Investigation of the effects of bisphenol a and nonylphenol on the transcriptional profiles of Saccharomyces cerevisiae genome


Thesis Type: Doctorate

Institution Of The Thesis: Marmara University, Institute for Graduate Studies in Pure and Applied Sciences, Department of Bioengineering (Eng), Turkey

Approval Date: 2017

Thesis Language: English

Student: CEYHUN BEREKETOĞLU

Consultant: Bülent Mertoğlu

Abstract:

Bisfenol A (BPA) ve nonilfenol (NP) iyi bilinen endokrin bozucu kimyasallar olup çeşitli endüstriyel ürünlerin üretiminde yapıtaşı olarak kullanılmakta ve sürekli çevreye salınmaktadırlar. BPA ve NP maruziyeti altındaki ökaryotik hücre genomunun yeniden programlamasını tespit etmek için Saccharomyces cerevisiae model organizma olarak kullanıp S. cerevisiae BY4742 suşunun düşük (50 mg/L BPA; 1 mg/L NP) ve yüksek (300 mg/L BPA; 5 mg/L NP) konsantrasyonlardaki BPA ve NP’ye karşı genom ölçekli transkripsiyon profilleri analiz edildi. 50 mg/L BPA’ya 180 dk maruziyette 81 gen baskılanırken 104 genin aktivitesi artmıştır. Aynı zamanda 300 mg/L BPA maruziyetinde, 378 gen baskılanırken 606 genin aktivitesi anlamlı bir şekilde artmıştır. Diğer taraftan, 1 mg/L NP’ye 120 dk maruz kalan maya hücrelerinde 187 genin (63 baskılanmış ve 124 indüklenmiş) ekspresyon seviyesi değişirken 180 dk maruziyette 103 genin (56 baskılanmış ve 47 indüklenmiş) ekspresyon seviyesi değişmiştir. Aynı zamanda 5 mg/L NP’ye 120 dk maruziyette 678 genin (168 baskılanmış ve 510 indüklenmiş) ekspresyonu değişmiş olup 180 dk maruziyette 688 genin (215 baskılanmış ve 473 indüklenmiş) ekspresyon seviyesi değişmiştir. BPA ve NP’nin farklı konsantrasyonlarında benzer prosesler etkilenmesine rağmen ekpresyon seviyesi değişmiş genlerin sayısı ve etkilenme derecesi düşük ve yüksek konsantrasyonlarda belirgin bir şekilde farklılık göstermiştir. 300 mg/L BPA maruziyetinde oksidatif fosforilasyon, trikarboksilik asit döngüsü, ribosomal aktivite, replikasyon ve kimyasala cevap ile ilişkili genlerin ekspresyon seviyeleri belirgin bir şekilde değişmiştir. Ayrıca 5 mg/L NP maruziyetinde de oksidatif fosforilasyon, hücre duvarı biyogenezi, ribosomal biyogenez, RNA işlenmesi, ısı şok proteinleri ve ubiquitin-konjugasyon enzimleri ile ilişkili genlerin ekspresyon seviyesi ciddi bir şekilde değişmiştir. Ancak BPA ve NP’nin düşük konsantrasyonlarında etkilenen genlerin ekspresyon seviyeleri hafif değişiklikler göstermiştir. Bu sonuçlar maya hücrelerinin BPA ve NP’ye transkripsiyon seviyesindeki tepkilerinin konsantrasyona bağlı olarak farklı genler üstünden gerçekleştiğini göstermiş ve BPA ile NP’nin etki mekanizmalarının altında yatan moleküler mekanizmalar hakkında önemli bilgiler sağlamıştır. ABSTRACT Bisphenol A (BPA) and nonylphenol (NP), well-known endocrine disrupting chemicals, are used as building-blocks of various industrial products and continuously leach into the environment. To capture the genome reprogramming in eukaryotic cells under BPA and NP exposure, Saccharomyces cerevisiae was used as model organism and the genome-wide transcriptional profiles of S. cerevisiae BY4742 strain were analyzed in response to low (50 mg/L BPA; 1 mg/L NP) and high inhibition (300 mg/L BPA; 5 mg/L NP) concentrations of BPA and NP. 81 genes were downregulated and 104 genes were upregulated in response to 50 mg/L BPA for 180 min. Meanwhile, 378 genes were downregulated and 606 genes were significantly upregulated upon exposure to 300 mg/L BPA. On the other hand, 187 genes (63 downregulated and 124 upregulated) were differentially expressed in yeast cells exposed to the 1 mg/L NP for 120 min, while 103 genes (56 downregulated and 47 upregulated) were differentially expressed for 180 min exposure. Meanwhile, 678 genes (168 downregulated and 510 upregulated) were differentially expressed upon exposure to 5 mg/L NP for 120 min, while 688 genes (215 downregulated and 473 upregulated) were differentially expressed upon exposure to 5 mg/L NP for 180 min. Although similar processes were affected by exposure to distinct BPA and NP concentrations, the number and magnitude of differentially expressed genes differ between low and high inhibition concentration treatments. Exposure to 300 mg/L BPA resulted in severe changes in the expression levels of several genes involved in oxidative phosphorylation, the tricarboxylic acid cycle, ribosomal activity, replication, and chemical responses. Besides, exposure to 5 mg/L NP resulted in substantial changes in the expression of several genes associated with oxidative phosphorylation, cell wall biogenesis, ribosomal biogenesis, RNA processing, heat shock proteins, and ubiquitin-conjugating enzymes. Conversely, small numbers of genes with slight changes in the expression were observed in cells exposed to lowBinhibition concentration of BPA and NP. These results demonstrate that yeast cells respond to BPA and NP in a concentration-dependent manner at transcriptional level via different genes and provide insight into the molecular mechanisms underlying the modes of action of BPA and NP.