichts der Fortpflanzungsorgane und der Testosteronkonzentration beobachtet, sowie eine erhebliche Verzögerung der Präputialseparation. Im Gegensatz dazu war bei den weiblichen Nachkommen war der Zeitpunkt der der Vaginalöffnung verfrüht, während alle anderen Endpunkte unverändert waren. Während im Gehirn der weiblichen Nachkommen die Aktivität der Aromatase an PND 21 und bei den adulten Tieren deutlich erhöht war, zeigte sich bei den männlichen Nachkommen eine signifikante Abnahme der Aromataseaktivität im Gehirn nur bei den Adulten. Die Aromataseaktivität in den Eierstöcken wurde zu beiden Zeitpunkten untersucht und war unverändert. Im Gegensatz dazu war die Aromataseaktivität im Hoden bei den männlichen Nachkommen an PND 21 deutlich erhöht. Die Schlussfolgerung ist, dass TPT besonders während der vulnerablen Phase der Entwicklung die postnatalen und sexuelle Entwicklung, sowie die Aktivität der Aromatase in Rattennachkommen geschlechtsabhängig beeinflusst, wobei männliche Ratten anfälliger für Störungen durch diesen endokrinen Wirkstoff sind als die Weibchen.