Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phân tích transcriptome so sánh để xem xét giả định rằng các PAHs genotoxic có tác dụng qua một cơ chế chung
Tóm tắt
Trong nghiên cứu này, độ chính xác của giả định rằng các hydrocarbon thơm đa vòng (PAHs) có genotoxic, gây ung thư có tác động qua các cơ chế hành động tương tự như benzo(a)pyrene (BaP), hóa chất tham chiếu được sử dụng trong đánh giá rủi ro sức khỏe con người đối với các hỗn hợp phức tạp chứa PAHs, đã được điều tra. Chuột đực loại Muta™Mouse đã được cho uống trong 28 ngày với bảy loại PAHs genotoxic riêng biệt. Hồ sơ biểu hiện gene toàn cầu trong dạ dày rừng, gan, và phổi (các mô mục tiêu tiếp xúc) đã được xác định sau 3 ngày tiếp xúc. Kết quả được so sánh với các kết quả mà chúng tôi đã công bố trước đó từ chuột bị phơi nhiễm với BaP thông qua cùng chế độ tiếp xúc. Mặc dù tất cả các PAHs đều cho thấy hoạt động ethoxyresorufin-O-deethylase gia tăng, hình thành DNA adduct và tần suất mutant lacZ trong phổi, nhưng phân tích cụm không giám sát của các gene được biểu hiện khác nhau cho thấy rằng sự thay đổi phiên mã là đặc trưng cho PAH và mô, với phổi cho thấy phản ứng mạnh nhất. Phân tích dựa trên sinh tin học / con đường cho thấy rằng tất cả các PAHs đều kích thích biểu hiện của các gene liên quan đến các quá trình gây ung thư, bao gồm phản ứng tổn thương DNA, phản ứng miễn dịch / viêm, hoặc các quá trình tín hiệu tế bào; tuy nhiên, loại con đường và mức độ thay đổi khác nhau cho mỗi PAH và không giống như những gì quan sát được cho BaP. Mô hình liều benchmark cho thấy dữ liệu transcriptomic phản ánh gần gũi với tỷ lệ khối u đã biết cho từng PAH trong mỗi mô. Tóm lại, các kết quả gợi ý rằng các cơ chế cơ bản của độc tính do PAH gây ra dẫn đến ung thư là đặc hiệu cho mô và không giống nhau cho tất cả các PAHs; dựa trên loại mô xem xét, việc sử dụng BaP như một hóa chất tham chiếu có thể ước lượng quá cao hoặc thấp tiềm năng gây ung thư của các PAHs.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Ba Q, Li J, Huang C et al (2014) Effects of benzo[a]pyrene exposure on human hepatocellular carcinoma cell angiogenesis, metastasis, and NF-κB signaling. Environ Health Perspect 123(3):246–254
Bostrom CE, Gerde P, Hanberg A et al (2002) Cancer risk assessment, indicators, and guidelines for polycyclic aromatic hydrocarbons in the ambient air. Environ Health Perspect 110(3):451–488
CCME (2010) Canadian soil quality guidelines: carcinogenic and other polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) (environmental and human effects), vol PN 1445. Canadian Council of Ministers of the Environment
Culp S, Gaylor D, Sheldon W, Goldstein L, Beland F (1998) A comparison of the tumors induced by coal tar and benzo[a]pyrene in a 2-year bioassay. Carcinogenesis 19(1):117–124
Davis JA, Gift JS, Zhao QJ (2011) Introduction to benchmark dose methods and U.S. EPA’s benchmark dose software (BMDS) version 2.1.1. Toxicol Appl Pharmacol 254:181–191. doi:10.1016/j.taap.2010.10.016
Donald C, Cooper C, Harris-Hooker S, Emmett N, Scanlon M, Dr Cooke (2001) Cytoskeletal organization and cell motility correlates with metastatic potential and state of differentiation in prostate cancer. Cell Mol Biol 47(6):1033–1038
EFSA (2008) Polycyclic aromatic hydrocarbons in food. Scientific opinion of the panel on contaminants in the food chain. EFSA J 742:1–114
Godschalk RW, Van Schooten FJ, Bartsch H (2003) A critical evaluation of DNA adducts as biological markers for human exposure to polycyclic aromatic compounds. J Biochem Mol Biol 36(1):1–11
Hakura A, Tsutsui Y, Sonoda J et al (1998) Comparison between in vivo mutagenicity and carcinogenicity in multiple organs by benzo[a]pyrene in the lacZ transgenic mouse (Muta Mouse). Mutat Res 398(1–2):123–130
Halappanavar S, Wu D, Williams A et al (2011) Pulmonary gene and microRNA expression changes in mice exposed to benzo(a)pyrene by oral gavage. Toxicology 285:133–141
Hanahan D, Weinberg R (2011) Hallmarks of cancer: the next generation. Cell 144(5):646–674
Harrigan J, McGarrigle B, Sutter T, Olson J (2006) Tissue specific induction of cytochrome P450 (CYP) 1A1 and 1B1 in rat liver and lung following in vitro (tissue slice) and in vivo exposure to benzo(a)pyrene. Toxicol In Vitro 20(4):426–438
Health Canada (2010) Federal contaminated site risk assessment in Canada part 1: guidance on human health preliminary quantitative risk assessment (PQRA), Version 2.0, H128-1/11-632E-PDF
Health Protection Agency (2010) Contaminated land information sheet—polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). Health Protection Agency, Chilton
Huang da W, Sherman BT, Lempicki RA (2009) Systematic and integrative analysis of large gene lists using DAVID bioinformatics resources. Nat Protoc 4(1):44–57
IARC (2010) Some non-heterocyclic polycyclic aromatic hydrocarbons and some related exposures. International Agency for Research on Cancer Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans 92F
Jung KH, Kim JK, Noh JH et al (2013) Characteristic molecular signature for the early detection and prediction of polycyclic aromatic hydrocarbons in rat liver. Toxicol Lett 216(1):1–8. doi:10.1016/j.toxlet.2012.11.001
Kanehisa M, Goto S (2000) KEGG: kyoto encyclopedia of genes and genomes. Nucleic Acids Res 28(1):27–30
Kroese E, Muller J, Mohn G, Dortant P, Wester P (2001) Tumorigenic effects in Wistar rats orally administered benzo[a]pyrene for two years (gavage studies). Implications for human cancer risks associated with oral exposure to polycyclic aromatic hydrocarbons. RIVM Report 658603010
Labib S, Yauk C, Williams A et al (2012) Sub-chronic oral exposure to benzo(a)pyrene leads to distinct transcriptomic changes in the lungs that are related to carcinogenesis. Toxicol Sci 129(1):213–224
Labib S, Guo C, Williams A, Yauk C, White P, Halappanavar S (2013) Toxicogenomic outcomes predictive of forestomach carcinogenesis following exposure to benzo(a)pyrene: relevance to human cancer risk. Toxicol Appl Pharmacol 273(1):269–280
Laupeze B, Amiot L, Sparfel L, Le Ferrec E, Fauchet R, Fardel O (2002) Polycyclic aromatic hydrocarbons affect functional differentiation and maturation of human monocyte-derived dendritic cells. J Immunol 168(6):2652–2658. doi:10.4049/jimmunol.168.6.2652
Lecureur V, Ferrec EL, N’diaye M et al (2005) ERK-dependent induction of TNFα expression by the environmental contaminant benzo(a)pyrene in primary human macrophages. FEBS Lett 579(9):1904–1910
Lemieux C, Douglas G, Gingerich J et al (2011) Simultaneous measurement of benzo[a]pyrene-induced Pig-a and lacZ mutations, micronuclei and DNA adducts in Muta™ Mouse. Environ Mol Mutagen 52(9):756–765
Lu H, Ouyang W, Huang C (2006) Inflammation, a key event in cancer development. Mol Cancer Res 4(4):221–233. doi:10.1158/1541-7786.mcr-05-0261
Malik A, Williams A, Lemieux C, White P, Yauk C (2012) Hepatic mRNA, microRNA, and miR-34a-Target responses in mice after 28 days exposure to doses of benzo(a)pyrene that elicit DNA damage and mutation. Environ Mol Mutagen 53(1):10–21
Malik AI, Rowan-Carroll A, Williams A et al (2013) Hepatic genotoxicity and toxicogenomic responses in Muta™Mouse males treated with dibenz[a, h]anthracene. Mutagenesis 28(5):543–554. doi:10.1093/mutage/get031
Mayati A, Levoin N, Paris H et al (2012) Induction of intracellular calcium concentration by environmental benzo(a)pyrene involves a β2 adrenergic receptor/adenylyl cyclase/Epac-1/IP3 pathway in endothelial cells. J Biol Chem 287(6):4041–4052. doi:10.1074/jbc.M111.319970
Moffat I, Chepelev NL, Labib S et al (2015) Comparison of toxicogenomics and traditional approaches to inform mode of action and points of departure in human health risk assessment of benzo[a]pyrene in drinking water. Crit Rev Toxicol 45(1):1–43. doi:10.3109/10408444.2014.973934
Mosesson Y, Mills GB, Yarden Y (2008) Derailed endocytosis: an emerging feature of cancer. Nat Rev Cancer 8(11):835–850
OECD (2011) Test No. 488: transgenic rodent somatic and germ cell gene mutation assays OECD guidelines for the testing of chemicals, Section 4: health effects. Organisation for Economic Co-operation and Development, p 16
Phillips DH, Arlt VM (2007) The 32P-postlabeling assay for DNA adducts. Nat Protoc 2(11):2772–2781
Phillips D, Arlt V (2014) 32P-postlabeling analysis of DNA Adducts. In: Keohavong P, Grant SG (eds) Molecular toxicology protocols. Methods in molecular biology, vol 1105. Humana Press, New York, pp 127–138
Pottenger LH, Carmichael N, Banton MI et al (2009) ECETOC workshop on the biological significance of DNA adducts: summary of follow-up from an expert panel meeting. Mutat Res 678(2):152–157. doi:10.1016/j.mrgentox.2009.07.006
Prevarskaya N, Skryma R, Shuba Y (2011) Calcium in tumour metastasis: new roles for known actors. Nat Rev Cancer 11(8):609–618
R Development Core Team (2010) R: a language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna
Renault D, Brault D, Thybaud V (1997) Effect of ethylnitrosourea and methyl methanesulfonate on mutation frequency in Muta™Mouse germ cells seminiferous tubule cells and epididymis spermatozoa. Mutat Res 388:145–153
Resende R, Andrade L, Oliveira A, Guimaraes E, Guatimosim S, Leite MF (2013) Nucleoplasmic calcium signaling and cell proliferation: calcium signaling in the nucleus. Cell Commun Signal 11(1):14
Song M-K, Song M, Choi H-S, Kim Y-J, Park Y-K, Ryu J-C (2012) Identification of molecular signatures predicting the carcinogenicity of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). Toxicol Lett 212(1):18–28. doi:10.1016/j.toxlet.2012.04.013
Sparfel L, Pinel-Marie M-L, Boize M et al (2010) Transcriptional signature of human macrophages exposed to the environmental contaminant benzo(a)pyrene. Toxicol Sci 114(2):247–259. doi:10.1093/toxsci/kfq007
Tilton SC, Siddens LK, Krueger SK et al (2015) Mechanism-based classification of PAH mixtures to predict carcinogenic potential. Toxicol Sci 146(1):135–145. doi:10.1093/toxsci/kfv080
USEPA (2010) DRAFT Development of a relative potency factor approach for polycyclic aromatic hydrocarbon mixtures. In support of summary information on the integrated risk information system (IRIS) EPA/635/R-08/012A
USEPA (2011) IRIS Toxicological reviews of chemicals, Washington, DC
USEPA (2012) Benchmark dose technical guidance. EPA/100/R-12/001
van Grevenynghe J, Rion S, Le Ferrec E et al (2003) Polycyclic aromatic hydrocarbons inhibit differentiation of human monocytes into macrophages. J Immunol 170(5):2374–2381
Wenzel-Hartung R, Brune H, Grimmer G, Germann P, Timm J, Wosniok W (1990) Evaluation of the carcinogenic potency of 4 environmental polycyclic aromatic compounds following intrapulmonary application in rats. Exp Pathol 40(4):221–227
Weyand EH, Chen YC, Wu Y, Koganti A, Dunsford HA, Rodriguez LV (1995) Differences in the tumorigenic activity of a pure hydrocarbon and a complex mixture following ingestion: benzo[a]pyrene vs manufactured gas plant residue. Chem Res Toxicol 8(7):949–954
Zuo J, Brewer D, Arlt V, Cooper C, Phillips D (2014) Benzo pyrene-induced DNA adducts and gene expression profiles in target and non-target organs for carcinogenesis in mice. BMC Genomics 15(1):880
