다중 오믹스 통합 분석, 단백질체학과 지질체학이 환경 오염이 대서양 대구에 미치는 영향을 밝혀냅니다
해양 환경은 지속적인 오염 압력에 직면해 있으며, 여기에 해상 작업 뿐만 아니라 육지의 오염원으로부터 발생하는 오염물질도 포함됩니다. 주로 산업 및 농업 활동과 하수 배출이 이에 해당됩니다. 환경에서 흔히 발견되는 두 가지 오염물질은 다환 방향족 탄화수소(PAH)와 퍼플루오로알킬 물질(PFAS)입니다. PAHs와 PFASs는 이미 해양 생물, 몇몇 어류 및 해양 포유동물에서 검출되었습니다. 몇몇 경골어류가 PAHs와 PFASs에 노출되었을 때 독성 영향이 나타났으며, 예를 들어 발달 독성, 행동 이상 및 생식계 파괴 등이 있습니다. PAHs와 PFASs가 결합할 때 독성을 어떻게 발휘하는지에 대한 연구는 아직 드뭅니다.
환경 독성학에서 생물 표지자는 화학적 노출의 민감한 초기 경고 신호로 사용됩니다. PAH 노출의 일반적인 생물 표지자는 아릴 탄화수소 수용체(Ahr)를 활성화하여 유도되는 세포 색소 P450 1A(Cyp1a), DNA 가합물 형성과 DNA 절편화, 담즙 내 PAH 대사체의 축적 등이 있습니다. PFAS 노출의 특정 생물 표지자는 아직 명확하지 않으며, 간 조직 내 항산화 효소 활성, 에너지 대사 및 DNA 안정성의 변화를 평가하는 것이 PFAS 독성에 대한 유용한 정보를 제공합니다. 따라서 단백질체학과 지질체학과 같은 고처리량 방법을 통해 독성 메커니즘을 이해하고 PFAS 노출의 잠재적 생물 표지자를 제공하는 데 도움이 됩니다.
대서양 대구(Gadus morhua)는 환경 독성학에서 점점 더 많이 모델 생물로 사용되고 있습니다. 본 연구의 목적은 PAHs와 PFASs의 환경 관련 혼합물에 노출된 대서양 대구의 생물학적 반응을 연구하는 것입니다. 연구에서 저농도 혼합물은 야생 대서양 대구 간에서 보고된 PAHs와 PFASs의 농도를 기반으로 하며, 고농도 혼합물은 저농도 농도의 20배(20x)입니다. 노출 확인을 위해 대구 간에서 축적된 PFAS를 측정하고 담즙에서 PAH 대사체를 측정했습니다. 간 샘플을 단백질체학 분석하여 간 단백질체의 변화를 연구하고, 간 미세소체 구성 요소를 지질체학 분석하여 지질 대사의 변화를 연구했습니다. 또한, 백혈구의 생물학적 반응, 예를 들어 DNA 절편화, 산화 스트레스 및 내분비 파괴도 평가했습니다.
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저널: Aquatic Toxicology
임팩트 팩터: 4.344
발행일: 2020년 8월
기사 링크: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0166445X20303404
요약
본 연구의 목적은 다환 방향족 탄화수소(PAHs)와 퍼플루오로알킬 물질(PFASs)의 특정 혼합물이 환경과 관련된 저농도(1×= L) 또는 고농도(20×= H)에서 대서양 대구(Gadus morhua)의 생물학적 반응에 미치는 영향을 연구하는 것입니다. 이를 위해 이주간의 체외 실험을 진행하였으며, 0일차와 7일차에 복막 내 주사를 통해 배양된 어린 대구를 노출시켰습니다. 총 10개의 물고기 샘플 그룹(n = 21-22)이 있으며, 두 개의 대조군, 네 개의 단독 PAH 및 PFAS 혼합물(L, H) 노출 그룹, 그리고 네 개의 PAH 및 PFAS 혼합물(L / L, H/ L, L / H, H / H) 그룹이 있습니다. 신체 부담 분석을 통해 대구 간에서 PFASs와 담즙에서 PAH 대사체의 용량 의존적 축적이 확인되었습니다. 세 개의 PAH / PFAS 공동 노출 그룹(L-PAH / H-PFAS, H-PAH / L-PFAS, H-PAH / H-PFAS)에서 간체 지수(HSI)가 유의미하게 감소했습니다. 간 단백질체 분석은 지질 분해와 관련된 경로가 PFAS 노출에 의해 크게 영향을 받았음을 보여주며, 특히 지질산 β-산화와 같은 지질산 분해 경로의 효소 상향 조절이 포함됩니다. H-PFAS 노출 그룹에서는 지질 분해 경로의 효소 농도가 증가하여 트리아실글리세롤(TGs) 함량이 감소하는 것과 일치하며, 이는 대서양 대구에서 PFAS가 지질 분해 대사를 증가시켰음을 시사합니다. PFAS 노출은 또한 과산화수소 분해 효소와 글루타티온 S-전이 효소 활성과 같은 산화 스트레스 표지자를 유도했습니다. 노출 그룹과 대조군 간의 cyp1a 및 acox1 유전자 발현, 혈장 내 난황단백질 농도, Cyp1a 단백질 합성 및 DNA 절편화의 미세한 차이와 비유의미한 차이만 관찰되었습니다. 결론적으로, 연구자들은 단백질체학과 지질체학 분석을 결합하여 PFAS가 대서양 대구의 지질 균형을 파괴할 수 있음을 보여주었습니다.
주요 결과
풀턴 조건 인자(CF)와 간체 지수(HSI)는 성장 성능을 나타내는 매개변수이며, 연구에서는 대조군과 노출군의 CF를 비교했을 때 유의미한 차이가 발견되지 않았습니다. 그러나 대조군과 비교하여 L-PAH / H-PFAS, H-PAH / L-PFAS 및 H-PAH / H-PFAS 그룹의 HSI가 유의미하게 감소했습니다(p <0.05). 간 단백질체학 연구에서, PFAS 그룹의 경우 대조군과 노출군(L-PFAS 및 H-PFAS, p = 0.005, q값<0.125) 간의 비교에서, 이전에 차별적으로 발현된 111개의 단백질이 계층적 클러스터링에 사용되었으며, L-PFAS 및 H-PFAS 그룹의 많은 단백질이 유사한 발현 특성을 보여 데이터에 용량 반응 경향이 있음을 시사합니다. 이전에 차별적으로 발현된 111개의 단백질(p = 0.005, q값<0.125) 중 76개에 대한 경로 및 네트워크 분석을 통해, 주요 에너지 대사와 관련된 경로가 유의미하게 풍부하다는 것을 발견했으며, 특히 지질 분해 대사 경로와 미토콘드리아 지질 분해 대사 경로 및 아미노산 대사 경로와 관련이 있습니다. 유전자 풍부 분석을 통해 지질산 대사 경로(FATTY_ACID_METABOLISM)를 포함하는 경로 중 몇몇 효소의 상향 조절이 확인되었습니다. 간 미세소체 구성 요소의 지질체학 분석을 통해 9개의 다양한 지질 하위 군에 속하는 130개의 지질이 확인되었습니다. 다양한 노출 그룹의 간 내 지질 스펙트럼을 대조군과 비교했을 때, H-PFAS 그룹의 지질체가 대조군과 유의미한 차이를 보였으며, 생성된 42개의 VIP > 1은 몇몇 TG가 상대적으로 감소하고 몇몇 인지질이 증가했음을 보여줍니다. 연구는 또한 PAH 단독 노출이 Cat와 Gst의 활성을 영향을 미치지 않음을 발견했으며, L-PFAS 그룹은 두 효소의 활성을 유의미하게 유도했습니다(p <0.05). cyp1a 및 acox1 유전자 발현, 혈장 내 난황단백질 농도, Cyp1a 단백질 합성 및 DNA 절편화와 같은 생물 표지자에 대해서는 영향을 관찰하지 않았거나 거의 영향을 미치지 않았습니다.
PAHs와 PFASs에 노출된 대서양 대구의 성장 성능
L-PFAS 및 H-PFAS와 대조된 대구 간에서 가장 큰 차이를 보이는 단백질의 이중 방향 계층적 클러스터링
L-PFAS 및 H-PFAS 그룹 대구 간에서 차별적으로 발현된 76개 단백질의 STRING 상호작용 네트워크
PAHs와 PFASs에 노출된 대서양 대구 간에서의 Gst 및 Cat 활성
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