از صفحه نمایش LED تا ژن: اثرات نور آبی بر پیری و متیلاسیون m6A در مگس میوه

بزرگنمایی تصویر

به گزارش تکنولوژین و به نقل از خبری-پزشکی در مطالعه‌ای که اخیراً در PNAS Nexus منتشر شده است، محققان مدل‌های مگس سرکه را با استفاده از پروفایل‌های چند omics برای روشن کردن مکانیسم‌های بیولوژیکی و اثرات روزانه قرار گرفتن در معرض نور آبی با شدت کم (BLE) ایجاد کردند. آنها همچنین نقش متیلاسیون N6-methyladenosine (m6A) را در فنوتیپ های ناشی از نور آبی بررسی کردند.

LED ها زندگی معاصر را متحول کرده اند، اما خطرات سلامتی، شناختی و پیری مرتبط با قرار گرفتن مداوم در معرض نور آبی مصنوعی ناشناخته باقی مانده است. BLE با آسیب سلول های شبکیه، اختلال شبانه روزی، مشکلات سلامت روان، پیری سریع و زوال عقل مرتبط است. قرار گرفتن در معرض نور آبی با شدت بالا می تواند منجر به تجمع گونه های فعال اکسیژن (ROS)، آپوپتوز و افزایش مرگ و میر شود. مکانیسم های شیمیایی زیربنای اثرات قرار گرفتن در معرض نور آبی با شدت کم ناشناخته باقی مانده است. عملکرد m6A در ناهنجاری های ناشی از نور آبی نیز ناشناخته است.

مطالعه حاضر برنامه‌ریزی مجدد متیلوم m6A ریبونوکلئیک اسید (RNA) ناشی از سن و BLE را در مدل مگس سرکه مورد بررسی قرار داد.

هدف ارزیابی اثرات قرار گرفتن در معرض نور آبی بر بزرگسالان مگس سرکه ملانوگاستر، یک ارگانیسم مدل بود. پس از انسداد، محققان تخم‌ها را از کلنی‌هایی که در چرخه نور سفید ۱۲ ساعته و چرخه تاریکی ۱۲ ساعته (LD) حفظ شده بودند، بازیابی کردند. متعاقبا، تخم ها به یک اتاقک آب و هوایی که در یک چرخه فتوپریودیک نگهداری می شد، منتقل شدند. چگالی شار نور آبی به ۳۰-۵۰ molm2/s تنظیم شد.

این تیم پنج مجموعه داده omics را به دست آورد که هر کدام دارای چهار گروه بود. هر گروه دارای سه تکرار بیولوژیکی برای توالی یابی ایمونوفیلاسیون اسید ریبونوکلئیک متیله (MeRIP-seq) و توالی یابی RNA (RNA-seq) و پنج تکرار بیولوژیکی برای تعیین کمیت متابولوم هدفمند نشده توسط کروماتوگرافی مایع-طیف سنجی جرمی (LC-MS) بود.

کتابخانه های Poly(A)-RNA-seq از سرهای نر بالغ و مگس های نر بالغ نسل F1 و به دنبال آن کتابخانه های poly(A)-MeRIP-seq از کل مگس های نر بالغ ایجاد شد. محققان از تکنیک‌های مولتیومیکس برای بررسی اثرات BLE در ارگانیسم مدل، مگس سرکه ملانوگاستر استفاده کردند.

طیف وسیعی از مدل‌های مگس سرکه با مدت زمان BLE روزانه متفاوت ساخته شد و برای رونوشت، m6A epi transcriptomic و پروفایل‌های متابولومیک آنها مورد مطالعه قرار گرفت. در مجموع ۱۱۳۵۰ ژن از نمونه ها استخراج و در مطالعات آتی مورد استفاده قرار گرفت. پروفایل های RNA جهانی کل مگس ها با استفاده از داده های ورودی MeRIP-seq و مقایسه با داده های سر RNA-seq مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. منحنی تجمعی مگس‌های DD25 به دلیل کسر کمتری از ژن‌های با بیان بالا تا حدودی منحرف شد.

محققان همچنین بیان ژن های مربوط به m6A و N6,2′-O-dimethyladenosine (m6Am) را مشاهده کردند. کمی سازی متابولومیک بدون هدف بر روی همان نمونه های مگس مورد استفاده در این تحقیق به عنوان MeRIP-seq انجام شد. قرار گرفتن در معرض نور آبی ممکن است برای حباب ریتم شبانه روزی بسیار مهم باشد. بنابراین، محققان مسیرهای نمایشگر ژنومیک یکپارچه (IGV) ژن های مرتبط با ساعت بیولوژیکی را که در مسیر دایره المعارف ژن ها و ژنوم کیوتو (KEGG) دخیل هستند، بررسی کردند.

آنها از واکنش زنجیره ای پلیمراز رونویسی معکوس کمی (RT-qPCR) برای تأیید سطوح بیان RNA پیام رسان (mRNA) چندین ژن مورد علاقه در مگس نر بالغ استفاده کردند.

وسترن بلات برای ارزیابی سطح بیان پروتئین نسبی ژن‌های راپامایسین هدف (TOR) و تنظیم‌کننده شبانه روزی (PER) در همان مگس‌های نر بالغ مورد استفاده قرار گرفت. محققان سویه‌های نوترکیب Mettl3- و fl(2)d-RNAi Drosophila و رده‌های سلولی S2 را برای بررسی اثرات تغییرات در سطوح متیلاسیون m6A افزایش‌یافته ۵′ (UTR) ایجاد کردند که ناشی از سن، BLE یا دلایل دیگر است.

در مگس سرکه، نور آبی (BL) باعث برنامه ریزی مجدد متابولومیک و m6A epi-transscriptomic مرتبط با پیری می شود. سایت‌های متیلاسیون m6A متمرکز در رونوشت‌های مگس سرکه دارای ویژگی بالایی برای سن بودند و با قرار گرفتن در معرض نور آبی تغییر یافتند. یافته‌ها نشان داد که متیلاسیون m6A با ۵′ UTR، ژن‌های PER مرتبط با پیری و ساعت بیولوژیکی PER را تنظیم می‌کند.

قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض نور آبی و پیری، برنامه‌ریزی مجدد رونویسی، متابولومیک و m6A را در کل مگس‌های بالغ ایجاد کرد، که نشان می‌دهد قرار گرفتن در معرض نور آبی تأثیر قابل‌توجهی بر عملکرد عصبی بزرگسالان در سطح رونویسی دارد. این تیم استدلال کرد که برنامه‌ریزی مجدد epi-transscriptomic m6A ناشی از افزایش سن، غنی‌شده با ۵′ UTR بر سرنوشت مولکول‌های mRNA مرتبط با سن تأثیر می‌گذارد و فنوتیپ‌های پیری را بدتر می‌کند.

تجزیه و تحلیل پروفایل ترانسکریپتومیک نشان داد که BLE ممکن است باعث آسیب سیستم عصبی سفالیک شود، در حالی که قرار گرفتن در معرض نور آبی و پیری باعث ایجاد برنامه‌ریزی مجدد متابولومیک در مگس‌های بالغ می‌شود. DESeq2 517 ژن با بیان متفاوت (DEGs) را کشف کرد که بیشتر آنها بین سرهای BD10 و BD25 تنظیم شده شناسایی شدند.

محققان ارتباطی بین ژن‌های مرتبط با m6A، تنظیم epi-transcriptomic m6A با ۵′ UTR، ژن‌های مرتبط با سن و فنوتیپ پیری مگس سرکه پیدا کردند. به عنوان یک واکنش بازخورد، تیم یک مکانیسم بیولوژیکی را برای کاهش سطوح متیلاسیون m6A mRNA با ۵′ UTR ایجاد شده در اثر پیری فرض کردند که ممکن است بر سرنوشت ژن مرتبط با سن تأثیر بگذارد و فرآیندهای پیری را بدتر کند.

به طور کلی، یافته های مطالعه نشان داد که BLE می تواند مگس سرکه را دوباره برنامه ریزی کند و تنظیم بیان ژن مرتبط با فرآیندهای عصبی را تغییر دهد. BLE ممکن است متیلاسیون m6A 5′ UTR را با ویژگی سنی قابل توجهی تغییر دهد و بر ژن‌های مرتبط با پیری و ریتم شبانه روزی تأثیر بگذارد.

BLE بلندمدت منجر به برنامه ریزی مجدد بیشتر در پروفایل های مولتیومیک در مگس های BD25 و DD25 نسبت به مگس های BD10 و DD10 شد. نتایج نقشه برداری رونویسی epi m6A با وضوح بالا نشان داد که متیلاسیون mRNA m6A مگس سرکه به طور قابل توجهی ۵′ UTR افزایش یافته و با افزایش سن قابل تغییر است.