اثر سم شناسی و آنالیز رونویسی برای انروفلوکساسین خوراکی کوتاه مدت همراه با دو ضد میکروبی دامپزشکی بر روی کبد موش

Toxicologic effect and transcriptome analysis for short-term orally dosed enrofloxacin combined with two veterinary antimicrobials on rat liver

چکیده
1 مقدمه
2 روش ها
2.1 مواد شیمیایی و معرف ها
2.2 حیوانات
2.3 طراحی آزمایشی
2.4 هماتولوژی و تجزیه و تحلیل بیوشیمیایی
2.5 معاینه بافت شناسی
2.6 استخراج RNA
۲.۷ ساخت کتابخانه، توالی سازی ترانسکریپتوم، و همترازی ژنوم
۲.۸ تحلیل های بیوانفورماتیک نتایج توالی سازی
2.9 اعتبارسنجی تحلیل کمی PCR
2.10 تحلیل آماری
3 نتایج و تحلیل
3.1 وزن بدن
3.2 تحلیل هماتولوژی و بیوشیمیایی
3.3 تحلیل آسیب شناسی
3.4 شناسایی ژن های بیان متمایز
۳.۵ WGCNA برای شناسایی ژن های هاب مسئول درمان با داروی سه گانه
۳.۶ اعتبارسنجی DEGها و ژن های هاب با استفاده از qRT-PCR
۴ بحث
۵ نتیجه گیری
منابع

چکیده

در حال حاضر، ارزیابی اثر سمی کبدی چندین ماده ضد میکروبی دامی بر روی پستانداران انجام نشده است. در این تحقیق، ما اثر سمی کوتاه مدت انروفلوکساسین (E) را همراه با کولسیتین (C) و کینوستون (Q) ارزیابی کردیم. موش های صحرایی نر جوان به صورت خوراکی مخلوط های دارویی و داروهای واحد را در 14 روز متوالی مصرف کردند که هر کدام در دوز 20،80، و 400 میلی گرم (kg.BW) برای تحقیق سم شناسی محیطی بود. نتایج نشان دادند که در درمان با دوز بالا، ترکیب E+C+Q میزان مصرف بدنی و تعداد لنفوسیت های موش های صحرایی را تا حد قابل توجهی کاهش داد؛ و مقادیر آلانین آمینوترانسفراز (ALT)، گلوتامیک اگزالواستیک ترانسامیز (AST)، و کولین استراز (CHE) را به میزان قابل توجهی افزایش داد. همچنین شدیدترین تغییرات هیستوپاتولوژیک را در جایی تجربه می شود که احتقان سینوسی و تعداد زیادی ذرات سیاه در سینوس ها مشاهده شدند. این موضوع بدان معنی است که E+C+Q در گروه هایی با دوز زیاد می توانند آسیب جدی به کبد برسانند. سایر ترکیبات یا دوزها باعث آسیب کبدی قابل توجهی نمی شوند. پس برای تحقیقات بیشتر، تجزیه و تحلیل ترانسکریپتوم بر روی موش هایی در گروه دوز زیاد انجام می شود. برای E+C و E+Q، میزان 375 و 480 ژن بیان متفاوت فیلتر شدند، که نشان دهنده اثر زیربنایی احتمالی آنها بر روی ژنوم ها است. برای E+C+Q، تجزیه و تحلیل شبکه بیان مشترک ژن وزنی انجام می شود و 96 ژن هاب شناسایی می شوند تا اثر خاص ناشی از این ترکیب را نشان دهند. این تحقیق نشان می دهد که اثر سمی مفصلی باید هنگام ارزیابی خطر این داروهای ضد میکروبی در نظر گرفته شود.

1 مقدمه

به تازگی، ریسک مواد شیمایی متعدد، به ویژه مواد شیمیایی دست ساز مردم را آگاه و نگران کرده است (مک انتاگارت و همکاران، 2019). مواد ضد میکروبی دامی بعنوان دسته بزرگی از مواد شیمیایی برای درمان بیماری، پیشگیری از بیماری، و افزایش رشد حیوانات بسیار مورد استفاده قرار می گیرند (گراو و همکاران، 2010، 2012؛ وان بیوئکل و همکاران، 2015). در نتیجه، ممکن است حیوانات از ترکیب های ضد میکروبی بقایای زیادی بدست آورند. برخی گزارش ها نشان دادند که چندین آلودگی دامی که در دارو وجود دارد، در آب، غذا و خاک نیز وجود دارد (براون و همکاران، 2020؛ هان و همکاران، 2020). بنابراین، ارزیابی اثر سمی مفصلی داروهای دامی از نظر محیط زیستی و سلامت انسانی اهمیت زیادی دارد.

۵ نتیجه گیری

یک تحقیق اثر سمی ۱۴ روزه کوتاه مدت نشان داد که درمان E+C+Q، اثر سمی کبدی شدید را در دوز 400 mg/(kg⋅BW)، برای هر دارو ایجاد کرد. با این حال، هیچ اثر واضح اثر سمی کبدی در ترکیب E+C، E+Q و داروهای واحد مشاهده نشد. تحقیق ترانسکریپتوم نشان داد که درمان E+C دارای پتانسیل تداخل با چرخه سلولی است، درمان E+Q، مسیرهای متابولیک را مختل کرد. درمان E+C+Q با عملکردهای متابولیک و عملکردهای ایمنی تداخل دارد. این تحقیق، منابعی را برای ارزیابی ریسک ترکیب های ضد میکروبی غنی سازی خواهد کرد.

Abstract

Presently, toxicological assessment of multiple veterinary antimicrobials has not been performed on mammals. In this study, we assessed the short-term toxicity of enrofloxacin (E) combined with colistin (C) and quinocetone (Q). Young male rats were orally dosed drug mixtures and single drugs in 14 consecutive days, each at the dose of 20, 80, and 400 mg/(kg·BW) for environmental toxicologic study. The results showed that at the high dose treatment, the combination of E + C+Q significantly decreased body intake, lymphocytes count on rats; significantly increased the values of Alanine aminotransferase (ALT), Glutamic oxaloacetic transaminase (AST) and, cholinesterase (CHE); it also got the severest histopathological changes, where sinusoidal congestion and a large number of black particles in sinusoids were observed. This means E + C+Q in the high dose groups was able to cause significant damage to the liver. Other combinations or doses did not induce significant liver damage. Transcriptome analysis was then performed on rats in high dose group for further research. For E + C and E + Q, an amount of 375 and 480 differently expressed genes were filtered out, revealing their possible underlying effect on genomes. For E + C+Q, a weighted gene co-expression network analysis was performed and 96 hub genes were identified to reveal the specific effect induced by this combination. This study indicates that joint toxicity should be taken into consideration when involving the risk assessment of these antimicrobials.

1 Introduction

Recently, the risk of multiple chemicals, especially manmade chemicals, has become to public’s awareness and concern (McEntaggart et al., 2019). Served as a large category of chemicals, veterinary antimicrobials are widely used for disease treatment, disease prevention, and growth promotion of animals (Grave et al., 2010, 2012; Van Boeckel et al., 2015). As a result, severe residues of antimicrobial mixtures may occur to animals. Some reports revealed that multiple veterinary drug contamination has also been existed in water, food and soil (Brown et al., 2020; Han et al., 2020). Thus, the assessment of the joint toxicity for veterinary drugs is of significance for ecological environment concerns and human health.

5 Conclusion

A 14-day short-term toxicity study showed that E + C+Q treatment induced severe hepatoxicity at the dose of 400 mg/(kg⋅BW) per drug. However, no obvious hepatoxicity impact was observed in combination E + C, E + Q, and single drugs. Transcriptome study revealed that E + C treatment had the potential to interfere with cell cycle, E + Q treatment disrupted the metabolic pathways. E + C+Q treatment interfered with both metabolic functions and immune functions. This study would enrich references for the risk assessment of antimicrobial mixtures.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

اثر سم شناسی و آنالیز رونویسی برای انروفلوکساسین خوراکی کوتاه مدت همراه با دو ضد میکروبی دامپزشکی بر روی کبد موش

Toxicologic effect and transcriptome analysis for short-term orally dosed enrofloxacin combined with two veterinary antimicrobials on rat liver

تنظیم ژن در سطح رونویسی و پسارونویسی به وسیله ی RNA غیر کدکننده طولانی

Transcriptional and Post-transcriptional Gene Regulation by Long Non-coding RNA

چکیده

زمینه ی در حال ظهور RNA غیر کدکننده

تنوع lncRNA

چه میزان از ژنوم رونویسی می شود؟

عملکردهای lncRNA

تنظیم بعد از رونویسی توسط lncRNA

lncRNA به عنوان منبعی از میکرو RNA

lncRNA به عنوان تنظیم کننده ی منفی miRNA عمل می کند

تجزیه mRNA مستقل از miRNA

تنظیم رونویسی توسط lncRNA

lncRNA گذرا از تقویت کننده های فعال، رونویسی می شود

فعالیت شبه تقویت کننده ژن های lncRNA

تنظیم رونویسی توسط بکارگیری اصلاح کننده های کروماتین

نتایجی که اظهار شده اند

منابع

چکیده

پیشرفت های صورت گرفته در تکنولوژی ژنومیک در سال های اخیر منجر به کشف شگفت انگیزی شده و ژنوم به مراتب فراگیرتر از قبل مورد بررسی قرار گرفته است. بسیاری از ترانسکریپتوم های تازه کشف شده به نظر می رسد دارای RNA غیر کدکننده ی طویل (lncRNA) یعنی گروه ناهمگنی از رونوشت های غیر قابل تشخیص، هستند. درک عملکرد بیولوژیک این مولکول ها، چالش عمده ای است و در این مقاله ی مروری ما برخی از پیشرفت هایی که تا به امروز صورت گرفته است را مورد بحث قرار می دهیم. یکی از موضوعات مهم زیست شناسی lncRNA به نظر می رسد وجود شبکه ای از تعاملات با مسیرهای میکرو RNA (miRNA) است. نشان داده شده است که lncRNA هم به عنوان یک منبع و هم به عنوان یک تنظیم کننده ی مهاری miRNA عمل می کند. در سطح رونویسی، مدلی در حال ظهور است که به وسیله ی آن lncRNA با اتصال به کروماتین پل هایی را با DNA و پروتئین تشکیل می دهد و به عنوان داربستی برای تغییر کمپلکس های پروتئینی عمل می کند. چنین مکانیسمی می تواند توسط تنظیم حلقه زنی کروماتین، پروموتورها را به تقویت-کننده ها یا ژن های غیر کدکننده ی شبه تقویت کننده متصل کند و همچنین با هدایت کردن هیستون به سوی لوکوس های خاص آنها را اختصاصی می کند.

نتایجی که اظهار شده اند

در این مقاله ی مروری، ما عملکردهای بیولوژیکی بسیار متنوع lncRNA ها را توصیف کرده ایم که منعکس‌کننده ی انعطاف پذیری خود مولکول RNA است. ما یک مدل کلی ارائه دادیم که در آن این عملکردها ممکن است به طور گسترده به دو دسته تقسیم شوند: عملکردهایی که نشان دهنده ی تعامل با شبکه های میکرو RNA به منظور تنظیم بیان ژن در سطح بعد از رونویسی هستند و عملکردهایی که تعامل lncRNA با تقویت کننده ها، پروموتورها و کمپلکس های اصلاح کننده ی کروماتین برای تنظیم بیان ژن در سطح رونویسی را نشان می دهند. برخی از lncRNA ها مانند H19 به نظر می رسد در سطوح مختلف تنظیم ژن عمل می کنند. هنوز مشخص نشده است که آیا این یک پدیده ی کلی است یا خیر. در واقع، باید به این نکته توجه کرد که درک کنونی ما از lncRNA از مطالعات انجام شده بر روی تعداد کمی از lncRNA ها می آید و در حال حاضر مشخص نیست که آیا این گروه از lncRNA ها نماینده ی کل lncRNA ها هستند یا خیر. یکی از چیزهایی که احتمالا به نظر می رسد این است که ما شروع به درک بهتر این مولکول ها می کنیم؛ طبقه بندی خام آنها به ncRNA طویل و کوتاه باید برای منعکس کردن عملکردهای متنوع آنها تغییر کند.

Abstract

Advances in genomics technology over recent years have led to the surprising discovery that the genome is far more pervasively transcribed than was previously appreciated. Much of the newly-discovered transcriptome appears to represent long non-coding RNA (lncRNA), a heterogeneous group of largely uncharacterised transcripts. Understanding the biological function of these molecules represents a major challenge and in this review we discuss some of the progress made to date. One major theme of lncRNA biology seems to be the existence of a network of interactions with microRNA (miRNA) pathways. lncRNA has been shown to act as both a source and an inhibitory regulator of miRNA. At the transcriptional level, a model is emerging whereby lncRNA bridges DNA and protein by binding to chromatin and serving as a scaffold for modifying protein complexes. Such a mechanism can bridge promoters to enhancers or enhancer-like non-coding genes by regulating chromatin looping, as well as conferring specificity on histone modifying complexes by directing them to specific loci.

Concluding remarks

In this review we have described the highly diverse biological functions of lncRNAs, reflecting the versatility of the RNA molecule itself. We have proposed a general model in which these functions may broadly be divided into those representing an interaction with miRNA networks in order to regulate gene expression at the post-transcriptional level and those representing an interaction of lncRNA with enhancers, promoters, and chromatin-modifying complexes to regulate gene expression at the transcriptional level. Some lncRNAs such as H19 appear to act at multiple levels of gene regulation. It remains to be seen whether this is a general phenomenon. Indeed, it should be noted that much of our current understanding of lncRNA comes from studies of a small number of lncRNAs and it is presently unclear whether these are representative of the group as a whole. One thing that seems likely is that as we begin to understand these molecules better, the rather crude classification into long and short ncRNAs will need to be refined to better reflect their diverse functions.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

تنظیم ژن در سطح رونویسی و پسارونویسی به وسیله ی RNA غیر کدکننده طولانی

Transcriptional and Post-transcriptional Gene Regulation by Long Non-coding RNA

مغایرت رونویسی-تکثیر: چگونه رخ می دهد و چگونه حل می شوند؟

Transcription–replication conflicts: how they occur and how they are resolved

چکیده

تعمیر همراه با رونویسی

DNA غیر B

چگونه برخورد رخ می دهد؟

عناصر CIS تاثیرگذار بر برخوردها

ابرمارپیچ شدن

سرسنجاقی

DNA سه گانه

چهاررشته ای G

Combing DNA

کانون γH2AX

ابرمارپیچ شدن DNA

ساختارهای DNA غیر B و هیبریدهای RNA-DNA

جزایر CpG

مکانیسم هایی برای جلوگیری از تعارض ها

تشکیلات رونویسی RNA پلیمراز

بسته 1 | محل های شکننده به عنوان نقاط داغ برخوردهای همانندسازی- رونویسی

Break-sec

برومودزوکسی یوریدین

خانواده RecQ

موانع دوشاخه ی همانندسازی

DNA هلیکاز RECQL5

تغییر وضع کروماتین

تعارضات و پاسخ آسیب DNA

جلوگیری از تعارض همانندسازی-رونویسی با DDR

جعبه 2 | انکوژن ها و برخوردهای همانندسازی- رونویسی

حل تعارض توسط BRCA و پروتئین های کم خونی فانکونی

نتیجه گیری و دیدگاه ها

چکیده

وقوع مکرر رونویسی و تکثیر DNA در سلول ها منجر به برخوردهای بسیار و در نتیجه تعارض بین تشکیلات رونویسی و تکثیر می شود. این تعارض ها یک منبع اصلی برای عدم ثبات ژنوم هستند که مشخصه سلول های سرطانی است. چگونگی پیشرفت تشکیلات تکثیر در یک مولکول DNA که توسط RNA پلیمراز اشغال شده است، یک سوال قدیمی است. در اینجا، داده های اخیر مربوط به ارتباط زیستی تعارض تکثیر- رونویسی و عوامل و مکانیسم هایی که در پیشگیری یا حل آن ها، عمدتا در یوکاریوت ها دخیل هستند را بررسی می کنیم. بر اساس این داده ها، دیدگاه فعلی ما در مورد چگونگی ایجاد مانع توسط رونویسی برای تکثیر، از جمله تنش پیچیدگی و ساختارهای DNA غیر B، و فرآیندهای مختلف سلولی تکامل یافته برای حل آن ها ارائه می شود.

نتیجه گیری و دیدگاه ها

ما هنوز درک مولکولی از چگونگی حرکت دوشاخه های رونویسی در مناطق DNA تحت رونویسی وجود ندارد. شواهد جمع آوری شده در دو دهه گذشته نشان می دهد که یک منبع مهم طبیعی از بی ثباتی ژنوم، از تعارضات همانندسازی-رونویسی است. ارتباط زیست پزشکی تعارضات همانندسازی-رونویسی توسط چندین وضعیت مستعد سرطان یا بیماری های انسانی مانند آنمی فانکنی، ataxia‑ ocular apraxia نوع 2 یا اسكلروز جانبی آمیوتروفی نوع 4 تاکید شده است که ناشی از جهش در ژن های درگیر در جلوگیری یا حل این برخوردها هستند. اخیرا شناسایی عوامل و مکانیسم های احتمالی آغاز شده است که می توانند در کاهش تعداد برخوردها یا حل آنها مشارکت داشته باشند تا عواقب منفی آن ها مانند تنش همانندسازی و شکست های DNA را محدود کنند. با این حال، کشف مکانیزم هایی که توسط آنها دوشاخه های همانندسازی، DNA در حال رونویسی را بدون آسیب زدن به یکپارچگی ژنوم همانندسازی می کنند، هنوز نیازمند شناسایی توالی های DNA یا ساختارهای ثانویه یا ویژگی-های خاص کروماتین در نقاط داغ برخورد است.

Abstract

The frequent occurrence of transcription and DNA replication in cells results in many encounters, and thus conflicts, between the transcription and replication machineries. These conflicts constitute a major intrinsic source of genome instability, which is a hallmark of cancer cells. How the replication machinery progresses along a DNA molecule occupied by an RNA polymerase is an old question. Here we review recent data on the biological relevance of transcription–replication conflicts, and the factors and mechanisms that are involved in either preventing or resolving them, mainly in eukaryotes. On the basis of these data, we provide our current view of how transcription can generate obstacles to replication, including torsional stress and non‑B DNA structures, and of the different cellular processes that have evolved to solve them.

Conclusions and perspectives

We do not yet have a molecular understanding of how replication forks traverse DNA regions undergoing tran‑ scription. Evidence accumulated in the past two decades indicates that an important natural source of genome instability stems from transcription–replication conflicts. The biomedical relevance of transcription–replication conflicts is emphasized by several cancer-prone condi‑ tions or human diseases, such as Fanconi anaemia, ataxia-ocular apraxia type 2 or amyotrophic lateral sclerosis type 4, which are caused by mutations in genes that are involved in preventing or solving such conflicts. We have recently started to identify factors and putative mech‑ anisms that may contribute to either diminishing the fre‑ quency of collisions or resolving them in a way that limits their negative consequences, such as replication stress and DNA breaks. However, to decipher the mechanisms by which replication forks replicate DNA undergoing transcription without compromising genome integrity, we still need to identify DNA sequences or secondary structures, or specific chromatin features at collision hot spots.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مغایرت رونویسی-تکثیر: چگونه رخ می دهد و چگونه حل می شوند؟

Transcription–replication conflicts: how they occur and how they are resolved