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轉錄組測序揭示基因在產前PM2.5潛在作用中的應用

瀏覽次數:674 發布日期:2023-7-26  來源:本站 僅供參考,謝絕轉載,否則責任自負

圖片
 

期刊:Science of the Total Environment
影響因子:9.8

導語
世衛組織于2021年發布了最新的空氣質量指南,其中建議的PM2.5年度安全限值從10 μg/m3降低到5 μg/m3。PM2.5由于體積小,表面積大,可以攜帶多種有毒物質和可以通過鼻腔和呼吸道進入肺部,最終通過肺泡內的空氣交換對其他器官造成損害。最近的研究報道,PM2.5既可以通過胎盤直接作用于胎兒,也可以間接誘導胎盤的表觀遺傳修飾來影響胎兒的發育。特別是,產前PM2.5暴露與后代發生神經發育障礙的風險增加有關。例如,產前接觸PM2.5會導致后代的記憶和認知障礙,并增加了兒童患自閉癥譜系障礙和注意力缺陷/多動障礙的風險。

研究重點
產前PM2.5暴露誘導男性后代髓磷脂發育異常。
產前PM2.5暴露改變了男性后代的髓鞘形成相關基因。
產前PM2.5暴露損害了男性后代的髓鞘超微結構。
PM2.5通過lncrna-Ctcf信號通路干擾髓鞘的發育。

研究技術
全轉錄組測序(技術服務由伯豪生物提供)


技術路線


研究內容
1.男性后代大腦皮層中WGCNA的mRNA轉錄譜和聚類劃分的時間序列分析
對男性后代的大腦皮層進行轉錄組測序,發現差異基因2052 個,對其進行WGCNA分析,得到5個模塊,棕色模塊(r = 0.92,p = 1e-10)與時間點呈顯著的正相關,表明在產前PM2.5暴露后,它受男性后代大腦發育窗口的影響最為顯著。

 


2.模塊中mRNA表達譜的富集分析
棕色模塊中有403個差異基因的富集分析顯示主要與髓鞘形成和神經元的保護相關。髓鞘是由成熟的少突膠質細胞產生的,通過軸突的螺旋包裹和壓實,由內而外地形成多層膜結構。富集分析也在底物粘附依賴的細胞擴散中富集。提示產前暴露PM2.5可能會以時間序列模式中斷髓鞘結構的發育。

 


 

3. 產前PM2.5暴露后男性后代髓鞘發育異常
首先通過RT-qPCR進行驗證Fa2h、Mal、S100b、Tppp、Trf、Abca2、Cntnap1、Eif2b5、Tnfrsf21、Tnfrsfsf1b和Sh3tc2。其中,Fa2h、Mal、S100b和Tppp對髓鞘的正常發育至關重要,在髓鞘的建立和維持中起著重要作用。同時發現基因隨著時間變化有著不同變化,如Fa2h、Mal、S100b和Tppp的表達在發育后期顯著降低(PNDs 14和21);Trf水平從PND 1到PND 21持續下降等。11個基因使用比較毒物基因組學數據庫(CTD),它們都參與了脫髓鞘疾病,且大多數基因的推斷得分(除Trf和Cntnap1外)的推斷得分也具有較高的相關性。髓鞘的形態學相對應也發現異常。

 


 

4. 產前PM2.5暴露后,男性后代中lncRNA表達譜紊亂
為了鑒定可能參與髓鞘異常發育的lncRNA,我們進行了lncRNA測序(lncRNA-seq),獲得了PND 21上男性后代皮質的lncRNA表達譜。選擇了45個lncRNA與mRNA相關性分析。有37個lncRNA與10個髓鞘化相關基因共表達,然后集中在前兩個lncRNA(NONMMUT058932.2,NONMMUT029203.2)可能與6個mRNA(Fa2h、Mal、Sh3tc2、Trf、Tppp、Eif2b5)相互作用。此外,lncRNA NONMMUT062500.2可能調控Abca2和S100b的表達,而lncRNANONMMUT034761.2和NONMMUT003638.2分別只可能與Cntnap1和Tnfrsf1b相互作用。RT-qPCR對NONMMUT058932.2和NONMMUT029203.2的表達進行了驗證,結果與lncRNA-seq數據一致。


 

5. lncrna在男性后代髓鞘形成異常中的轉錄調
由于lncRNAs通過結合轉錄因子在基因調控中發揮關鍵作用,我們進一步研究了兩個lncrna之間可能的轉錄調控。利用基于公開的小鼠神經元ChIP-seq數據集的ChIP-Atlas預測上述6個基因的潛在TFs,包括Fa2h、Mal、Sh3tc2、Trf、Tppp和Eif2b5。根據被覆蓋基因的數量對TFs進行排序,以CCCTC結合因子(Ctcf)為最優轉錄因子。為了驗證lncRNONMMUT029203.2和NONMMUT058932.2與Ctcf的結合能力,我們在PND 21上對男性后代的大腦皮層進行了RIP實驗。結果表明,Ctcf是NONMMUT029203.2和NONMMUT058932.2的相互作用蛋白,產前PM2.5暴露顯著降低了相互作用。

結論
產前PM2.5暴露后男性后代大腦皮質的轉錄組結果。使用two-way ANOVA和WGCNA發現,對神經發育過程影響最顯著的是髓鞘的發育。lncRNA NONMMUT058932.2和NONMMUT029203.2通過減少與Ctcf的結合,調控髓鞘化相關基因(Fa2h、Mal、Sh3tc2、Trf和Tppp)的表達,在這一過程中發揮關鍵作用。我們的研究首次為產前PM2.5暴露后男性后代髓磷脂發育異常提供了轉錄水平的基因組證據。


參考文獻:

  1. Hou Y, Yan W, Li G, Sang N. Transcriptome sequencing analysis reveals a potential role of lncRNA NONMMUT058932.2 and NONMMUT029203.2 in abnormal myelin development of male offspring following prenatal PM2.5 exposure. Sci Total Environ. 2023 Jun 20;895:165004.doi:10.1016/j.scitotenv.2023.165004. Epub ahead of print. PMID: 37348736.
發布者:上海伯豪生物技術有限公司
聯系電話:021-58955370
E-mail:market@shbio.com

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