열 스트레스에 반응하여 반추 동물의 성장 단계에서 HSP70 유전자의 차등 발현 및 조절

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 18310(2022) 이 기사 인용

1280 액세스

2 인용

1 알트메트릭

측정항목 세부정보

열충격 단백질은 세포 수준에서 열 스트레스 적응의 생리학적 메커니즘을 조절합니다. 본 연구는 말초혈액단핵세포(PBMC) 내 반추동물의 다양한 성장 단계에서 HSP70 유전자 조절을 분석하기 위해 수행되었습니다. 반추 동물에서 연령별 HSP 유전자 발현과 내열성 사이의 관계는 분석되지 않았습니다. 따라서 더운 기후 조건에서 자문파리 염소의 다양한 연령대에서 m-RNA HSP70 발현 수준을 조사했습니다. 실험은 3개월, 9개월, 12개월, 성체(2~3세) 연령군에 속하는 자무나파리 염소 32마리를 대상으로 실시하였다. 말초 혈액 단핵 세포로부터 총 RNA를 분리했습니다. 직장 온도(RT), 호흡수(RR), 심박수(HR)와 같은 생리적 반응은 열 스트레스에 대한 지표로 사용되었습니다. 온도 습도 지수(THI)는 환경 스트레스의 심각도를 나타내는 지표로 사용되었습니다. THI 범위는 실험 기간 동안 82.00~92.08로 다양했습니다. 9개월령 동물의 m-RNA HSP70 발현 수준은 상향 조절되었으며 다른 연령군에 비해 유의하게 높았습니다. PBMC의 HSP70 전사 수준은 9개월 연령군에서 가장 높았으며, 성인 연령에서는 HSP70 발현의 연령 관련 감소가 관찰되었습니다. 생리학적 반응을 기반으로 대조되는 열 스트레스 표현형은 열 스트레스 민감성(HSS) 및 열 스트레스 내성(HST) 개인으로 인식되었으며 m-RNA HSP70의 발현은 만성 열 스트레스에 반응하여 다양한 연령대에서 분석되었습니다. 3개월과 9개월령의 HSS 개체의 차등적 mRNA 발현은 HST보다 가장 높은 배수 발현을 보였다. 연령과 표현형은 교차점(CP) 값에 유의한 영향을 미쳤습니다(p < 0.01). 다양한 연령대의 m-RNA HSP70 유전자 발현은 열 스트레스 내성과 상관관계가 있었으며 이는 반추 동물의 생체 내 HSP 반응을 분석하기 위한 육종가의 바이오마커로 사용될 수 있습니다.

열 순응 및 열 적응은 열충격 단백질(HSP)1,2의 기초 수준 증가와 관련이 있습니다. HSP는 다양한 환경 및 기타 스트레스 요인에 반응하여 활성화됩니다. 피부 상피는 열 스트레스에 반응하여 열 충격을 동원하기 위해 열 충격 단백질을 방출하는 것으로 관찰되었습니다. 유도성 HSP70의 발현은 피부 온도가 반추동물의 열중립대의 상한선에 접근함에 따라 몇 배로 증가합니다. 열 스트레스 조절 경로는 고온 및 산화 손상에 반응하여 모든 세포의 프로테옴을 보호합니다3,4. 세포 수준에서 열 및 기타 대사 스트레스 요인은 HSP를 유도하고 열 충격 전사 인자(HSF)5,6,7의 활성화로 인해 유전자 발현을 증가시킵니다. HSP는 스트레스 조건에서 다른 세포 단백질과 상호 작용하고 세포 항상성을 유지합니다8. 개별 동물은 단백질 접힘을 촉진하여 핵심 생물학적 과정을 보호하는 다양한 스트레스 조절 경로를 활성화하여 생리적 및 환경적 스트레스에 반응합니다. HSP는 스트레스에 반응하여 유도 가능한 형태로 세포 내 및 세포 외로 방출됩니다. 열 스트레스에 대한 세포의 내성은 HSP에 의해 조절되며 HSP70은 세포의 스트레스를 나타내는 지표가 될 수 있습니다9. HSP는 스트레스에 적응하기 위해 유기체의 생존과 효과적인 면역 체계 사이의 균형을 유지하는 역할을 담당합니다10.

열 스트레스를 견디는 능력은 성인 건강의 중요한 구성 요소입니다. 세포는 대사 또는 환경적 스트레스에 반응하여 열충격 단백질을 방출합니다8. 노화에 따라 쥐의 일차 섬유아세포에서 열에 의해 유발된 HSP 70 m-RNA 발현이 감소하는 것으로 관찰되었습니다11. 유사하게, 세포 계대(시험관 내 노화)의 함수로서 인간 이배체 섬유아세포에서 열에 의해 유발된 HSP70 발현의 감소가 보고되었습니다. 생리학적 수준에서 연령에 따른 체온 조절은 실험 동물뿐만 아니라 인간에서도 관찰되었습니다. 또한 HSP는 생체 내 조직 수준에서 스트레스 내성을 조절하는 것으로 나타났습니다. 따라서 본 연구에서는 반추동물의 열 스트레스에 반응하는 연령 관련 m-RNA HSP70 발현을 분석하기 위해 수행되었다. 이 연구는 열 스트레스 기간 동안 최대 1세의 동물과 성인의 체온 조절 메커니즘을 관찰하기 위해 생체 내에서 수행되었습니다. HSP 70 m-RNA 발현은 반추동물의 성장기에서 성숙기까지 그리고 성체 동물에서 열 스트레스에 반응하여 분석되었습니다. 생체 내 노화 과정과 관련된 HSP70 발현 조절은 반추동물에서는 수행되지 않았습니다. HSP70 단백질의 차별적 발현은 반추 동물에서 아직 분석 및 이해되지 않았으므로 본 연구에서는 열 스트레스 기간 동안 연령별 열 충격 단백질의 발현 패턴을 분석합니다.