二噁英暴露跨代遗传对mRNA/lncRNA影响的研究

来源 :天津医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:limihu93
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目的:2,3,7,8-四氯代二苯并-对-二噁英(TCDD)可引起表型的跨代遗传效应。本研究通过基因芯片对性腺性别决定期宫内暴露TCDD的F1-F3代雄性大鼠肝脏mRNA和lncRNA表达谱进行研究,并进行生物信息学分析,探索mRNA和lncRNA在F1-F3代代际内和代际间的改变以及发挥的潜在作用机制。方法:建立大鼠跨代遗传模型,在F0代雌性SD大鼠孕8-14天(GD 8-14)连续每天给予灌胃染毒,剂量分别为0和200 ng/kg bw TCDD。取F1-F3代成年雄性大鼠肝脏,每组3例,共计18个样本,使用Arraystar Rat LncRNA芯片进行mRNA和lncRNA的检测,确定mRNA和lncRNA的差异表达谱;运用qRT-PCR方法检测F1代Slc34a2、Zfp37和Agxt2,F2代Bcl6、Aft3和Adh4,F3代Ccnd1、Cyp7a1、Fcgbp、Hsd17b2、Aldh1a7、Lrtm2和Trib3 mRNA表达水平以及F1代XR347266、XR593760、XR343608和XR592612,F2代uc.465-、XR589107和XR595742,F3代XR361202、XR590171、XR360701和XR595552 lncRNA表达水平;对差异基因使用GO和KEGG通路分析,预测差异表达基因的生物学功能;对差异表达的lncRNA进行子类分析,将差异反义(antisense)lncRNA及其差异正义(sense)mRNAs进行联合分析,以推断相关antisense lncRNA的功能,将差异lincRNAs与邻近mRNAs(<300 kb)进行联合分析,以推断lincRNA功能;将F1-F3代200 ng/kg bw TCDD染毒组mRNA和lncRNA进行代际间差异表达基因富集分析,并运用集群系列测试(Series Tests of Cluster,STC)对F1-F3代200 ng/kg bw TCDD染毒组mRNA和lncRNA进行代际间趋势分析,推测各代际间基因表达的总体变化。结果:1、出生前TCDD暴露对F1、F2和F3代雄性大鼠肝脏mRNA的表达谱作用不同,表现为:对于F1代染毒组差异上调基因参与了细胞色素P450、肿瘤发生以及糖脂代谢功能等通路;对于F2代染毒组,差异上调基因参与了青年发病的成年型糖尿病以及化学物致癌等通路;F3代染毒组差异上调基因则主要参与免疫通路。2、在F3代TCDD染毒组和对照组雄性大鼠肝脏差异antisense LncRNA与相应mRNAs联合分析发现,XR589480和XR596950可能通过多种机制在转录水平或转录后水平调控LOC367485和Nrg2 mRNA。F1-F3代TCDD染毒组和对照组雄性大鼠肝脏差异表达的lincRNAs与邻近mRNAs(<300 kb)进行联合分析,可推断出各代差异表达lincRNA功能。3、相比于F1代染毒组,F2代染毒组的差异下调mRNAs主要参与细胞色素P450以及IL-17等通路;相比于F2代染毒组,F3代染毒组的差异下调mRNAs主要参与PPAR以及胰岛素等通路;相比于F1代染毒组,F3代染毒组的差异下调mRNAs主要参与甘油脂类代谢以及青年发病的成年型糖尿病等通路。相比于F3代对照组,F3代染毒组主要表现为参与免疫过程的基因表达上调,但相比于F1代染毒组,F2代染毒组参与IL-17通路的基因表达下调。为F1-F3代TCDD染毒组雄性大鼠肝脏mRNA趋势分析结果表明:第7号图谱具有最大数量的差异表达的mRNA,有580个差异表达的mRNAs(P<0.05);此外,谱13和12两个簇的mRNAs表达水平随F1、F2、F3代TCDD染毒组逐渐增加,谱9为先增加后降低,谱6为先降低后升高。F1-F3代TCDD染毒组雄性大鼠肝脏lncRNA趋势分析结果表明:第7号图谱具有最大数量的差异表达的lncRNA,有413个差异表达的lncRNA(P<0.05);此外,谱13和8两个簇的lncRNA表达水平从F1、F2、F3代TCDD染毒组逐渐增加,谱9和谱7为先增加后降低。结论:1、相比于各代对照组,出生前TCDD暴露对F1、F2和F3代雄性大鼠肝脏mRNA表达的影响并不相同。2、相比于各代对照组,出生前TCDD暴露对F1、F2和F3代雄性大鼠肝脏lncRNA表达的影响并不相同。其中F3代差异表达的antisense lncRNA可能参与调控相应mRNAs;F1-F3代不同的差异表达lincRNAs可能具有与邻近mRNAs相似的生物学功能。3、F1-F3代TCDD染毒组大鼠肝脏mRNA和lncRNA部分基因谱整体发生了较为一致的变化,说明出生前TCDD暴露在各代际间的效应具有变化趋势。TCDD导致的细胞色素P450代谢活化遗传效应可能在F2代中被稀释;随着代际的增加,由于TCDD暴露导致的发生胰岛素抵抗以及糖尿病的风险可能会有所下降;而TCDD暴露介导的免疫功能异常可能在F3代中重新出现。这些随着代际增加的非线性变化基因表达趋势提示EDCs的跨代遗传效应具有复杂性。综上,生物体在进化的过程中可能具有纠正EDCs暴露导致的不良遗传效应传递的能力,但也有可能随着代际增加出现非线性变化遗传趋势,可能在后代中重新出现不良效应的遗传。这些现象为进一步探索EDCs的跨代遗传提供了新的方向和思路。
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