Integrating multi-omics and regular analyses identifies the molecular responses of zebrafish brains to graphene oxide: Perspectives in environmental criteria

纳米毒理学 蛋白质组学 组学 生物 代谢组学 蛋白质组 转录组 斑马鱼 计算生物学 细胞生物学 生物化学 生物信息学 纳米技术 基因 基因表达 纳米颗粒 材料科学
作者
Jing Sun,Qixing Zhou,Xiangang Hu
出处
期刊:Ecotoxicology and Environmental Safety [Elsevier BV]
卷期号:180: 269-279 被引量:39
标识
DOI:10.1016/j.ecoenv.2019.05.011
摘要

With the broad application of nanoparticles, nanotoxicology has attracted substantial attention in environmental science. However, the methods for detecting few and targeted genes or proteins, even single omics approaches, may miss other responses, including the major responses induced by nanoparticles. To determine the actual toxicological mechanisms of zebrafish brains induced by graphene oxide (GO, a popular carbon-based nanomaterial applied in various fields) at nonlethal concentrations, multi-omics and regular analyses were combined. The biomolecule responses were remarkable, although GO was not obviously observed in brain tissues. The trends for gene and protein changes were the same and accounted for 3.53% and 5.36% of all changes in the genome and proteome, respectively, suggesting a limitation of single omics analysis. Transcriptomics and proteomics analyses indicated that GO affected the functions or pathways of the troponin complex, actin cytoskeleton, monosaccharide transmembrane transporter activity, oxidoreductase activity and focal adhesion. Both metabolomics and proteomics revealed mitochondrial dysfunction and disruption of the citric acid cycle. The integrated analysis of omics, transmission electron microscopy and immunostaining confirmed that GO induced energy disruptions and mitochondrial damage by downregulating tubulin. The combination of multi-omics and regular analyses provides insights into the actual and highly influential mechanisms underlying nanotoxicity.
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