Kemikalier som finns i cigarettrök, fabriker och förbränningsugnar kan störa de avgörande tidiga stadierna av embryoutveckling, föreslår ny forskning från Francis Crick Institute.

Studien, publiceras i Stamcellsrapporter , undersökte effekterna av kemikalier som aktiverar arylkolvätereceptorn i musstamceller och embryon. Denna receptor slås normalt på och av av naturliga processer i kroppen, men arylkolväten som produceras genom ofullständig förbränning eller industriella processer kan hålla den påslagen. När gravida möss utsattes för syntetiska arylkolväten, utvecklingen av deras embryon påverkades i mycket tidiga skeden.

Problem med embryoutveckling leder vanligtvis till missfall eller dödfödsel, medan det tidigare har visats att embryon som utvecklas efter arylkolväteexponering ofta har utvecklingsproblem inklusive gomspalt. Tills nu, dock, den molekylära mekanismen genom vilken sådana kemikalier påverkar utvecklingen var inte känd.

Den nya studien har nu avslöjat att arylkolväten påverkar det grundläggande nätverket som talar om för celler vid utveckling av embryon vilken celltyp de ska bli.

"Celler i det tidiga embryot börjar alla som 'totipotenta' celler, vilket betyder att de kan bli vilken celltyp som helst i kroppen eller moderkakan, "förklarar Dr Manolis Gialitakis från Francis Crick Institute, tidningens första författare. "Det tidigaste valet som en cell gör är om den ska bli en embryonal stamcell, eller en celltyp som så småningom kommer att utgöra en del av moderkakan. Embryonala stamceller står sedan inför valet om de ska bli celler som kommer att bilda gulesäcken eller de som ger upphov till embryot.

"Genom att analysera embryonala stamceller och embryon i olika utvecklingsstadier, vi fann att arylkolväten påverkar båda dessa grundläggande beslut. Detta liksom andra störningar ledde till att en betydande del av embryon inte utvecklades alls, betonar den avgörande karaktären hos dessa tidiga differentieringsbeslut. Embryoutveckling är otroligt komplex, så tidpunkten för varje cellbeslut är nyckeln till framgångsrik utveckling. Vi identifierade ett brett utbud av proteiner som interagerar med arylkolvätereceptorn, vilket gjorde det möjligt för oss att kartlägga de olika processer som påverkas när den är onormalt aktiverad."

Arylkolvätereceptorn (AhR) spelar en viktig roll för människors hälsa, och låga nivåer av arylkolväten finns naturligt runt omkring oss. Dock, det finns många källor till syntetiska arylkolväten som dioxiner som inte metaboliseras och kan stanna i människokroppen under lång tid, orsakar allvarlig skada.

"Det är slående att se hur i grunden dessa kemikalier kan förändra embryonutvecklingen, " säger Dr Gialitakis. "Som de finns i tobaksrök, detta kan hjälpa till att förklara hur rökning kan leda till fosterskador och lägre fertilitet. Eftersom dessa kemikalier kan stanna i kroppen under lång tid, rökare som vill ha barn bör överväga att sluta flera månader innan de försöker bli gravida."

Dr Brigitta Stockinger, senior författare till tidningen från Francis Crick Institute, säger:"Vi vet redan att AhR fungerar som ett viktigt kontrollcenter för att upprätthålla vårt immunförsvar, speciellt i våra tarmar, lungor och hud. Denna senaste studie bygger på vår kunskap och visar att exponering av stamceller för AhR-aktivering, särskilt om det är långvarigt och ofysiologiskt, spelar en skadlig roll under de tidigaste dagarna av embryoutveckling. Vi tittar nu på konsekvenserna av övergående AhR -aktivering av fysiologiska ligander jämfört med långvarig aktivering av kemikalier som är svåra att metabolisera. "