Transcriptomics-Guided Outcome Prediction (T-GOP) for Ecotoxicity Assessment: A Proof-of-Concept Study of PFOS Alternative OBS Disrupting Zebrafish Neurotransmitter Homeostasis and Cognition

斑马鱼 转录组 不良结局途径 神经化学 生物 神经递质 毒理基因组学 5-羟色胺能 神经毒性 多巴胺能 下调和上调 生态毒性 药理学 乙酰胆碱酯酶 毒性 神经科学 细胞生物学 神经退行性变 多巴胺转运体 生物信息学 多巴胺能途径 多巴胺 表观遗传学 基因 重编程
作者
Meijuan Zeng,Jing Huang,Miao Chen,Jingchun Wu,Yanbin Zhao,Wenqing Tu
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:60 (11): 8379-8392
标识
DOI:10.1021/acs.est.5c15827
摘要

Transcriptomics provides mechanistic insights into chemical toxicity and serves as a hypothesis-generating tool for prioritizing potential adverse outcomes. Here, we introduced a transcriptomics-guided outcome prediction (T-GOP) framework, a hypothesis-informed approach that uses transcriptomic enrichment to prioritize end points for targeted experimental validation. As a case study, the ecotoxicological effects of the PFOS alternative, sodium p-perfluorous nonenoxybenzenesulfonate (OBS), were evaluated. After 28 days of exposure to environmentally relevant OBS concentrations (0.1, 1.0, and 10 μg/L), adult zebrafish accumulated OBS in the brain (363–2364 μg/kg), triggering extensive transcriptional reprogramming with 61, 134, and 1026 differentially expressed genes at the respective exposure levels. Transcriptomic analysis implicated disruption of neurotransmitter pathways, which was confirmed by targeted metabolomics, revealing profound alterations in dopaminergic and serotonergic systems. These neurochemical perturbations coincided with concentration-dependent downregulation of essential neuronal genes (e.g., bdnf, syn2a, and elavl3), increased acetylcholinesterase (AChE) activity, and brain histopathological changes. At the highest concentration, T-maze assays revealed increased memory latency, consistent with cognitive impairment as an apical outcome of the observed upstream perturbations. Benchmark concentration modeling indicated neurotoxic responses with BMC10 values ranging from 0.03 to 8.97 μg/L, with corresponding 95% credible intervals (BMCL10–BMCU10) of 0.01–20.04 μg/L. Overall, this proof-of-concept framework provides evidence for the neurotoxicity of OBS and highlights its potential environmental risk.
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