Placental Endocrine Disruption Induced by Cadmium: Effects on P450 Cholesterol Side-Chain Cleavage and 3β-Hydroxysteroid Dehydrogenase Enzymes in Cultured Human Trophoblasts

Abstract

We previously suggested that cadmium (Cd), an environmental toxicant and constituent of tobacco smoke, inhibits progesterone secretion in cultured human placental trophoblasts by inhibiting low-density lipoprotein receptor mRNA expression. In the current study, we investigated whether Cd also disrupts progesterone synthesis via P450 cholesterol side-chain cleavage (P450(scc)) and 3beta-hydroxysteroid dehydrogenase (3beta-HSD), enzymes that play important roles in placental steroidogenesis. Human cytotrophoblasts were purified by density gradient centrifugation and incubated in Dulbecco modified Eagle medium + 10% fetal bovine serum with 0, 5, 10, or 20 microM CdCl(2) for 96 h. Cells progressed to syncytiotrophoblastic maturity regardless of treatment. No differences (P > 0.05) in cell protein and lactate dehydrogenase activity were observed between untreated trophoblasts and those treated with CdCl(2). However, P450(scc) and 3beta-HSD mRNA transcript levels declined in a dose-dependent manner (P <0.05) in trophoblasts cocultured with 5, 10, or 20 microM CdCl(2). P450(scc) activity was similarly inhibited (P < 0.05) by CdCl(2) treatment, although 3beta-HSD activity was not significantly affected. Coculture with 8-bromo-cAMP enhanced progesterone secretion in untreated cultures but did not reverse the decline in progesterone secretion induced by CdCl(2) treatment. CdCl(2) failed to influence cAMP content in cultured cells. Collectively, results suggest that P450(scc) enzyme is another site at which Cd interferes with placental progesterone production. However, it is unlikely that an inhibition of cAMP is involved with the inhibition of progesterone biosynthesis by Cd in human trophoblasts.

Cadmium reduces 11β-hydroxysteroid dehydrogenase type 2 activity and expression in human placental trophoblast cells

“…Furthermore, progesterone levels were inversely correlated with levels of cadmium in placentas of women who smoked during pregnancy (61). There is also direct evidence that cadmium reduces the biosynthesis of progesterone in cultured human trophoblast cells (32,33,38). Given that progesterone plays a key role in maintaining myometrial quiescence (11,13), the cadmiuminduced downregulation of placental progesterone synthesis may provide a mechanistic basis for the association between smoking and premature delivery.…”

Cadmium in human and animal organisms. III. Effect on reproductive system

“…Як свідчать результати досліджень in vitro, такі ефек ти зумовлюються порушеннями розвитку ембріона перед імплантацією, особливо на стадії бластоцисти, пригніченням процесу імплантації зародка під впливом Cd 2+ [21]. Показано, що, безпосередньо діючи на трофобласт, Кадмій спричиняє морфо логічні й метаболічні зміни в клітинах (агрегація ядерного хроматину, везикуляція лізосом, кальцифікація мітохондрій) і їхнє руйнування [39,41,48]. Впливаючи на плід у період органогенезу, Кадмій спричиняє дефекти розвитку нервової трубки, зачатків кінцівок і черепнолицевої ділянки [17,20].…”

“…Подібні ефекти виявлено у тва рин після введення Cd 2+ у дозах 3-5 мг/кг [59]. За умов in vitro Cd 2+ інгібує синтез прогестерону в клітинах трофобласта людини [39,41], а також гранульозних клі тинах яєчника жінок і самок щура [58]. В інших експериментах, навпаки, установ лено стимуляцію синтезу прогестерону під впливом Cd…”

“…Вважають, що в особливостях прояву ефектів Кадмію важливу роль відіграє неоднозначний вплив на процес перетворення холестеролу в прегненолон (попе редник прогестерону) за участю цитохрому P450, який каталізує розщеплення біч ного ланцюга молекули (P450scc) [41]. У культивованих клітинах плаценти зумов лене Cd 2+ пригнічення синтезу прогестерону відбувається співрозмірно зі змен шенням активності P450scc [32,41].…”

“…У культивованих клітинах плаценти зумов лене Cd 2+ пригнічення синтезу прогестерону відбувається співрозмірно зі змен шенням активності P450scc [32,41]. З використанням гранульозних клітин яєчника свині встановлено, що за низьких концентрацій (0,6-3,0 мкM) Cd 2+ дозозалежно ак тивує промотор гена P450scc, а за концентрації 5 мкM -пригнічує, водночас зумов M -пригнічує, водночас зумов -пригнічує, водночас зумов люючи зниження рівня прогестерону, зменшення кількості клітин і розвиток морфо логічних змін у їхній структурі [68].…”