The effect of two environmental pollutants on the spermatogenesis and hormone production in zebrafish (Danio rerio) testis, ex vivo

Abstract

The reproductive health of man and wildlife is declining and it might be caused by environmental toxins. The main objective of this study has been to establish the already known method for ex vivo organ culture for the first time in Norway and optimize this for use in toxicological studies. The second objective was to set up and optimize a method for measuring the hormone production in the testes after exposure. A third aim was to use these methods to investigate the effect of two known environmental pollutants, tetrabromobisphenol A (TBBPA) and bisphenol A (BPA), on the spermatogenesis and androgen production in zebrafish (Danio rerio) testes. The testes were dissected and transferred to a submersion culture for 24 hours before the media was collected and the hormone concentration measured by LC-MS/MS. Subsequently, the testes were incubated in a whole organ culture system for 7 days, before morphological studies were performed. For both culture conditions, the testes were exposed to either 10-6 M TBBPA or 10-5 M BPA. After harvest, the testes were weighted, fixated, embedded in plastic and sectioned. A subset of sections from each testicle was stained and analyzed by the number of viable germ cell cysts per area. The results from the two methods revealed that TBBPA exposure have a negative effect on the total number of cysts/area and the 11-ketotestosterone (11-KT) production. BPA exposure caused no statistically significant effects on either hormone production or morphology.

Sammendrag:

Mennesker og dyrs reproduktive helse blir stadig dårligere, en av årsakene til dette kan være eksponering for miljøgifter. Målet for denne oppgaven var å etablere en ex vivo testikkel organkultur for fisk i Norge og optimalisere den for bruk i toksikologiske studier. I tillegg skulle det settes opp og optimalere en metode for å måle hormonproduksjonen i testiklene fra organkulturen. Deretter skulle disse metodene brukes til å sjekke effekten av de to miljøgiftene, tetrabromobisphenol A (TBBPA) og bisphenol A (BPA), på spermatogenesen og androgenproduksjonen i zebrafisk-testiklene (Danio rerio). Hormonproduksjonen ble målt ved Liquid Chromatography–Mass Spectrometry/Mass Spectrometry (LC-MS/MS). Testiklene ble dissekert og nedsunket i medium i 24 timer før mediet ble høstet og hormonproduksjonen målt med LC-MS/MS. Deretter ble testiklene inkubert i en hel-organ kultur i 7 dager før de morfologiske undersøkelsene ble gjort. For begge metodene ble testiklene eksponert til enten 10-6 M TBBPA eller 10-5 M BPA. Etter høsting ble testiklene veid, fiksert, støpt i plastikk og snittet. En del av snittene fra hver testikkel ble så farget og analysert for totalt antall levedyktige germcelle-cyster per areal. Resultatene fra de to metodene viste at TBBPA-eksponering hadde en negative effekt på det totale antall cyster/areal og på produksjonen av 11-ketotestosteron. Eksponering med BPA viste ingen statistisk signifikant effekt på hverken hormon produksjonen eller morfologien.