واکاوی پاسخ رونوشت هیپوتالاموس مرغ گوشتی تحت تنش حرارتی و بررسی شبکه‎ های پروتئینی و مسیرهای سیگنال‎ دهی

چکیده مبسوط مقدمه و هدف: استفاده از روش های بهبود ژنتیکی پرندگانی را ایجاد کرده است که می‎توانند با تولید گوشت و تخم‎مرغ بخش مهمی از نیازهای غذایی انسان را تامین کنند. دستیابی به بیشترین ظرفیت ژنتیکی نیازمند فراهم نمودن محیطی مناسب است. در صنعت پرورش طیور، تنش گرمایی چالش بزرگی است، زیرا بر میزان تولید و رشد طیور تاثیر منفی داشته و در نتیجه سود اقتصادی پرورش دهندگان را کاهش می‎دهد. سازگاری به تنش گرمایی تحت تاثیر عوامل مختلفی است. توانایی در ایجاد هومئوستازی با تغییر بیان ژن باعث جبران آسیب‎های برون سلولی شده و می‎تواند شرایط فیزیولوژیکی بدن را پس از بازگشت به ناحیه دمایی مناسب متعادل سازد. پرندگان اهلی فقط در دامنه دمایی بین ۲۴-۱۸ درجه سانتی‎گراد قادر به زندگی سالم خود می‎باشند و هرگونه افزایش دمای بالاتر از این دامنه سبب افزایش مرگ و میر در جوجه‎ها می شود. علت افزایش مرگ و میر به‎دلیل نقش سرکوب‎کنندگی گرما بر سیستم ایمنی و تضعیف مقاومت حیوان گزارش شده است. علاوه بر این تنش گرمایی باعث افزایش ترشح هورمون آزاد کننده کورتیکوپروتین و متقابلا افزایش کورتیکواسترون خون می‎باشد، که زمینه‎ساز تغییرات سازوکارهای ملکولی طی تنش است. لذا، مطالعه این چالش از جنبه های مختلف می تواند بسیار سودمند باشد. بدین‎منظور پژوهش کنونی با هدف شناسایی کمپلکس‎های پروتئینی و مسیرهای سیگنال‎دهی مهم تنظیم شونده توسط ژن های متفاوت بیان در شرایط تنش گرمایی در هیپوتالاموس جوجه‎های گوشتی انجام شد. مواد و روش‎ها: در پژوهش حاضر برای واکاوی پاسخ سیستماتیک رونوشت هیپوتالاموس مرغ به تنش حرارتی داده‎های پروفایل بیانی ۸ بافت هیپوتالاموس مرغ (۴ مرغ تحت تنش گرمایی و ۴ مرغ در شرایط بدون تنش) با شماره دسترسی GSE۳۷۴۰۰ از پایگاه داده GEO استخراج شدند. داده‎های ریزآرایه موجود شامل داده‎های خام پردازش نشده بودند که با استفاده از نرم‎افزار GEO۲R کنترل کیفیت و نرمال‎سازی انجام شدند. معیار انتخاب ژن‎های متفاوت بیان، ۰/۰۵>P-value و (۰/۵-< LogFC <۰/۵) در نظر گرفته شد. در پژوهش کنونی ساخت شبکه تنظیم بیان ژن و مطالعه روابط بین ژن‎های دخیل در تنش گرمایی جوجه­ های گوشتی با استفاده از نرم افزار Cytoscape و منبع STRING انجام شد. پس از ترسیم شبکه محل­ های متراکم شبکه، که به خوشه ­های پروتئینی موسوم‎اند، با استفاده از افزونه CytoCluster که قابلیت مشخص کردن محل‎های پرتراکم را دارد، تعیین و بررسی شدند. پس از شناسایی و مشخص شدن ژن‎هایی با تراکم بالا، برای شناسایی مسیرهای زیستی از پایگاه داده‎ای DAVID استفاده شد. یافته‎ها: واکاوی داده‎های ریزآرایه نشان داد از تعداد ۴۳۶۰۷ پروب استخراج شده، پس از حذف ژن‎های تکراری و خارج از سطح معنی‎داری، ۵۹۳ ژن متفاوت بیان شناسایی شد و فهرست ژن‎ها تهیه گردید. سپس همه ژن‎های انتخاب شده به نرم‎افزار STRING معرفی شدند و شبکه ژنی آن‎ها با حداقل امتیاز تعامل مورد نیاز ۰/۴ در نظر گرفته شد و ۱۴۹ ژن تشکیل شبکه دادند. بررسی بیشتر ژن‎های دارای اثر تنظیم شوندگی بالاتر و معنی‎دار مرتبط با تنش گرمایی منجر به شناسایی ژن‎هایی تاثیرگذار بر فرایند مذکور گردید. واکاوی فعالیت عملکردی ژن­ های تشکیل دهنده شبکه نشان داد، برخی از ژن‎های شناسایی شده در تنظیم مثبت ایمنی با واسطه سلول T، مسیر سیگنال‎دهی  WNTو MAPK و برخی دیگر نیز در فاگوسیتوز و فعالیت سلول‎های NK (سلول‎های کشنده طبیعی) نقش دارند. تنش گرمایی در جوجه‎های گوشتی باعث کاهش فعالیت سلول‎های NK می‎شود که نشان‎دهنده افزایش سطح هورمون کورتیکوسترون است. کورتیکواسترون‎ها باعث کاهش ترشح هورمون‎های تیروئید T۳) و(T۴  می‎شوند که این هورمون ها مسئول کنترل دما و متابولیسم بدن هستند و در نتیجه حساسیت جوجه گوشتی به تنش گرمایی را افزایش می‎دهند و همچنین برخی دیگر نیز در هموستازی گلوکز نقش دارند. افزایش گلوکز خون ممکن است بخشی از پاسخ جنگ یا گریز باشد که به بقای جوجه‎ها کمک می‎کند، پرندگانی که از یک عامل تنش‎زا جان سالم به در می‎برند سطوح بالاتری از گلوکز در گردش دارند. تنش گرمایی مسیرهای ملکولی را در سلول در پاسخ به شرایط تنش تنظیم می‎کند و هموستازی سلول و بافت‎ها را تغییر می‎دهد. این تغییرات بر فیزیولوژی بافت و در نتیجه توانایی تولید جوجه تاثیر می‎گذارد. اطلاعات به‎دست آمده از واکاوی مسیرهای بیولوژیکی کمپلکس‎های پروتئینی نشان داد بعضی از ژن‎های دخیل در کمپلکس پروتئینی بر روی چرخه سلولی تاثیرگذار هستند. چرخه سلولی مجموعه‎ای از فرآیندهای بسیار منظم است که منجر به تولید سلول می‎شود. تنش گرمایی باعث توقف چرخه سلولی در مهره داران و ساز و کار جدیدی از مقاومت در برابر تنش می شود. نتیجه‎گیری: واکاوی فعالیت عملکردی ژن‎های وارد شده به شبکه نشان داد که پاسخ ایمنی ذاتی و مرگ سلولی ناشی از تنش گرمایی پیچیده است، برخی از ژن‎های شناسایی شده در تنظیم مثبت ایمنی با واسطه سلول T، مسیرهای سیگنال‎دهی VEGF،  WNTو MAPK می‎باشند. پژوهش کنونی با معرفی پانل بیومارکری که شامل ژن‎های MAPK۱۴، NT۳، SOX۲، YAP۱، FGF۲، LRRK۱، LEF۱ و TLE۱ می‎باشد، می‎تواند در درک ساز و کارهای مولکولی زیربنایی پاسخ به تنش در طیور و کشف ژن های جدیدی موثر باشد که به شیوه ای خاص تحت تنش حرارتی تنظیم می شوند.

کلیدواژه ها:

Heat stress ، Hypothalamus transcriptome ، Hub gene ، Meat Chickens ، Profile analysis ، آنالیز پروفایل ، استرس گرمایی ، ترانسکریپتوم هیپوتالاموس ، ژن کاندیدا ، طیور گوشتی