トランスクリプトーム解析により、低酸素ストレス下にある大型クロダイのエラと心臓の分子戦略が明らかになった

Transcriptome analysis reveals molecular strategies in gills and heart of large yellow croaker (Larimichthys crocea) under hypoxia stress.

• Yinnan Mu
• Wanru Li
• Zuyun Wei
• Lianghua He
• Weini Zhang
• Xinhua Chen

抄録

魚類の低酸素ストレスの標的はエラと心臓である。しかし、魚類のエラと心臓の低酸素ストレスに対する分子応答は不明な点が多い。ここでは、RNA-Seq法を用いて、低酸素ストレス後6時間、24時間、48時間後のエラと心臓の遺伝子発現プロファイルを調べた。その結果、エラと心臓では、それぞれ1,546個、2,746個の異なる発現を示す遺伝子（DEG）が同定された。各組織における 9 遺伝子の発現変化を qPCR によりさらに検証した。KEGGとGene ontology enrichmentsに基づいて、補体成分（C1qs、C2、C3、C6、C7）、ケモカイン（CCL3、CCL17、CCL19、CCL25、CXCL8_L3）など、様々な自然免疫関連遺伝子が発現していることがわかった。ケモカイン受容体（CCR9、CXCR1、CXCR3）、一酸化窒素合成酵素（NOS）は、エラや心臓で有意に発現が低下しており、これらの遺伝子が介在する自然免疫過程が低酸素によって阻害されている可能性が示唆された。また、解糖経路（LDHA）とトリカルボン酸サイクル（IDH2 と OGDH）の両方に関与する遺伝子は、低酸素下ではエラと心臓でアップレギュレーションされていたが、これはおそらくエラと心臓の組織がガス交換と血液循環を促進するために十分なエネルギーを必要としているためであろう。また、低酸素は、HVCN1、SLC20A2、SLC4A4、RHBG、RHCG、SCN4A を含む多数の古典的なイオン輸送体の発現レベルをダウンレギュレーションすることで、低酸素ストレスに対するエネルギー保存戦略を示唆していた。これらの結果から、低酸素環境下では、免疫系、解糖系、イオン輸送系の機能が大きく変化しており、低酸素環境下での細胞のエネルギーバランス維持に寄与している可能性が示唆された。これらのデータは、低酸素ストレスに対する骨魚類の組織特異的な分子応答を理解するための新たな情報を提供するものである。

The gills and heart are two major targets of hypoxia in fish. However, the molecular responses in fish gills and heart to hypoxia challenge remain unclear. Here, RNA-Seq technology was used to study the gene expression profiles in gills and heart of large yellow croaker (Larimichthys crocea) at 6, 24, and 48 h after hypoxia stress. A total of 1,546 and 2,746 differentially expressed genes (DEGs) were identified in gills and heart, respectively. Expression changes of nine genes in each tissue were further validated by the qPCR. Based on KEGG and Gene ontology enrichments, we found that various innate immunity-related genes, such as complement components (C1qs, C2, C3, C6, and C7), chemokines (CCL3, CCL17, CCL19, CCL25, and CXCL8_L3), chemokine receptors (CCR9, CXCR1, and CXCR3), and nitric oxide synthase (NOS), were significantly down-regulated in gills and/or heart, suggesting that innate immune processes mediated by these genes may be inhibited by hypoxia. The genes involved in both glycolysis pathway (LDHA) and tricarboxylic acid cycle (IDH2 and OGDH) were up-regulated in gills and heart of hypoxic large yellow croakers, possibly because gill and heart tissues need enough energy to accelerate gas exchange and blood circulation. Hypoxia also affected the ion transport in gills of large yellow croaker, through down-regulating the expression levels of numerous classical ion transporters, including HVCN1, SLC20A2, SLC4A4, RHBG, RHCG, and SCN4A, suggesting an energy conservation strategy to hypoxia stress. All these results indicate that the immune processes, glycolytic pathways, and ion transport were significantly altered in gills and/or heart of large yellow croaker under hypoxia, possibly contributing to maintain cellular energy balance during hypoxia. Our data, therefore, afford new information to understand the tissue-specific molecular responses of bony fish to hypoxia stress.

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