شناسایی ژن‌های میتوکندریایی تأثیر‌گذار بر تکامل سلول تخم تحت هورمون FSH با استفاده از داده‌های ریز آرایه در گاو

پژوهشهای علوم دامی ایران

مقاله 1، دوره 12، شماره 2، تابستان 1399، صفحه 0-0  

نوع مقاله: علمی پژوهشی- سایر

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/ijasr.v12i2.73776

نویسندگان

گلزار فرهادی¹؛ هدایت الله روشنفکر ²؛ جمال فیاضی²؛ محمود نظری ²؛ الهام بهدانی²

¹کشاورزی و منابع طبیعی رامین خوزستان

²دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی رامین خوزستان

چکیده

بلوغ تخمک شامل بلوغ هسته­ای و سیتوپلاسمی است که هر دو برای لقاح و نمو رویان اهمیت دارد. برخلاف بلوغ هسته­ای، بلوغ سیتوپلاسمی اووسیت را نمی­توان به راحتی ارزیابی کرد. با توجه به توزیع مجدد برخی اندامک­ها از جمله میتوکندری در زمان بلوغ می­توان آن را به عنوان شاخص بلوغ سیتوپلاسمی در نظر گرفت. در این مطالعه به منظور بررسی اثر هورمون FSH در شرایط آزمایشگاهی بر چگونگی بیان ژن­های میتوکندریایی، داده­های ریزآرایه حاوی اطلاعات بیان ژن سلول­های اووسیت گاو، با کد دسترسی GEO ( (GSE38345 استفاده گردید. آنالیز و مقایسه بیان ژن­ها در دو حالت قبل و بعد از بلوغ به ترتیب (20 و 96 ساعت بعد از تیمار) با استفاده از لینک نرم­افزاری GEO2R، دو گروه ژن­های افزایش و کاهش بیان یافته را تعیین نمود. برهمکنش گروه­های ژنی با استفاده از پایگاه اطلاعاتی string، مجسم­سازی شبکه با استفاده از نرم­افزار cytoscape و هستی­شناسی شبکه با استفاده از پایگاه اطلاعاتی comparative GO انجام گردید. در شبکه برهمکنش پروتئینی مربوط به ژن­های افزایش بیان یافته، ژن­های مهمMRPS10 ، MRPS18A، MRPL16 و MRPL17 که در فرایند­های انهدام میتوکندری و ترجمه ژن­های این اندامک و در شبکه ژن­های کاهش بیان یافته، ژن­هایMRPL22،  ATP5Bو  ATP5C1که با کاهش بیان خود، سعی در ایجاد تعادل در مسیر­های مرتبط با انهدام میتوکندری و تولید ATP از طریق نقش در ساختار ATP سنتتاز، داشتند. در این مطالعه ژن­های تنظیم کننده و همچنین مسیر­های بیولوژیکی مؤثر به منظور درک ساز و کار اثر هورمون FSH بر روند بلوغ اووسیت از طریق اندامک میتوکندری بررسی گردیده است.

کلیدواژه‌ها

تکامل سلول تخم؛ داده های ریز آرایه؛ ژن های میتوکندریایی؛ هورمون FSH

مراجع

1- Alexeyev, M. F., N. Venediktova, V. Pastukh, I. Shokolenko, G. Bonilla, and G. L. Wilson. 2008. Selective elimination of mutant mitochondrial genomes as therapeutic strategy for the treatment of NARP and MILS syndromes. Gene Therapy, 15(7):516–523.

2- Bader, G. D., M. P. Cary, and C. Sander. 2006. Pathguide: a pathway resource list. Nucleic acids research, 34(2):504–506.

3- Bavister, B. D, and J. M. Squirrell. 2000. Mitochondrial distribution and function in oocytes and early embryos. Human Reporduction. 2:189-198.

4- Behdani, E, and M. R. Bakhtiarizadeh. 2017. Construction of an integrated gene regulatory network link to stress-related immune system in cattle. Genetica, 145(5):441-454.

5- Cantatore, p., Z. Flagella, F. Fracasso, A. M. S. Lezza, M. N. Gadaleta, and A. De Montalvo. 1987. Synthesis and turnover rates of four rat liver mitochondrial RNA species. FEBS Letters, 213(1):144-148.

6- Campoy, E, and M. I. Colombo. 2009. Autophagy in intracellular bacterial infection. Biochimica et Biophysica Acta, 1793(9):1465–1477.

7- Chargui, A. 2012. Subversion of autophagy in adherent invasive Escherichia coli-infected neutrophils induces inflammation and cell death. PLoS One, 7(12):1-10.

8- Chappel, S. 2013. The Role of Mitochondria from Mature Oocyte to Viable Blastocyst. Obstetrics and Gynecology International, 2013(10):1-10.

9- Chen, X., R. Prosser, S. Simonetti, J. Sadlock, G. Jagiello, and E. A. Schon. 1995. Rearranged mitochondrial genomes are present in human oocytes. The American Journal Human Genettics, 57(2):239–247.

10- Endo, T., H. Yamamoto, and M. Esaki. 2003. Functional cooperation and separation of translocators in protein import into mitochondria, the double-membrane bounded organelles. Journal of Cell Science. 116:3259–3267.

11- Feniouk, B. A, and W. Junge. 2005. Regulation of the F0F1-ATP synthase: the conformation of subunit epsilon might be determined by directionality of subunit gamma rotation .FEBS Letters, 579(23):5114-5118.

12- Ferreira, E.M., A. A. Vireque, P. R. Adona, F. V. Meirelles, R. A. Ferriani, and P. A .Navarro. 2009. Cytoplasmic maturation of bovine oocytes: structural and biochemical modifications and acquisition of developmental competence. Theriogenology, 71(5):836-848.

13- Fleckenstein, B., M. D. Daniel, R. D. Hunt, R. D. Werner, L. A. Falk, and C. Mulder. 1978. Tumour induction with DNA of oncogenic primate herpesviruses. Nature. 274:57–59.

14- Ghanem, N., M. Holker, F. Rings, D. Jennen, E. Tholen, M. A. Sirard, H. Torner, W. Kanitz, K. Schellander, and D. Tesfaye. 2007. Alterations in transcript abundance of bovine oocytes recovered at growth and dominance phases of the first follicular wave. BMC Developmental Biologhy. 7:90.

15- Gomes, L. C, and I. Dikic. 2014. Autophagy in antimicrobial immunity. Molecular Cell, 54(2):224–233.

16- Israel, M. A., H. W. Chan, S. L. Hourihan, W. P. Rowe, and M. A. Martin. 1979. Biological activity of polyomavirus DNA in mice and hamsters. Journal Virologhy. 29:990–996.

17- Jansen, R. P, and K. de Boer .1998. The bottleneck: mitochondrial imperatives in oogenesis and ovarian follicular fate. Molecular and Cellular Endocrinologhy, 145(1):81-88.

18- Kenmochi, N., T. Suzuki, T. Uechi, M. Magoori, M. Kuniba, S. Higa, K. Watanabe, and T. Tanaka. 2001. The human mitochondrial ribosomal protein genes: mapping of 54 genes to the chromosomes and implications for human disorders. Genomics, 77(2):65-70.

19- Krisher, R. L. 2004. The effect of oocyte quality on development. Journal of Animal Science. 82:14-23.

20- Labrecque, R. M., C .Vigneault, P .Blondin, and M. A. Sirard. 2013. Gene Expression Analysis of Bovine Oocytes With High Developmental Competence Obtained From FSH-Stimulated Animals. Molecular Reproduction & Development, 80(6):428–440.

21- Lapaquette, P., P. Brest, P. Hofman, and A. Darfeuille-Michaud . 2012. Etiology of Crohn’s disease: many roads lead to autophagy. Journal of Molecoular Medicine, 90(9):987–996.

22- Liu, J., L. Jing, and X. TU. 2016. Weighted gene co-expression network analysis identifies specific modules and hub genes related to coronary artery disease. BMC Cardiovasc Disord, 5(16):54.

23- Lu, S., J. Arthos, D. C. Montefiori, Y. Yasutomi, K. Manson, F. Mustafa, E. Johnson, J. C. Santoro, J. Wissink, J. I. Mullins, J. R. Haynes, N. L. Letvin, M. Wyand, and H. L. Robinson. 1996. Simian immune deficiency virus DNA vaccine trial in macaques. Virology journal, 70(6):3978–3991.

24- Luo, X., I. Budihardjo, H. Zou, C. Slaughter, and X. Wang .1998. Bid, a BCL2 interacting protein, mediates cytochrome c release from mitochondria in response to activation of cell surface death receptors. Cell, 94(4):481-490.

25- Nagai, S., T. Mabuchi, S. Hirata, T. Shoda, T. Kasai, S. Yokota, H. Shitara, H. Yonekawa, and K. Hoshi. 2006. Correlation of abnormal mitochondrial distribution in mouse oocytes with reduced developmental competence. The Tohoku Journal Experimental Medicine, 210(2):137-144.

26- Nichols, J., B. Zevnik, K. Anastassiadis, H. Niwa, D. Klewe-Nebenius, I. Chambers, H. Schöler, and A. Smith. 1998. Formation of pluripotent stem cells in the mammalian embryo depends on the POU transcription factor Oct4. Cell, 95(3):379-391.

27- Nicholls, D. G., S. J. Ferguson, and S. Ferguson. 2003. Bioenergetics. Third Edition.

28- Nishi, Y., T. Takeshita, K. Sato, and T. Araki. 2003. Change of the mitochondrial distribution in mouse ooplasm during in vitro maturation. Journal of Nippon Medical School, 70(5):408-415.

29- Nivet, A. L., A. Bunel, R. Labrecque, J. Belanger, C. Vigneault, P. Blondin, and M. A. Sirard. 2012. FSH with drawal improves developmental competence of oocytes in the bovine model. Reproduction, 143(2):165-171.

30- Novak, I. 2012. Mitophagy: a complex mechanism of mitochondrial removal. Antioxidants & Redox Signaling, 17(5):794–802.

31- Ohta, S., H. Tomura, K. Matsuda, and Y. Kagawa. 1988. Gene structure of the human mitochondrial adenosine triphosphate synthase beta subunit. The Journal Of Biological Chemistry, 263(23):11257–11262.

32- Patel, O. V., A. Bettegowda, J. J. Ireland, P. M. Coussens, P. Lonergan, and G. W. Smith. 2007. Functional genomics studies of oocyte competence: Evidence that reduced transcript abundance for follistatin is associated with poor developmental competence of bovine oocytes. Reproduction, 133(1):95-106.

33- Peddinti, D., E. Memili, and S. C. Burgess. .2010. Proteomics-Based Systems Biology Modeling of Bovine Germinal Vesicle Stage Oocyte and Cumulus Cell Interaction. PLoS One, 5(6):1-13.

34- Riquelme Medina, I, and Z .Lubovac-Pilav .2016. Gene Co-Expression Network Analysis for Identifying Modules and Functionally Enriched Pathways in Type 1 Diabetes. PLoS One, 11(6):1-18.

35- Segal, E., N. Friedman, N. Kaminski, A. Regev, and D. Koller. 2005. From signatures to models: understanding cancer using microarrays. Nature Genetics, 37 (l):38-45.

36- Shuster, R. C., A. J. Rubenstein, and D. C. Wallace. 1988. Mitochondrial DNA in anucleate human blood cells. Biochemical and Biophysical Research Communications, 155(3):1360-1365.

37- Springer, M. Z, and K. F. Macleod .2016. Mitophagy: mechanisms and role in human disease. The Journal of Pathology, 240(3):253–255.

38- Stojkovic, M., S. A. Machado, P. Stojkovic, V. Zakhartchenko, P. Hutzler, P. B. Gonçalves, and E. Wolf. 2001. Mitochondrial distribution and adenosine triphosphate content of bovine oocytes before and after in vitro maturation: correlation with morphological criteria and developmental capacity after in vitro fertilization and culture. Biology of Reproduction, 64(3):904–909.

39- Susin, S. A., N. Zamzami, M. Castedo, T. Hirsch, P. Marchetti, A. Macho, E. Daugas, M. Geuskens, and G. Kroemer. 1996. BCL-2 inhibits the mitochondrial release of an apoptogenic protease. Journal. Experimental. Medicine, 184(4):1331-1341.

40- Uddin, R. K, and S. M Singh. 2013. Hippocampal gene expression meta-analysis identifies aging and age-associated spatial learning impairment (ASLI) genes and pathways. PLoS One, 8(7):1-15.

41- Van Blerkom, J .1991. Microtubule mediation of cytoplasmic and nuclear maturation during the early stages of resumed meiosis in cultured mouse oocytes. Proceedings National Academy of Sciences USA, 88(11):5031–5035.

42- Van Blerkom, J. 2004. “Mitochondria in human oogenesis and preimplantation embryogenesis: engines of metabolism, ionic regulation and developmental competence. Reproduction, 128(3):269–280.

43- Wallace, D. C. 2001. A mitochondrial paradigm for degenerative diseases and ageing. Novartis Foundation Symposia. 235:247-263.

44- Wilding, M., B. Dale, M. Marino, L. di Matteo, C. Alviggi, M. L. Pisaturo, L. Lombardi, and G. De Placido. 2001. Mitochondrial aggregation patterns and activity in human oocytes and preimplantation embryos. Human Reproduction, 16(5):909-917.

45- Yuk, J. M., T .Yoshimori, and E. K. Jo. 2012. Autophagy and bacterial infectious diseases. Experimental and Molecular Medicine, 44(2):99-108.

46- Zhang, X., X. Q. Wu, S. Lu, Y. L. Guo, and X. Ma. 2006. Deficit of mitochondria-derived ATP during oxidative stress impairs mouse MII oocyte spindles. Cell Research, 16(10):841–850.