PRELIMINARY EVIDENCE OF ENDOCRINE DISRUPTION IN THE RED MULLET, MULLUS BARBATUS,

FROM THE NW MEDITERRANEAN

Rebeca Martín, Ramón Lavado, Rémi Thibaut, and Cinta Porte 

*

Environmental Chemistry Dept. IIQAB-CSICBarcelona, Spain - * cpvqam@cid.csic.es

Abstract

Red mullets (Mullus barbatus) from the NW Mediterranean were collected to assess potential alterations of the endocrine system as a

consequence of pollution exposure. Ovarian P-450 aromatase and liver UDP-glucuronyl transferases, two enzymes that might modulate

synthesis and inactivation of endogenous steroids, were determined in field collected specimens. During the spring sampling (before

reproduction), low P450 aromatase activity was recorded in females from the most impacted sites (Cortiou and Fos). After reproduction,

enhanced glucuronidation of testosterone and estradiol by liver microsomal fractions was detected in specimens from those sites. The study

describes for the first time some evidence of endocrine disruption in red mullets from the NW Mediterranean.

Keywords: P450 aromatase, UGTs, red mullet

Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

533

The Western Mediterranean is the recipient of extensive urban and

industrial waste-water discharges from bordering countries, and at the

same time is an attractive recreational region; it is thus in need of tools

for environmental risk assessment. Some recent studies have

determined biochemical and cellular responses to pollutants in coastal

fish (1-4) in an attempt to assess the toxicity of chemicals that are

currently released into the marine environment. Recently, some

evidences of endocrine alterations and intersexuality in pelagic fish

predators have been reported (5-6), but the interference of pollutants

with the endocrine system of coastal fish is largely unknown.

In this study, we have focussed on the red mullet Mullus barbatus,

because it is a benthic and territorial fish of commercial interest in the

region, which has been used in several studies of coastal pollution

monitoring. Specimens were collected in spring and autum 2001 from

4-7 sites along the NW Mediterranean. The impact of coastal

pollution was assessed by the combined determination of a battery of

biochemical markers, namely 7-ethoxyresorufin O-deethylase

(EROD), UDP-glucuronyl transferases, catalase, and

acetylcholinesterase. Those markers indicated strong differences

among sampling sites (Fig. 1), the highest degree of stress detected in

red mullets from Cortiou (urban and industrial area) and Fos (oil

exposure), but also in specimens from the Ebro Delta (pesticide

exposure). Levels of alkylphenols, mainly nonylphenol (NP) and

octylphenol (OP) were determined in fish bile as a measure of recent

exposure to this type of compounds. High levels of alkylphenols were

detected in fish from Cortiou, under the in?uence of Marseille (0.25

µ

g OP/g, 28 

µ

g NP/g), that appeared as highly polluted in comparison

with nearby areas (0.03-0.08 

µ

g OP/g, 0.2-1.6 

µ

g NP/g).

Alkylphenols, and particularly octyl- and nonylphenol, have been

shown to elicit estrogenic responses both in-vivoand in-vitro.

Therefore, efforts were addressed to assess potential effects on the

endocrine system of exposed fish from those impacted areas (Cortiou

and Fos) by comparison with two “cleaner” stations (Portofino and

Arenzano in the Italian coast). To this end, ovarian cytochrome P450

aromatase, and rates of conjugation of testosterone and estradiol by

liver microsomal fractions were selected as potential markers, and

they were determined along a pollution gradient before and after the

reproductive period.

During the spring sampling (before reproduction), females from

Cortiou and Fos had lower ovarian P450 aromatase activity (16-18

pmol/h/mg protein) than those from the Italian sites (35-36

pmol/h/mg protein). These results suggest the existence of

compounds that may interfere (inhibit) this enzymatic activity, and

that may lead to a delay in maturation. Histological sections of the

gonads confirmed this delay in maturation in both males and females

from Cortiou, in comparison with the other stations. After

reproduction, ovarian P450 aromatase sharply decreased (up to 10-

fold), and although females from Cortiou still had the lowest activity,

differences between stations were not statistically significant. At that

time, gonads of both males and females were at early stages of

development, and no alterations nor differences among sampling sites

were recorded.

When the activity of UDP-glucuronyl transferase towards

testosterone and estradiol was monitored in liver microsomal

fractions, we found that the organisms from the most polluted areas

had higher activities of hormone glucuronidation. Toxicant induction

of hepatic biotransformation enzymes is a mechanism by which

endogenous steroid hormone metabolism and elimination may be

altered, thus leading to enhanced testosterone and estradiol clearance,

and disruption of the steroid metabolism within the organism.

Additionally, glucuronidation of hormones in piscine species appears

to be important, both in chemcial signalling and in cessation of their

activity via excretion.

Overall, the set of biomarkers used indicated different levels of

stress in red mullets along the NW Mediterranean, together with some

evidences of endocrine disruption in specimens from highly impacted

areas.

References

1-Roméo M., Mathieu A., Gnassia-Barelli M., Romana A., Lafaurie M.,

1994. Heavy metal content and biotrasformation enzymes in two fish

species from the NW Mediterranean. Mar. Ecol. Prog. Ser.107: 15–22.

2-Burgeot T., Bocquéné G., Porte C., Dimeet J., Santella R.M., Garcia de

la Parra L.M., Píhol-Leszkowicz A., Raoux C., Galgani F., 1996.

Bioindicators of pollutant exposure in the North Western Mediterranean

Sea. Mar. Ecol. Prog. Ser.131: 125-141.

3-Porte C., Escartín E., García de la Parra L.M., Biosca X., Albaigés J.,

2002. Assessment of coastal pollution by combined determination of

chemical and biochemical markers in Mullus barbatus. Mar. Ecol. Prog.

Ser.235: 205-216.

4-Regoli F., Pellegrini D., Winston G.W., Gorbi S., Giuliani S., Virno-

Lamberti C., Bompadre S., 2002. Application of biomarkers for assessing

the biological impact of dredged materials in the Mediterranean: the

relationship between antioxidant responses and susceptibility to oxidative

stress in the red mullet (Mullus barbatus). Mar. Pollut. Bull.44: 912–922.

5-Fossi M.C., Casini S., Marsili L., Neri G., Mori G., Ancora S.,

Moscatelli A., Ausili A., Notarbartolo-di-Sciara G., 2002. Biomarkers for

endocrine disruptors in three species of Mediterranean large pelagic fish.

Mar. Environ. Res. 54: 667-671.

6-De Metrio G., Corriero A., Desantis D., Zubani D., Cirillo F., De?orio

M., Bridges C.R., Eicker J., de la Serna J.M., Megalofonou P., Kime D.E.,

2003. Evidence of a high percentage of intersex in the Mediterranean

swordfish (Xiphias gladiusL.). Mar. Pollut. Bull. 46: 358-361.

Fig. 1. Map of the NW Mediterranean showing the sites where red mul-

lets were sampled in spring/autumn 2001, together with different bio-

markers of exposure, namelly liver microsomal 7-ethoxyresorufin 

O-dethylase (EROD) activity, liver microsomal UDP-glucuronyltrans-

ferase using p-nitrophenol as substrate (UDPGT), liver cytosolic catalase

activity, and muscle acetylcholinesterase (AChE). The spots in the map

indicate those stations that had significantly higher activities when com-

pared to reference sites. Letters of stations belong to P-Portofino, Ar-

Arenzano, C-Cortiou, F-Fos-sur-Mer, R-Roses, A-Altafulla, D-Ebro Delta.