Published September 28, 2016 | Version v1
Publication Open

Impact of Heat Stress on Cellular and Transcriptional Adaptation of Mammary Epithelial Cells in Riverine Buffalo (Bubalus Bubalis)

Creators

  • 1. National Bureau of Animal Genetic Resources
  • 2. Singhania University
  • 3. National Dairy Research Institute

Description

The present study aims to identify the heat responsive genes and biological pathways in heat stressed buffalo mammary epithelial cells (MECs). The primary mammary epithelial cells of riverine buffalo were exposed to thermal stress at 42°C for one hour. The cells were subsequently allowed to recover at 37°C and harvested at different time intervals (30 min to 48 h) along with control samples (un-stressed). In order to assess the impact of heat stress in buffalo MECs, several in-vitro cellular parameters (lactate dehydrogenase activity, cell proliferation assay, cellular viability, cell death and apoptosis) and transcriptional studies were conducted. The heat stress resulted in overall decrease in cell viability and cell proliferation of MECs while induction of cellular apoptosis and necrosis. The transcriptomic profile of heat stressed MECs was generated using Agilent 44 K bovine oligonucleotide array and at cutoff criteria of ≥3-or ≤3 fold change, a total of 153 genes were observed to be upregulated while 8 genes were down regulated across all time points post heat stress. The genes that were specifically up-regulated or down-regulated were identified as heat responsive genes. The upregulated genes in heat stressed MECs belonged to heat shock family viz., HSPA6, HSPB8, DNAJB2, HSPA1A. Along with HSPs, genes like BOLA, MRPL55, PFKFB3, PSMC2, ENDODD1, ARID5A, and SENP3 were also upregulated. Microarray data revealed that the heat responsive genes belonged to different functional classes viz., chaperons; immune responsive; cell proliferation and metabolism related. Gene ontology analysis revealed enrichment of several biological processes like; cellular process, metabolic process, response to stimulus, biological regulation, immune system processes and signaling. The transcriptome analysis data was further validated by RT-qPCR studies. Several HSP (HSP40, HSP60, HSP70, HSP90, and HSPB1), apoptotic (Bax and Bcl2), immune (IL6, TNFα and NF-kβ) and oxidative stress (GPX1 and DUSP1) related genes showed differential expression profile at different time points post heat stress. The transcriptional data strongly indicated the induction of survival/apoptotic mechanism in heat stressed buffalo MECs. The overrepresented pathways across all time points were; electron transport chain, cytochrome P450, apoptosis, MAPK, FAS and stress induction of HSP regulation, delta Notch signaling, apoptosis modulation by HSP70, EGFR1 signaling, cytokines and inflammatory response, oxidative stress, TNF-alpha and NF- kB signaling pathway. The study thus identified several genes from different functional classes and biological pathways that could be termed as heat responsive in buffalo MEC. The responsiveness of buffalo MECs to heat stress in the present study clearly suggested its suitability as a model to understand the modulation of buffalo mammary gland expression signature in response to environmental heat load.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تهدف هذه الدراسة إلى تحديد الجينات المستجيبة للحرارة والمسارات البيولوجية في الخلايا الظهارية للثدي الجاموسي المجهد بالحرارة (MECs). تعرضت الخلايا الظهارية الثديية الأولية للجاموس النهري للإجهاد الحراري عند 42 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة. تم السماح للخلايا لاحقًا بالتعافي عند 37 درجة مئوية وحصادها على فترات زمنية مختلفة (30 دقيقة إلى 48 ساعة) جنبًا إلى جنب مع عينات التحكم (غير المجهدة). من أجل تقييم تأثير الإجهاد الحراري في MECs الجاموس، تم إجراء العديد من المعلمات الخلوية في المختبر (نشاط نازعة هيدروجين اللاكتات، ومقايسة تكاثر الخلايا، والجدوى الخلوية، وموت الخلايا، والاستماتة) ودراسات النسخ. أدى الإجهاد الحراري إلى انخفاض عام في صلاحية الخلايا وتكاثر الخلايا في MECs أثناء تحريض الاستماتة الخلوية والنخر. تم إنشاء ملف التعريف النسخي للميكروبات المجهدة حراريًا باستخدام مصفوفة أجيلنت 44 ك من أوليجو نوكليوتيد الأبقار وبمعايير قطع ≥ 3 أو ≥3 أضعاف، لوحظ أن ما مجموعه 153 جينًا يتم تنظيمها بينما تم تنظيم 8 جينات عبر جميع النقاط الزمنية بعد الإجهاد الحراري. تم تحديد الجينات التي تم تنظيمها على وجه التحديد كجينات مستجيبة للحرارة. الجينات المنتظمة في الحرارة المجهدة تنتمي MECs إلى عائلة الصدمة الحرارية.، HSPA6، HSPB8، DNAJB2، HSPA1A. إلى جانب HSPs، تم أيضًا تنظيم جينات مثل BOLA و MRPL55 و PFKFB3 و PSMC2 و ENDODD1 و ARID5A و SENP3. كشفت بيانات المصفوفة الدقيقة أن الجينات المستجيبة للحرارة تنتمي إلى فئات وظيفية مختلفة، أي المرافقة ؛ الاستجابة المناعية ؛ تكاثر الخلايا والأيض ذات الصلة. كشف تحليل الأنطولوجيا الجينية عن إثراء العديد من العمليات البيولوجية مثل ؛ العملية الخلوية، والعملية الأيضية، والاستجابة للمنبه، والتنظيم البيولوجي، وعمليات الجهاز المناعي والإشارات. تم التحقق من صحة بيانات تحليل transcriptome من خلال دراسات RT - qPCR. أظهرت العديد من الجينات المرتبطة بـ HSP (HSP40 و Hsp60 و Hsp70 و HSP90 و HSPB1) والاستماتة (Bax و Bcl2) والمناعة (IL6 و TNFα و NF - kβ) والإجهاد التأكسدي (GPX1 و DUSP1) ملف تعبير تفاضلي في نقاط زمنية مختلفة بعد الإجهاد الحراري. أشارت البيانات النسخية بقوة إلى تحريض آلية البقاء على قيد الحياة/الاستماتة في MECs الجاموس المجهد بالحرارة. كانت المسارات الممثلة تمثيلاً زائداً في جميع النقاط الزمنية ؛ سلسلة نقل الإلكترون، السيتوكروم P450، الاستماتة، MAPK، FAS وتحريض الإجهاد لتنظيم HSP، إشارات دلتا الشق، تعديل الاستماتة بواسطة Hsp70، إشارات EGFR1، السيتوكينات والاستجابة الالتهابية، الإجهاد التأكسدي، مسار إشارات TNF - alpha و NF - kB. وهكذا حددت الدراسة العديد من الجينات من فئات وظيفية مختلفة ومسارات بيولوجية يمكن وصفها بأنها تستجيب للحرارة في MEC الجاموس. تشير استجابة MECs الجاموسية للإجهاد الحراري في هذه الدراسة بوضوح إلى ملاءمتها كنموذج لفهم تعديل توقيع تعبير الغدة الثديية الجاموسية استجابة للحمل الحراري البيئي.

Translated Description (French)

La présente étude vise à identifier les gènes sensibles à la chaleur et les voies biologiques dans les cellules épithéliales mammaires (mec) de buffle soumises à un stress thermique. Les cellules épithéliales mammaires primaires du buffle riverain ont été exposées à un stress thermique à 42°C pendant une heure. Les cellules ont ensuite été laissées à récupérer à 37°C et récoltées à différents intervalles de temps (30 min à 48 h) avec des échantillons témoins (non stressés). Afin d'évaluer l'impact du stress thermique dans les mec de buffle, plusieurs paramètres cellulaires in vitro (activité de la lactate déshydrogénase, test de prolifération cellulaire, viabilité cellulaire, mort cellulaire et apoptose) et études transcriptionnelles ont été menés. Le stress thermique a entraîné une diminution globale de la viabilité cellulaire et de la prolifération cellulaire des CEM tout en induisant une apoptose cellulaire et une nécrose. Le profil transcriptomique des CEM soumises à un stress thermique a été généré à l'aide d'un réseau d'oligonucléotides bovins Agilent 44 K et à des critères de coupure de changement ≥3 ou ≤3 fois, un total de 153 gènes ont été observés comme étant régulés à la hausse tandis que 8 gènes étaient régulés à la baisse à tous les points de temps après le stress thermique. Les gènes qui étaient spécifiquement régulés à la hausse ou à la baisse ont été identifiés comme des gènes sensibles à la chaleur. Les gènes régulés à la hausse dans les mec soumis à un stress thermique appartenaient à la famille des chocs thermiques, à savoir., HSPA6, HSPB8, DNAJB2, HSPA1A. Avec les HSP, des gènes comme BOLA, MRPL55, PFKFB3, PSMC2, ENDODD1, ARID5A et SENP3 ont également été régulés à la hausse. Les données des microréseaux ont révélé que les gènes sensibles à la chaleur appartenaient à différentes classes fonctionnelles, à savoir les chaperons ; sensibles à l'immunité ; liés à la prolifération cellulaire et au métabolisme. L'analyse de l'ontologie génétique a révélé l'enrichissement de plusieurs processus biologiques tels que le processus cellulaire, le processus métabolique, la réponse au stimulus, la régulation biologique, les processus du système immunitaire et la signalisation. Les données d'analyse du transcriptome ont ensuite été validées par des études RT-qPCR. Plusieurs gènes liés au HSP (HSP40, HSP60, HSP70, HSP90 et HSPB1), apoptotiques (Bax et Bcl2), immunitaires (IL6, TNFα et NF-kβ) et au stress oxydatif (GPX1 et DUSP1) ont montré un profil d'expression différentiel à différents moments après le stress thermique. Les données transcriptionnelles ont fortement indiqué l'induction d'un mécanisme de survie/apoptotique chez les mec de buffles soumis à un stress thermique. Les voies surreprésentées à tous les moments étaient : la chaîne de transport d'électrons, le cytochrome P450, l'apoptose, la MAPK, le SAF et l'induction de stress de la régulation HSP, la signalisation delta Notch, la modulation de l'apoptose par HSP70, la signalisation EGFR1, les cytokines et la réponse inflammatoire, le stress oxydatif, la voie de signalisation TNF-alpha et NF-kB. L'étude a ainsi identifié plusieurs gènes de différentes classes fonctionnelles et voies biologiques qui pourraient être qualifiés de sensibles à la chaleur chez le bison mec. La réactivité des mec de buffle au stress thermique dans la présente étude a clairement suggéré son aptitude en tant que modèle pour comprendre la modulation de la signature d'expression de la glande mammaire de buffle en réponse à la charge thermique environnementale.

Translated Description (Spanish)

El presente estudio tiene como objetivo identificar los genes sensibles al calor y las vías biológicas en las células epiteliales mamarias de búfalo (mec) estresadas por calor. Las células epiteliales mamarias primarias del búfalo ribereño se expusieron a estrés térmico a 42 °C durante una hora. Posteriormente, se dejó que las células se recuperaran a 37 °C y se cosecharon a diferentes intervalos de tiempo (30 min a 48 h) junto con muestras de control (sin estrés). Con el fin de evaluar el impacto del estrés por calor en las MEC de búfalo, se realizaron varios parámetros celulares in vitro (actividad de lactato deshidrogenasa, ensayo de proliferación celular, viabilidad celular, muerte celular y apoptosis) y estudios transcripcionales. El estrés por calor resultó en una disminución general de la viabilidad celular y la proliferación celular de MEC, mientras que la inducción de la apoptosis celular y la necrosis. El perfil transcriptómico de las MEC estresadas por calor se generó utilizando una matriz de oligonucleótidos bovinos Agilent 44 K y en los criterios de corte de ≥3 o ≤3 veces de cambio, se observó que un total de 153 genes estaban regulados positivamente mientras que 8 genes estaban regulados negativamente en todos los puntos de tiempo después del estrés por calor. Los genes que estaban específicamente regulados al alza o a la baja se identificaron como genes sensibles al calor. Los genes regulados positivamente en las MEC estresadas por calor pertenecían a la familia del choque térmico, a saber,, HSPA6, HSPB8, DNAJB2, HSPA1A. Junto con las HSP, también se regularon positivamente genes como BOLA, MRPL55, PFKFB3, PSMC2, ENDODD1, ARID5A y SENP3. Los datos de la micromatriz revelaron que los genes sensibles al calor pertenecían a diferentes clases funcionales, a saber, chaperonas; respuesta inmune; proliferación celular y metabolismo relacionado. El análisis de la ontología génica reveló el enriquecimiento de varios procesos biológicos, como el proceso celular, el proceso metabólico, la respuesta al estímulo, la regulación biológica, los procesos del sistema inmunitario y la señalización. Los datos del análisis del transcriptoma se validaron adicionalmente mediante estudios RT-qPCR. Varios genes relacionados con HSP (HSP40, HSP60, HSP70, Hsp90 y HSPB1), apoptóticos (Bax y Bcl2), inmunes (IL6, TNFα y NF-kβ) y de estrés oxidativo (GPX1 y DUSP1) mostraron un perfil de expresión diferencial en diferentes puntos de tiempo después del estrés por calor. Los datos transcripcionales indicaron fuertemente la inducción del mecanismo de supervivencia/apoptótico en MEC de búfalo estresado por calor. Las vías sobrerrepresentadas en todos los puntos temporales fueron: cadena de transporte de electrones, citocromo P450, apoptosis, MAPK, FAS e inducción de estrés de la regulación de HSP, señalización de Notch delta, modulación de la apoptosis por HSP70, señalización de EGFR1, citocinas y respuesta inflamatoria, estrés oxidativo, vía de señalización de TNF-alfa y NF-kB. Por lo tanto, el estudio identificó varios genes de diferentes clases funcionales y vías biológicas que podrían denominarse sensibles al calor en MEC de búfalo. La capacidad de respuesta de las MEC de búfalo al estrés por calor en el presente estudio sugirió claramente su idoneidad como modelo para comprender la modulación de la firma de expresión de la glándula mamaria de búfalo en respuesta a la carga de calor ambiental.

Files

journal.pone.0157237&type=printable.pdf

Files (2.8 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:dba1bfd56eb2be3beb62252ad5d429e7
2.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تأثير الإجهاد الحراري على التكيف الخلوي والنسخ للخلايا الظهارية للثدي في الجاموس النهري (بوبالوس بوباليس)
Translated title (French)
Impact du stress thermique sur l'adaptation cellulaire et transcriptionnelle des cellules épithéliales mammaires chez le buffle fluvial (Bubalus Bubalis)
Translated title (Spanish)
Impacto del estrés térmico en la adaptación celular y transcripcional de las células epiteliales mamarias en el búfalo ribereño (Bubalus Bubalis)

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2526131915
DOI
10.1371/journal.pone.0157237

Is supplement to
https://openalex.org/W2411775713 (Other)
https://openalex.org/W2379220137 (Other)
https://openalex.org/W2353187387 (Other)
https://openalex.org/W2081402053 (Other)
https://openalex.org/W2061936937 (Other)
https://openalex.org/W2021879337 (Other)
https://openalex.org/W2014434155 (Other)
https://openalex.org/W2001704527 (Other)
https://openalex.org/W1977295092 (Other)
https://openalex.org/W1925686649 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
India

References

  • https://openalex.org/W1016494371
  • https://openalex.org/W1415903270
  • https://openalex.org/W146742697
  • https://openalex.org/W1534544091
  • https://openalex.org/W1563889499
  • https://openalex.org/W1577577364
  • https://openalex.org/W1585675133
  • https://openalex.org/W1591046254
  • https://openalex.org/W1617295085
  • https://openalex.org/W1848203461
  • https://openalex.org/W1926330383
  • https://openalex.org/W1953729447
  • https://openalex.org/W1969134338
  • https://openalex.org/W1974926692
  • https://openalex.org/W1979067826
  • https://openalex.org/W1979138778
  • https://openalex.org/W1979306070
  • https://openalex.org/W1980827666
  • https://openalex.org/W1980987471
  • https://openalex.org/W1982036926
  • https://openalex.org/W1987333766
  • https://openalex.org/W1987899998
  • https://openalex.org/W1989720214
  • https://openalex.org/W1990040633
  • https://openalex.org/W1990286763
  • https://openalex.org/W1990997584
  • https://openalex.org/W1995415896
  • https://openalex.org/W1997581360
  • https://openalex.org/W2001285620
  • https://openalex.org/W2015074127
  • https://openalex.org/W2015916932
  • https://openalex.org/W2016601936
  • https://openalex.org/W2017758374
  • https://openalex.org/W2020483122
  • https://openalex.org/W2020565213
  • https://openalex.org/W2020705172
  • https://openalex.org/W2031104644
  • https://openalex.org/W2034398147
  • https://openalex.org/W2036603878
  • https://openalex.org/W2039316644
  • https://openalex.org/W2039430966
  • https://openalex.org/W2051790918
  • https://openalex.org/W2052055705
  • https://openalex.org/W2052544856
  • https://openalex.org/W2053664656
  • https://openalex.org/W2054087820
  • https://openalex.org/W2055771016
  • https://openalex.org/W2056193329
  • https://openalex.org/W2056204715
  • https://openalex.org/W2057681397
  • https://openalex.org/W2059863944
  • https://openalex.org/W2062163294
  • https://openalex.org/W2078567359
  • https://openalex.org/W2085670576
  • https://openalex.org/W2088908514
  • https://openalex.org/W2095503516
  • https://openalex.org/W2099824652
  • https://openalex.org/W2103268489
  • https://openalex.org/W2103492539
  • https://openalex.org/W2105423509
  • https://openalex.org/W2107277218
  • https://openalex.org/W2107511188
  • https://openalex.org/W2109009542
  • https://openalex.org/W2109069813
  • https://openalex.org/W2109076411
  • https://openalex.org/W2109363563
  • https://openalex.org/W2110567772
  • https://openalex.org/W2112189902
  • https://openalex.org/W2112892205
  • https://openalex.org/W2115266888
  • https://openalex.org/W2116682550
  • https://openalex.org/W2117457279
  • https://openalex.org/W2120849673
  • https://openalex.org/W2127255821
  • https://openalex.org/W2127379126
  • https://openalex.org/W2127938920
  • https://openalex.org/W2133237498
  • https://openalex.org/W2133465414
  • https://openalex.org/W2140190191
  • https://openalex.org/W2142983254
  • https://openalex.org/W2143582601
  • https://openalex.org/W2148294261
  • https://openalex.org/W2151178672
  • https://openalex.org/W2153006947
  • https://openalex.org/W2155845672
  • https://openalex.org/W2158725640
  • https://openalex.org/W2167243619
  • https://openalex.org/W2169182987
  • https://openalex.org/W2178142325
  • https://openalex.org/W2192080449
  • https://openalex.org/W2224661817
  • https://openalex.org/W2386469600
  • https://openalex.org/W2388629964
  • https://openalex.org/W3005653506
  • https://openalex.org/W4253152082
  • https://openalex.org/W66169470