Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Những thay đổi trong biểu hiện gen do nickel gây ra kéo dài sau khi ngừng tiếp xúc thông qua lập trình lại di truyền
Tóm tắt
Nickel là một chất độc nghề nghiệp và môi trường liên quan đến một số bệnh ở người, bao gồm xơ phổi, viêm phế quản và ung thư phổi cùng với ung thư mũi. Những nghiên cứu trước đây của chúng tôi đã chỉ ra rằng các thay đổi biểu hiện gen toàn bộ bộ gen do tiếp xúc với nickel, thậm chí kéo dài cả sau khi ngừng tiếp xúc, có thể là nguyên nhân sâu xa của bệnh lý do nickel gây ra. Tuy nhiên, các cơ chế thúc đẩy những thay đổi kéo dài do nickel gây ra cho transcriptome vẫn chưa rõ ràng. Để làm rõ các cơ chế này, trong nghiên cứu này, chúng tôi đã xem xét transcriptome và epigenome của tế bào biểu mô phổi người trong quá trình tiếp xúc với nickel và sau khi ngừng tiếp xúc. Chúng tôi đã xác định hai loại gen có biểu hiện khác biệt kéo dài: (i) các gen có biểu hiện khác biệt trong suốt quá trình tiếp xúc với nickel; và (ii) các gen chỉ có biểu hiện khác biệt sau khi ngừng tiếp xúc. Thú vị thay, hơn 85% các thay đổi biểu hiện gen do nickel gây ra chỉ xảy ra sau khi ngừng tiếp xúc. Chúng tôi cũng phát hiện ra những thay đổi rộng rãi trên toàn bộ bộ gen đối với sự sửa đổi histone kích hoạt, H3K4me3, sau khi ngừng tiếp xúc với nickel, trùng với các thay đổi biểu hiện gen sau tiếp xúc. Ngoài ra, chúng tôi còn tìm thấy sự thay đổi đáng kể sau tiếp xúc đối với sự sửa đổi histone ức chế, H3K27me3. Kết quả của chúng tôi cho thấy rằng trong khi một làn sóng thay đổi biểu hiện gen khiêm tốn diễn ra trong quá trình tiếp xúc với nickel, một làn sóng thay đổi biểu hiện gen rộng rãi đã xảy ra trong lần thứ hai, trong đó việc loại bỏ ion nickel là rất quan trọng. Bằng cách khám phá một loại thay đổi biểu hiện gen và thay đổi di truyền không gian mới, chỉ xảy ra sau khi ngừng tiếp xúc, nghiên cứu này cung cấp một hiểu biết mới về những hậu quả có hại lâu dài của việc tiếp xúc với nickel đối với sức khỏe con người.
Từ khóa
#nickel #biểu hiện gen #phương pháp gen #sức khỏe con người #xơ phổi #ung thưTài liệu tham khảo
Lu H, Shi X, Costa M, Huang C. Carcinogenic effect of nickel compounds. Mol Cell Biochem. 2005;279:45–67.
Morgan LG, Usher V. Health problems associated with nickel refining and use. Ann Occup Hyg. 1994;38:189–98.
Denkhaus E, Salnikow K. Nickel essentiality, toxicity, and carcinogenicity. Crit Rev Oncol Hematol. 2002;42:35–56.
Jose CC, Jagannathan L, Tanwar VS, Zhang X, Zang C, Cuddapah S. Nickel exposure induces persistent mesenchymal phenotype in human lung epithelial cells through epigenetic activation of ZEB1. Mol Carcinog. 2018;57:794–806.
Cameron KS, Buchner V, Tchounwou PB. Exploring the molecular mechanisms of nickel-induced genotoxicity and carcinogenicity: a literature review. Rev Environ Health. 2011;26:81–92.
Lee JM, Dedhar S, Kalluri R, Thompson EW. The epithelial-mesenchymal transition: new insights in signaling, development, and disease. J Cell Biol. 2006;172:973–81.
Thiery JP, Acloque H, Huang RY, Nieto MA. Epithelial-mesenchymal transitions in development and disease. Cell. 2009;139:871–90.
Scanlon SE, Scanlon CD, Hegan DC, Sulkowski PL, Glazer PM. Nickel induces transcriptional down-regulation of DNA repair pathways in tumorigenic and non-tumorigenic lung cells. Carcinogenesis. 2017;38:627–37.
Biggart NW, Costa M. Assessment of the uptake and mutagenicity of nickel chloride in salmonella tester strains. Mutat Res. 1986;175:209–15.
Mayer C, Klein RG, Wesch H, Schmezer P. Nickel subsulfide is genotoxic in vitro but shows no mutagenic potential in respiratory tract tissues of BigBlue rats and Muta Mouse mice in vivo after inhalation. Mutat Res. 1998;420:85–98.
Salnikow K, Su W, Blagosklonny MV, Costa M. Carcinogenic metals induce hypoxia-inducible factor-stimulated transcription by reactive oxygen species-independent mechanism. Cancer Res. 2000;60:3375–8.
Broday L, Peng W, Kuo MH, Salnikow K, Zoroddu M, Costa M. Nickel compounds are novel inhibitors of histone H4 acetylation. Cancer Res. 2000;60:238–41.
Golebiowski F, Kasprzak KS. Inhibition of core histones acetylation by carcinogenic nickel(II). Mol Cell Biochem. 2005;279:133–9.
Kang J, Zhang Y, Chen J, Chen H, Lin C, Wang Q, Ou Y. Nickel-induced histone hypoacetylation: the role of reactive oxygen species. Toxicol Sci. 2003;74:279–86.
Chen H, Kluz T, Zhang R, Costa M. Hypoxia and nickel inhibit histone demethylase JMJD1A and repress Spry2 expression in human bronchial epithelial BEAS-2B cells. Carcinogenesis. 2010;31:2136–44.
Jose CC, Xu B, Jagannathan L, Trac C, Mallela RK, Hattori T, Lai D, Koide S, Schones DE, Cuddapah S. Epigenetic dysregulation by nickel through repressive chromatin domain disruption. Proc Natl Acad Sci USA. 2014;111:14631–6.
Lee YW, Klein CB, Kargacin B, Salnikow K, Kitahara J, Dowjat K, Zhitkovich A, Christie NT, Costa M. Carcinogenic nickel silences gene expression by chromatin condensation and DNA methylation: a new model for epigenetic carcinogens. Mol Cell Biol. 1995;15:2547–57.
You Y, Sawikowska A, Neumann M, Pose D, Capovilla G, Langenecker T, Neher RA, Krajewski P, Schmid M. Temporal dynamics of gene expression and histone marks at the Arabidopsis shoot meristem during flowering. Nat Commun. 2017;8:15120.
Edelman DA, Roggli VL. The accumulation of nickel in human lungs. Environ Health Perspect. 1989;81:221–4.
Arita A, Costa M. Epigenetics in metal carcinogenesis: nickel, arsenic, chromium and cadmium. Metallomics. 2009;1:222–8.
Voigt P, Tee WW, Reinberg D. A double take on bivalent promoters. Genes Dev. 2013;27:1318–38.
Tullai JW, Schaffer ME, Mullenbrock S, Sholder G, Kasif S, Cooper GM. Immediate-early and delayed primary response genes are distinct in function and genomic architecture. J Biol Chem. 2007;282:23981–95.
Salnikow K, Donald SP, Bruick RK, Zhitkovich A, Phang JM, Kasprzak KS. Depletion of intracellular ascorbate by the carcinogenic metals nickel and cobalt results in the induction of hypoxic stress. J Biol Chem. 2004;279:40337–44.
Yang J, Ledaki I, Turley H, Gatter KC, Montero JC, Li JL, Harris AL. Role of hypoxia-inducible factors in epigenetic regulation via histone demethylases. Ann N Y Acad Sci. 2009;1177:185–97.
Clifton IJ, McDonough MA, Ehrismann D, Kershaw NJ, Granatino N, Schofield CJ. Structural studies on 2-oxoglutarate oxygenases and related double-stranded beta-helix fold proteins. J Inorg Biochem. 2006;100:644–69.
Davidson TL, Chen H, Di Toro DM, D’Angelo G, Costa M. Soluble nickel inhibits HIF-prolyl-hydroxylases creating persistent hypoxic signaling in A549 cells. Mol Carcinog. 2006;45:479–89.
Davidson T, Chen H, Garrick MD, D’Angelo G, Costa M. Soluble nickel interferes with cellular iron homeostasis. Mol Cell Biochem. 2005;279:157–62.
Bal W, Schwerdtle T, Hartwig A. Mechanism of nickel assault on the zinc finger of DNA repair protein XPA. Chem Res Toxicol. 2003;16:242–8.
Manikkam M, Guerrero-Bosagna C, Tracey R, Haque MM, Skinner MK. Transgenerational actions of environmental compounds on reproductive disease and identification of epigenetic biomarkers of ancestral exposures. PLoS ONE. 2012;7:e31901.
Schmidt CW. Uncertain inheritance transgenerational effects of environmental exposures. Environ Health Perspect. 2013;121:A298–303.
Wang G, Wang R, Strulovici-Barel Y, Salit J, Staudt MR, Ahmed J, Tilley AE, Yee-Levin J, Hollmann C, Harvey BG, et al. Persistence of smoking-induced dysregulation of miRNA expression in the small airway epithelium despite smoking cessation. PLoS ONE. 2015;10:e0120824.
Beane J, Sebastiani P, Liu G, Brody JS, Lenburg ME, Spira A. Reversible and permanent effects of tobacco smoke exposure on airway epithelial gene expression. Genome Biol. 2007;8:R201.
Spira A, Beane J, Shah V, Liu G, Schembri F, Yang X, Palma J, Brody JS. Effects of cigarette smoke on the human airway epithelial cell transcriptome. Proc Natl Acad Sci USA. 2004;101:10143–8.
Kartashov AV, Barski A. BioWardrobe: an integrated platform for analysis of epigenomics and transcriptomics data. Genome Biol. 2015;16:158.
Dobin A, Davis CA, Schlesinger F, Drenkow J, Zaleski C, Jha S, Batut P, Chaisson M, Gingeras TR. STAR: ultrafast universal RNA-seq aligner. Bioinformatics. 2013;29:15–21.
Love MI, Huber W, Anders S. Moderated estimation of fold change and dispersion for RNA-seq data with DESeq2. Genome Biol. 2014;15:550.
Li H, Durbin R. Fast and accurate short read alignment with Burrows–Wheeler transform. Bioinformatics. 2009;25:1754–60.
Li H, Handsaker B, Wysoker A, Fennell T, Ruan J, Homer N, Marth G, Abecasis G, Durbin R. Genome project data processing S: the sequence alignment/map format and SAMtools. Bioinformatics. 2009;25:2078–9.
Luyten A, Zang C, Liu XS, Shivdasani RA. Active enhancers are delineated de novo during hematopoiesis, with limited lineage fidelity among specified primary blood cells. Genes Dev. 2014;28:1827–39.
He HH, Meyer CA, Shin H, Bailey ST, Wei G, Wang Q, Zhang Y, Xu K, Ni M, Lupien M, et al. Nucleosome dynamics define transcriptional enhancers. Nat Genet. 2010;42:343–7.
Wang Z, Civelek M, Miller CL, Sheffield NC, Guertin MJ, Zang C. BART: a transcription factor prediction tool with query gene sets or epigenomic profiles. Bioinformatics. 2018;34:2867–9.
Wang S, Zang C, Xiao T, Fan J, Mei S, Qin Q, Wu Q, Li X, Xu K, He HH, et al. Modeling cis-regulation with a compendium of genome-wide histone H3K27ac profiles. Genome Res. 2016;26:1417–29.