Phản ứng căng thẳng phân biệt giữa những con bê mới nhận: biến đổi trong khả năng khử và biểu hiện gen Hsp

Cell Stress and Chaperones - Tập 15 - Trang 865-876 - 2010
Harel Eitam1,2, Jacob Vaya3, Arieh Brosh1, Ala Orlov1, Soliman Khatib3, Ido Izhaki2, Ariel Shabtay1
1Department of Ruminant Science & Genetics, Institute of Animal Science, Newe Ya’ar Research Center, Agricultural Research Organization, Ramat Yishay, Israel
2Department of Evolutionary and Environmental Biology, Faculty of Science and Science Education, University of Haifa, Tivon, Israel
3MIGAL, Galilee Technological Center, Kiryat Shmona, Israel

Tóm tắt

Bệnh phức tạp về đường hô hấp ở bò (BRD), một vấn đề kinh tế lớn đối với ngành công nghiệp bò thịt trên toàn thế giới, bị kích thích bởi các yếu tố căng thẳng về thể chất, sinh học và tâm lý. Điều đáng chú ý là chìa khóa để giảm thiểu BRD có vẻ như tập trung vào việc giảm phản ứng với căng thẳng. Mục tiêu của nghiên cứu hiện tại là phát hiện sự khác biệt cá nhân trong phản ứng căng thẳng của các con bê non mới nhận thông qua phản ứng protein sốc nhiệt (Hsp) của bạch cầu, biểu hiện gen liên quan đến neutrophil và căng thẳng oxy hóa, và liên quan đến sự dính phổi khi giết mổ, một dấu hiệu chỉ thị của các giai đoạn lâm sàng và tiềm ẩn của BRD ở độ tuổi sớm. Mẫu biểu hiện khác biệt của Hsp60 và Hsp70A1A được phát hiện ở các con bê mới nhận 1 giờ, 5 giờ và 1 ngày sau khi đến, phân biệt giữa những cá thể có phản ứng với căng thẳng và không có phản ứng với căng thẳng. Cortisol trong huyết tương cũng cho thấy sự khác biệt giữa các cá thể có phản ứng căng thẳng và không có phản ứng căng thẳng, 1 giờ và 5 giờ sau khi đến. Về lâu dài, mức β-glycan cao nhất được ghi nhận ở 7 ngày sau khi đến và có tương quan đáng kể với kiểu hình không có sự dính khi giết mổ. Phản ứng căng thẳng oxy hóa, được đo thông qua các sản phẩm oxy hóa của dấu hiệu exogenous linoleoyl tyrosine (LT), cho thấy rằng sự hidroperoxid hóa và epoxid hóa của màng có thể xảy ra dễ dàng. Dựa trên các sản phẩm oxy hóa LT và mức β-glycan, chúng tôi trình bày một mô hình phân tích phân biệt, theo đó những cá thể dễ bị tổn thương có thể được dự đoán với xác suất gần 100% sau 7 ngày kể từ khi đến. Vì các dấu hiệu lâm sàng của BRD thường không được phát hiện ở các con bê tại trang trại, mô hình như vậy, sau khi được kiểm nghiệm trong các thử nghiệm quy mô lớn, có thể là một công cụ đáng tin cậy cho việc dự đoán sớm các dấu hiệu tiềm ẩn của BRD.

Từ khóa

#bệnh hô hấp bò #phản ứng căng thẳng #protein sốc nhiệt #β-glycan #stress oxy hóa #dự đoán BRD sớm

Tài liệu tham khảo

Aich P, Jalal S, Czuba C, Schatte G, Herzog K, Olson DJH, Ross ARS, Potter AA, Babiuk LA, Griebel P (2007) Comparative approaches to the investigation of responses to stress and viral infection in cattle. OMICS 11(4):413–434 Asea A, Rehli M, Kabingu E, Boch JA, Baré O, Auron PE, Stevenson MA, Calderwood SK (2002) Novel signal transduction pathway utilized by extracellular HSP70. J Biol Chem 277:15028–15034 Bao E, Sultan KR, Nowak B, Hartung J (2008) Expression and distribution of heat shock proteins in the heart of transported pigs. Cell Stress Chaperones 13:459–466 Basu S, Binder RJ, Suto R, Anderson KM, Srivastava PK (2000) Necrotic but not apoptotic cell death releases heat shock proteins, which deliver a partial maturation signal to dendritic cells and activate the NF-κB pathway. Int Immunol 12:1539–1546 Blecha F, Boyles SL, Riley JG (1984) Shipping suppresses lymphocyte blastogenic responses in Angus and Brahman Angus feeder calves. J Anim Sci 59(3):576–583 Brosh A, Lidski I, Nitsan Z (1992) The effect of the fat level in milk replacer on its digestibility and performance of suckling calves. Meshek Habakar VeHahalav Heker Uma'as 14:25–31 (in Hebrew) Buckham Sporer KR, Burton JL, Earley B, Crowe MA (2007) Transportation stress in young bulls alters expression of neutrophil genes important for the regulation of apoptosis, tissue remodeling, margination, and anti-bacterial function. Vet Immun Immunopath 118:19–29 Burton JL, Madsen SA, Chang LC, Weber PSD, Buckham KR, van Dorp R, Hickey MC, Earley B (2005) Gene expression signatures in neutrophils exposed to glucocorticoids: a new paradigm to help explain “neutrophil dysfunction” in parturient dairy cows. Vet Immun Immunopath 105:197–219 Campisi J, Leem TH, Fleshner M (2003) Stress-induced extracellular Hsp72 is functionally significant danger signal to the immune system. Cell Stress Chaperones 8:272–286 Chang LC, Madsen SA, Toelboell T, Weber PSD, Burton JL (2004) Effects of glucocorticoids on Fas gene expression in bovine blood neutrophils. J Endocrinol 183:569–583 Chen W, Syldath U, Bellmann K, Burkart V, Kolb H (1999) Human 60-kDa heat shock protein: a danger signal to the innate immune system. J Immunol 162(6):3212–3219 Chirase NK, Greene LW, Purdy CW, Loan RW, Briggs RE, McDowell LR (2001) Effect of environmental stressors on ADG, serum retinol and α-tocopherol concentrations, and incidence of bovine respiratory disease of feeder steers (abstr). J Anim Sci 79(suppl 1):188 Chirase NK, Greene LW, Purdy CW, Loan RW, Auvermann BW, Parker DB, Walborg EF Jr, Stevenson DE, Xu Y, Klaunig JE (2004) Effect of transport stress on respiratory disease, serum antioxidant status, and serum concentrations of lipid peroxidation biomarkers in beef cattle. Am J Vet Res 65:860–864 Cobb JM, Steptoe A (1996) Psychosocial stress and susceptibility to upper respiratory tract illness in an adult population sample. Psychosom Med 58:404–412 Craig EA, Lindquist S (1988) The heat shock proteins. Annu Rev Genet 22:631–677 Eustace BK, Jay DG (2004) Extracellular roles for the molecular chaperone Hsp90. Cell Cycle 3:1098–1100 Fligiel SEG, Standiford T, Fligiel HM, Tashkin D, Strieter RM, Warner RL, Johnson KJ, Varani J (2006) Matrix metalloproteinases and matrix metalloproteinase inhibitors in acute lung injury. Hum Pathol 37:422–430 Freestone PPE, Sandrini SM, Haigh RD, Lyte M (2008) Microbial endocrinology: how stress influences susceptibility to infection. Trends Microbiol 16:55–64 Gardner BA, Dolezal HG, Bryant LK, Owens FN, Smith RA (1999) Health of finishing steers: effects on performance, carcass traits and meat tenderness. J Anim Sci 77:3168–3175 Gupta S, Earley B, Crowe MA (2007) Effect of 12-h road transportation on physiological, immunological, and haematological parameters in bulls housed at different space allowances. Vet J 173:605–616 Haddad JJ, Saadé NE, Safieh-Garabedian B (2002) Cytokines and neuron-immune–endocrine interactions: a role for the hypothalamic–pituitary–adrenal revolving axis. J Neuroimmunol 133(1–2):1–19 Hickey MC, Drennan M, Earley B (2003) The effect of abrupt weaning of suckler calves on the plasma concentrations of cortisol, catecholamines, leukocytes, acute-phase proteins and in vitro interferon-gamma production. J Anim Sci 81:2847–2855 Hodgson PD, Aich P, Manuja A, Hokamp K, Roche FM, Brinkman FSL, Potter A, Babiuk LA, Griebel PJ (2005) Effect of stress on viral–bacterial synergy in bovine respiratory disease: novel mechanisms to regulate inflammation. Comp Funct Genom 6:244–250 Hutcheson DP, Cole NA (1985) Vitamin E and selenium for yearling feedlot cattle (abstr). Fed Proc 44:549 Inanami O, Shiga A, Okada K, Sato R, Miyake Y, Kuwabara M (1999) Lipid peroxides and antioxidants in serum of neonatal calves. Am J Vet Res 60:452–457 Johnson JD, Fleshner M (2006) Releasing signals, secretory pathways, and immune function of endogenous extracellular heat shock protein 72. J Leukok Biol 79:425–434 Kulkarni AB, Huh CG, Becker D, Geiser A, Lyght M, Flanders KC, Roberts AB, Sporn MB, Ward JM, Karlsson S (1993) Transforming growth factor β1 null mutation in mice causes excessive inflammatory response and early death. Proc Natl Acad Sci USA 90:770–774 Lekeux P, Hajer R, Breukink HJ (1984) Effect of somatic growth on pulmonary function values in healthy Friesian cattle. Am J Vet Res 45:2003–2007 Letterio JJ, Roberts AB (1998) Regulation of immune responses by TGFβ. Annu Rev Immunol 16:137–161 Lindquist S, Craig EA (1988) The heat shock proteins. Annu Rev Genet 22:631–677 Miller JK, Brzezinska-Slebodzinska E (1993) Oxidative stress, antioxidants and animal function. J Dairy Sci 76:2812–2823 Minton JE (1994) Function of the hypothalamus–pituitary–adrenal axis and the sympathetic nervous system in models of acute stress in domestic farm animals. J Anim Sci 72:1891–1898 Morimoto RI, Santoro MG (1998) Stress-inducible responses and heat shock proteins: new pharmacologic targets for cytoprotection. Nat Biotechnol 16:833–838 Murata H, Takahashi H, Matsumoto H (1987) The effects of road transportation on peripheral blood lymphocyte subpopulations, lymphocyte blastogenesis and neutrophil function in calves. Br Vet J 143:166–174 Nguyen J, Knapnougel P, Lesavre P, Bauvois B (2005) Inhibition of matrix metalloproteinase-9 by interferons and TGF-β1 through distinct signalings accounts for reduced monocyte invasiveness. FEBS Lett 579:5487–5493 Ogawa K, Chen F, Kuang C, Chen Y (2004) Suppression of matrix metalloproteinase-9 transcription by transforming growth factor beta is mediated by a nuclear factor-kappaB site. Biochem J 381:413–422 Pockley AG (2003) Heat shock proteins as regulators of the immune response. Lancet 362:469–476 Preisler MT, Weber PSD, Tempelman RJ, Erskine RJ, Hunt H, Burton JL (2000) Glucocorticoid receptor down-regulation in neutrophils of periparturient cows. Am J Vet Res 61:14–19 Radostits OM, Gay CC, Blood DC, Hinchcliff KW (2000) Veterinary medicine: a textbook of the diseases of cattle, sheep, pigs, goats and horses, 9th edn. W.B. Saunders, London Reiche EMV, Nunes SOV, Morimoto HK (2004) Stress, depression, the immune system, and cancer. Lancet Oncol 5:617–625 Rice WR (1989) Analyzing tables of statistical tests. Evolution 43:223–225 Salak-Johnson JL, McGlone JJ (2007) Making sense of apparently conflicting data: stress and immunity in swine and cattle. J Anim Sci 85(E. Suppl):E81–E88 Shull MM, Kier OI, AB PS, Diebold RJ, Yin M, Allen R, Sidman C, Proetzel G, Calvin D et al (1992) Targeted disruption of the mouse transforming growth factor-β1 gene results in multifocal inflammatory disease. Nature 359:693–699 Snowder GD, Van Vleck LD, Cundiff LV, Bennett GL, Koohmaraie M, Dikeman ME (2007) Bovine respiratory disease in feedlot cattle: phenotypic, environmental, and genetic correlations with growth, carcass, and longissimus palatability traits. J Anim Sci 85:1885–1892 Sohn EJ, Paape MJ, Connor EE, Bannerman DD, Fetterer RH, Peters RR (2007) Bacterial lipopolysaccharide stimulates bovine neutrophil production of TNF-α, IL-1β, IL-12 and INF-γ. Vet Res 38:809–818 Szuchman A, Aviram M, Soliman K, Tamir S, Vaya J (2006) Exogenous N-linoleoyl tyrosine marker as a tool for the characterization of cellular oxidative stress in macrophages. Free Radic Res 40(1):41–52 Szuchman A, Aviram M, Ramadan M, Soliman K, Vaya J (2008) Characterization of oxidative stress in blood from diabetic vs. hypercholesterolaemic patients, using a novel synthesized marker. Biomarkers 13:119–131 Thompson PN, Stone A, Schultheiss WA (2006) Use of treatment records and lung lesion scoring to estimate the effect of respiratory disease on growth during early and late finishing periods in South African feedlot cattle. J Anim Sci 84:488–498 Weber PSD, Madsen SA, Smith GW, Ireland JJ, Burton JL (2001) Pre-translational regulation of neutrophila l-selectin in glucocorticoid-challenged cattle. Vet Immunol Immunopathol 83:213–240 Weber PSD, Toelboell T, Chang L-C, Tirrell JD, Saama PM, Smith GW, Burton JL (2004) Mechanisms of glucocorticoid-induced down-regulation of neutrophil l-selectin in cattle: evidence for effects at the gene-expression level and primarily on blood neutrophils. J Leukoc Biol 75:815–827 Weber PSD, Madsen-Bouterse SA, Rosa GJM, Sipkovsky S, Ren X, Almeida PE, Kruska R, Halgren RG, Barrick JL, Burton JL (2006) Analysis of the bovine neutrophil transcriptome during glucocorticoid treatment. Physiol Genom 28(1):97–112 Welch WJ (1990) The mammalian stress response: cell physiology and biochemistry of stress proteins. In: Morimoto RI, Tissieres A, Georgopolous C (eds) Stress proteins in biology and medicine. Cold Spring Harbor, New York, pp 223–278 Williams JHH, Ireland E (2008) Sensing danger—Hsp72 and HMGB1 as candidate signals. J Leukoc Biol 83:489–492 Wittum TE, Woolen NE, Perino LJ, Littledike ET (1996) Relationship among treatment for respiratory tract disease, pulmonary lesions evident at slaughter, and rate of weight gain in feedlot cattle. JAVMA 209:814–818 Yagi Y, Shiono H, Chikayama Y, Ohnuma A, Nakamura I, Yayou K-I (2004) Transportation stress increases somatic cell counts in milk, and enhances the migration capacity of peripheral blood neutrophils of dairy cows. Clin Pathol 66(4):381–387 Yates WDG (1982) A review of infectious bovine rhinotracheitis, shipping fever pneumonia and viral–bacterial synergism in respiratory disease of cattle. Can J Comp Med 46:225–263 Zhu L, Bao E, Zhao R, Hartung J (2009) Expression of heat shock protein 60 in the tissues of transported piglets. Cell Stress Chaperones 14:61–69