В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Environment International, исследователи изучали влияние смесей пер- и полифторалкильных веществ (PFAS) на метилом сперматозоидов и изменения транскрипции в органах метаболизма потомства (печени и жировой ткани).
Мужская фертильность снижается во всем мире из-за повышенных концентраций химических веществ, разрушающих эндокринную систему (EDC), таких как PFAS. Эти загрязнители окружающей среды влияют на гормональную сигнализацию, снижая уровень тестостерона при одновременном повышении уровня эстрадиола. Кровь и семенная плазма человека содержат PFAS, что вызывает опасения по поводу их возможного вредного влияния на мужскую фертильность. Согласно экспериментальным исследованиям, воздействие перфтороктансульфоната (PFOS) снижает спермиогенез и созревание, изменяя уровень тестостерона. Понимание системного воздействия загрязнителей окружающей среды на общее состояние здоровья имеет решающее значение, особенно в отношении метаболизма холестерина, функции печени и жировой ткани.
Об исследовании
В настоящем исследовании исследователи изучали влияние воздействия PFAS до зачатия у самцов мышей на эпигенетику сперматозоидов и экспрессию генов потомства.
Исследователи подвергали взрослых мышей C57BL / 6 воздействию комбинации пяти соединений PFAS в их питьевой воде в течение 18 недель, прежде чем собрать и проанализировать их на метилирование дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) с использованием бисульфитного секвенирования с пониженной репрезентативностью (RRBS). PFOS, перфтороктановая кислота (PFOA), перфторнонановая кислота (PFNA), тридекафторгексан-1-сульфоновая кислота (PFHxS) и перфтор аммония (2-метил-3-оксагексаноат) были пятью химическими веществами PFAS, которые представляли собой длинноцепочечные карбоксилаты и сульфонаты, устаревшие альтернативы и новые PFAS с короткой цепью. Каждый из пяти PFAS был растворен в воде в концентрации 20,0 мкг / л, что дает примерно 80 нг или 3,2 мкг / кг в день.
Исследователи разделили мышей на две экспериментальные группы в возрасте от трех до пяти месяцев: контрольную группу (n = 3) и группу воздействия смеси PFAS (n = 4). В течение одной недели перед введением PFAS мышей кормили диетой с высоким содержанием жиров, имитирующей диету западного образца (40% жира, 2% холестерина). Они сравнили метилирование придатков сперматозоидов на уровне генома с помощью массивов метилирования Illumina murine и RRBS, обнаружив хорошее соответствие между обоими подходами. Чтобы сравнить изменения транскриптома между группой лечения и контролем, они измерили экспрессию генов с использованием последовательностей рибонуклеиновой кислоты (РНК) у восьминедельных животных, рожденных от матерей, подвергшихся воздействию.
Исследователи провели последующее исследование на взрослых мышах-самцах, подвергшихся воздействию PFAS, чтобы изучить влияние на их потомство из поколения в поколение. Они собрали сперму из хвостового придатка яичка и ДНК у облученных и контрольных животных, затем использовали иммуноферментный анализ (ELISA) для оценки уровня тестостерона. Они измерили концентрации PFAS в плазме, семенниках и печени мышей-самцов F0. Они обнаружили индуцированные PFAS области дифференциального метилирования (DMR), используя общие оценочные уравнения (GEE) и матрицы чипов Infinium mouse methylation-bead. Они также провели анализ обогащения генов и CpG-признаков с использованием PFAS-индуцированных DMR сперматозоидов и анализ функционального обогащения DMR в пределах 1500 п.н. от сайтов начала транскрипции или внутри тела гена.
Результаты
Смеси PFAS произвели 83 (Illumina) и 2861 (RRBS) области спермы с дифференциальным метилированием. Функциональное обогащение продемонстрировало, что участки DMR сперматозоидов, вызванные PFAS, были связаны с процессами развития и поведения при RRB, тогда как DMR, идентифицированные Illumina, были связаны с клеточной сигнализацией и липидным метаболизмом. Смеси PFAS привели к появлению 53 и 40 дифференциально экспрессируемых генов (DEG) в жировых клетках и клетках печени у самцов и 31 и девяти DEG у самок животных, соответственно. Функциональное обогащение DEG указывает на изменения в путях метаболизма холестерина, контроле митотического клеточного цикла в клетках печени и миграции миелоидных лейкоцитов в жировой ткани потомства мужского пола. Напротив, жир влиял на углеводный обмен и развитие эритроцитов у потомства женского пола.
Воздействие PFAS вызвало сдвиг метилирования у 2861 DMR сперматозоидов (более 5,0%), при этом 63% были гиперметилированы и 37% — гипометилированы. Из 2861 DMR исследователи обнаружили 1970 различных генов, причем некоторыми из наиболее обогащенных функциональных ключевых слов являются развитие проекции нейронов, морфогенез клеток, развитие головы, поведение и передача сигналов, связанных с сайтом интеграции бескрылых (Wnt). Воздействие PFAS привело к появлению 83 DMR сперматозоидов (≥ 2 CpG на площадь, изменение метилирования > 5%) по сравнению с контрольной группой, при этом было выявлено 12 772 кластера CpG из более чем 285 000 CpG.
Исследователи обнаружили 40 и девять DEG в печени потомства мужского и женского пола соответственно. Печень самцов продемонстрировала функциональное обогащение в отношении метаболической активности холестерина, ксенобиотических реакций, процессов биосинтеза низкомолекулярных соединений и положительного контроля митотического клеточного цикла. Концентрация холестерина была выше у отцов, получивших PFAS, чем в контрольной группе. У мышей-самцов, вероятно, наблюдались миграция миелоидных лейкоцитов, сокращение мышц, каскады внеклеточной регулируемой сигналом киназы 1/2 (ERK1 / 2) и транспорт ионов кальция, а у их самок — образование эритроцитов, сокращение мышц, процессы катаболизма углеводов и метаболизма фосфора.
Исследование показало, что у взрослых мышей, подвергшихся воздействию комбинации известных и новых соединений PFAS, наблюдается аномальное метилирование сперматозоидов, влияющее на гены, участвующие в передаче сигналов Wnt, развитии нервной системы и липидном обмене. У потомства мужчин, подвергшихся воздействию PFAS, наблюдались изменения в экспрессии генов в печени и жировой ткани. PFAS накапливается в яичках и может влиять на фенотип будущих поколений. Присутствие PFAS вызывает опасения относительно его влияния на эпигенетические паттерны во время сперматогенеза, что может изменить развитие и созревание сперматозоидов.
