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

پژوهشهای علوم دامی ایران

مقاله 10، دوره 12، شماره 2 - شماره پیاپی 42، تیر 1399، صفحه 251-264   

نوع مقاله: علمی پژوهشی- سایر

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

نویسندگان

گلزار فرهادی؛ هدایت اله روشنفکر^* ؛ جمال فیاضی؛ محمود نظری؛ الهام بهدانی

گروه علوم دامی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، خوزستان، ایران.

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.