RRBS揭示農(nóng)藥誘導胰腺全基因組DNA甲基化跨代改變與代謝表型相關
人造化學品的不當使用會對生物多樣性和人類健康構(gòu)成重大威脅，某些化學物質(zhì)（如農(nóng)藥）可能通過表觀遺傳機制（如DNA甲基化）對代謝健康造成跨代傳遞。先前的研究表明，胰腺中DNA甲基化變化是小鼠跨代易感性代謝疾病的重要機制，因此分析胰腺等代謝重要器官的表觀遺傳模式，可以進一步增進對祖代Linuron暴露介導跨代代謝效應的機制理解。
2024年10月5日，瑞典斯德哥爾摩大學Oskar Karlsson團隊在《Journal of Hazardous Materials》期刊發(fā)表了題為“Pesticide-induced transgenerational alterations of genome-wide DNA methylation patterns in the pancreas of Xenopus tropicalis correlate with metabolic phenotypes”的科研成果，研究關注了一種名為Linuron的抗雄激素類除草劑在動物（熱帶爪蟾，Xenopus tropicalis）中的跨代表觀遺傳效應，以及其與代謝表型的相關性。
標題：Pesticide-induced transgenerational alterations of genome-wide DNA methylation patterns in the pancreas of Xenopus tropicalis correlate with metabolic phenotypes（農(nóng)藥誘導的熱帶爪蟾胰腺全基因組DNA甲基化模式的跨代改變與代謝表型相關）
期刊：Journal of Hazardous Materials
影響因子：IF 12.2 / 1區(qū)
技術(shù)平臺：RRBS（易基因優(yōu)勢技術(shù)）
研究通過簡化基因組重亞硫酸鹽測序（Reduced Representation Bisulfite Sequencing，RRBS）分析了祖代（F0代）暴露于環(huán)境相關linuron水平 （2±44.4 μg/L） 的F2代成體雄性Xenopus tropicalis（X. tropicalis）胰腺中的全基因組 DNA 甲基化模式。分析共鑒定出F2代X. tropicalis基因組中的 1117 個差異甲基化區(qū)域 （DMR），揭示了代謝失調(diào)的潛在調(diào)控機制。在對胰腺功能至關重要的基因中鑒定出 DMR，包括鈣信號傳導（CLSTN2 、CACNA1d 和 CADPs2）、2型糖尿病相關基因 （TCF7L2 和 ADCY5） 以及胰腺導管腺癌（PLEC）生物標志物。相關性分析揭示這些基因中 DNA 甲基化水平與代謝表型之間的關聯(lián)，表明血糖代謝的表觀遺傳調(diào)控。此外與組蛋白修飾相關基因的差異甲基化表明表觀遺傳機制發(fā)生變化。研究證明了Linuron在一定環(huán)境濃度下引起的發(fā)育暴露可以導致雄性傳遞的跨代胰腺DNA甲基化模式改變。這些改變可能對胰腺功能產(chǎn)生長期影響，并引起對農(nóng)藥跨代表觀遺傳效應的健康風險的關注。
研究思路：
研究亮點：
結(jié)果圖形
B. 餅圖顯示了DMRs的基因組位置分布。
圖2：在F0代發(fā)育期間暴露于Linuron后的F2代雄性成體熱帶爪蟾胰腺中與差異甲基化區(qū)域（DMRs）重疊基因集的過表達分析。
A. 低甲基化區(qū)域的基因本體（Gene Ontology）過表達分析。
B. 啟動子區(qū)域低甲基化DMRs的基因本體過表達分析。
C. 高甲基化區(qū)域的基因的KEGG通路過表達分析。
表1：在F0代發(fā)育期間暴露于Linuron后的F2代雄性成體熱帶爪蟾胰腺中與DMRs重疊的選定基因。
表2：在F0代發(fā)育期間暴露于Linuron后的F2代雄性成體熱帶爪蟾中，對照組和處理組個體胰腺中選定基因的DMRs甲基化水平與相應代謝表型之間的成對斯皮爾曼相關系數(shù)（ρ）。DMRs呈現(xiàn)順序與表1相同。
表3：在F0代發(fā)育期間暴露于Linuron后的F2代雄性成體熱帶爪蟾的代謝表型測量。*號表示對照組和 Linuron F2 組之間的統(tǒng)計學顯著差異。
圖3：具有重要胰腺功能的候選基因DNA甲基化與X. tropicalis祖代暴露于Linuron后的表型（特別是血漿葡萄糖水平和體重）之間的多變量關系。
A. 雙變量圖展示主成分分析（PCA）的前兩個主成分（PC），包括選定基因中DMRs的胰腺DNA甲基化水平，以及成體F2雄性熱帶爪蟾在祖代發(fā)育期間暴露于Linuron后的血漿葡萄糖水平和體重。
B-C. 變量對PC1和PC2載荷的貢獻百分比。虛線紅線對應所有變量的平均貢獻。僅顯示每個主成分中貢獻最高的20個變量。
易小結(jié)
本研究表明，發(fā)育過程中暴露于一定濃度的抗雄激素類除草劑Linuron后，會誘導雄性傳遞的胰腺DNA甲基化模式的跨代改變。結(jié)果強調(diào)了環(huán)境污染的長期影響，并指出了對胰腺功能可能危害的跨代效應。在關鍵代謝基因中檢測到差異甲基化區(qū)域（DMRs），包括重要的2型糖尿病標記物（tcf7l2和adcy5）、胰腺導管腺癌（plec）以及調(diào)控鈣信號的基因，這些基因可以影響胰腺的外分泌和內(nèi)分泌功能。這些基因中的一些DNA甲基化水平也與體重和血漿葡萄糖水平相關，表明表觀遺傳調(diào)控可以影響葡萄糖代謝。最后，在編碼幾種組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶、去甲基化酶和乙酰轉(zhuǎn)移酶的基因中鑒定出DMRs，這些基因?qū)τ谡{(diào)控表觀遺傳景觀至關重要。這些發(fā)現(xiàn)不僅有助于全面理解污染跨代效應的潛在機制，也對歷史上農(nóng)藥和化學品使用所帶來的長期后果提出了擔憂。研究結(jié)果對環(huán)境污染物的長期影響和跨代表觀遺傳效應的健康風險具有重要意義。
參考文獻：
Roza M, Eriksson ANM, Svanholm S, Berg C, Karlsson O. Pesticide-induced transgenerational alterations of genome-wide DNA methylation patterns in the pancreas of Xenopus tropicalis correlate with metabolic phenotypes. J Hazard Mater. 2024 Aug 9;478:135455. pii: S0304-3894(24)02034-X. doi: 10.1016/j.jhazmat.2024.135455. PubMed PMID: 39154485.
2024年10月5日，瑞典斯德哥爾摩大學Oskar Karlsson團隊在《Journal of Hazardous Materials》期刊發(fā)表了題為“Pesticide-induced transgenerational alterations of genome-wide DNA methylation patterns in the pancreas of Xenopus tropicalis correlate with metabolic phenotypes”的科研成果，研究關注了一種名為Linuron的抗雄激素類除草劑在動物（熱帶爪蟾，Xenopus tropicalis）中的跨代表觀遺傳效應，以及其與代謝表型的相關性。
標題：Pesticide-induced transgenerational alterations of genome-wide DNA methylation patterns in the pancreas of Xenopus tropicalis correlate with metabolic phenotypes（農(nóng)藥誘導的熱帶爪蟾胰腺全基因組DNA甲基化模式的跨代改變與代謝表型相關）
期刊：Journal of Hazardous Materials
影響因子：IF 12.2 / 1區(qū)
技術(shù)平臺：RRBS（易基因優(yōu)勢技術(shù)）
研究通過簡化基因組重亞硫酸鹽測序（Reduced Representation Bisulfite Sequencing，RRBS）分析了祖代（F0代）暴露于環(huán)境相關linuron水平 （2±44.4 μg/L） 的F2代成體雄性Xenopus tropicalis（X. tropicalis）胰腺中的全基因組 DNA 甲基化模式。分析共鑒定出F2代X. tropicalis基因組中的 1117 個差異甲基化區(qū)域 （DMR），揭示了代謝失調(diào)的潛在調(diào)控機制。在對胰腺功能至關重要的基因中鑒定出 DMR，包括鈣信號傳導（CLSTN2 、CACNA1d 和 CADPs2）、2型糖尿病相關基因 （TCF7L2 和 ADCY5） 以及胰腺導管腺癌（PLEC）生物標志物。相關性分析揭示這些基因中 DNA 甲基化水平與代謝表型之間的關聯(lián)，表明血糖代謝的表觀遺傳調(diào)控。此外與組蛋白修飾相關基因的差異甲基化表明表觀遺傳機制發(fā)生變化。研究證明了Linuron在一定環(huán)境濃度下引起的發(fā)育暴露可以導致雄性傳遞的跨代胰腺DNA甲基化模式改變。這些改變可能對胰腺功能產(chǎn)生長期影響，并引起對農(nóng)藥跨代表觀遺傳效應的健康風險的關注。
研究思路：
- 研究假設Linuron在F0代早期發(fā)育暴露可以改變F2代胰腺表觀基因組，尤其與代謝功能相關基因。
- 通過實驗設計，研究F0代熱帶爪蟾（X. tropicalis）在暴露于Linuron后的多代效應，并在F2代中評估跨代表觀遺傳效應。
- 使用RRBS技術(shù)分析成體雄性F2代X. tropicalis胰腺的全基因組DNA甲基化模式。
- 通過相關性分析和主成分分析，研究DNA甲基化水平與代謝表型（體重和血糖水平）之間的關聯(lián)。
研究亮點：
- Linuron暴露導致X. tropicalis胰腺的跨代表觀遺傳變化。
- 在F2代雄性X. tropicalis中鑒定出1117個DMRs，這些區(qū)域可能與代謝表型跨代變化有關。
- 在與F2代代謝表型變化相關的基因中鑒定出DMRs，表明這些基因的甲基化狀態(tài)可能影響代謝表征。
- 特定基因的甲基化水平與血漿中的葡萄糖水平存在相關性，進一步支持表觀遺傳調(diào)控在代謝調(diào)控中的作用。
圖形摘要
結(jié)果圖形
圖1：在F0代發(fā)育期間暴露于Linuron后的F2代雄性成體熱帶爪蟾中的差異甲基化區(qū)域（DMRs）。
A. 圓形圖表顯示了每個染色體（1-10）上DMRs的位置。紅點代表高甲基化DMRs，藍點代表低甲基化DMRs，灰色點是與對照組相比差異小于10%的區(qū)域。B. 餅圖顯示了DMRs的基因組位置分布。
圖2：在F0代發(fā)育期間暴露于Linuron后的F2代雄性成體熱帶爪蟾胰腺中與差異甲基化區(qū)域（DMRs）重疊基因集的過表達分析。
B. 啟動子區(qū)域低甲基化DMRs的基因本體過表達分析。
C. 高甲基化區(qū)域的基因的KEGG通路過表達分析。
表1：在F0代發(fā)育期間暴露于Linuron后的F2代雄性成體熱帶爪蟾胰腺中與DMRs重疊的選定基因。
表2：在F0代發(fā)育期間暴露于Linuron后的F2代雄性成體熱帶爪蟾中，對照組和處理組個體胰腺中選定基因的DMRs甲基化水平與相應代謝表型之間的成對斯皮爾曼相關系數(shù)（ρ）。DMRs呈現(xiàn)順序與表1相同。
表3：在F0代發(fā)育期間暴露于Linuron后的F2代雄性成體熱帶爪蟾的代謝表型測量。*號表示對照組和 Linuron F2 組之間的統(tǒng)計學顯著差異。
圖3：具有重要胰腺功能的候選基因DNA甲基化與X. tropicalis祖代暴露于Linuron后的表型（特別是血漿葡萄糖水平和體重）之間的多變量關系。
B-C. 變量對PC1和PC2載荷的貢獻百分比。虛線紅線對應所有變量的平均貢獻。僅顯示每個主成分中貢獻最高的20個變量。
易小結(jié)
本研究表明，發(fā)育過程中暴露于一定濃度的抗雄激素類除草劑Linuron后，會誘導雄性傳遞的胰腺DNA甲基化模式的跨代改變。結(jié)果強調(diào)了環(huán)境污染的長期影響，并指出了對胰腺功能可能危害的跨代效應。在關鍵代謝基因中檢測到差異甲基化區(qū)域（DMRs），包括重要的2型糖尿病標記物（tcf7l2和adcy5）、胰腺導管腺癌（plec）以及調(diào)控鈣信號的基因，這些基因可以影響胰腺的外分泌和內(nèi)分泌功能。這些基因中的一些DNA甲基化水平也與體重和血漿葡萄糖水平相關，表明表觀遺傳調(diào)控可以影響葡萄糖代謝。最后，在編碼幾種組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶、去甲基化酶和乙酰轉(zhuǎn)移酶的基因中鑒定出DMRs，這些基因?qū)τ谡{(diào)控表觀遺傳景觀至關重要。這些發(fā)現(xiàn)不僅有助于全面理解污染跨代效應的潛在機制，也對歷史上農(nóng)藥和化學品使用所帶來的長期后果提出了擔憂。研究結(jié)果對環(huán)境污染物的長期影響和跨代表觀遺傳效應的健康風險具有重要意義。
參考文獻：
Roza M, Eriksson ANM, Svanholm S, Berg C, Karlsson O. Pesticide-induced transgenerational alterations of genome-wide DNA methylation patterns in the pancreas of Xenopus tropicalis correlate with metabolic phenotypes. J Hazard Mater. 2024 Aug 9;478:135455. pii: S0304-3894(24)02034-X. doi: 10.1016/j.jhazmat.2024.135455. PubMed PMID: 39154485.
標簽：
RRBS
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