15개 척추동물의 피하 및 내장 지방 조직에 대한 전사체 및 지질체 프로파일링

과학 데이터 10권, 기사 번호: 453(2023) 이 기사 인용

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지방 조직(AT)에서 지질을 에너지로 저장하는 것은 진화 과정에서 보존되어 왔습니다. 그러나 AT의 생리적 활동에 있어서 상당한 차이가 종들 사이에서 보고되었습니다. 따라서 AT 전사체의 진화적 발산을 형성하는 메커니즘을 확립하면 AT 조절과 비만 관련 질병에서의 역할에 대한 더 깊은 이해를 제공할 수 있습니다. 이전 연구에서는 다양한 종에 걸쳐 AT 간의 해부학적, 생리학적 및 형태학적 비교를 수행했지만 현재 분자 표현형 수준에서는 거의 이해되지 않습니다. 여기에서 우리는 태반 포유류, 조류 및 파충류를 포함하여 3억 년 이상의 진화에 걸쳐 15개의 척추동물 종에 걸쳐 사용 가능한 피하 및 내장 AT 샘플의 전사 및 지질 프로필을 특성화했습니다. 우리는 이 연구에서 생성된 데이터 세트에 대한 자세한 설명을 제공하고 샘플 전반에 걸쳐 유전자 발현 및 지질 프로필을 보고합니다. 우리는 이러한 데이터가 강력하다는 것을 입증하고 AT 전사체와 리피도메가 동일한 종 내에서보다 종 간에 더 크게 변한다는 것을 보여줍니다. 이러한 데이터 세트는 척추동물 종의 AT 간의 기능적 차이에 대한 향후 연구를 위한 리소스 역할을 할 수 있습니다.

지방 조직(AT)은 척추동물의 에너지와 대사 항상성을 보장하는 가장 중요한 기관 중 하나입니다1. 최근 몇 년 동안 AT는 인류 인구의 비만 및 대사 장애, 특히 제2형 당뇨병 및 심혈관 질환의 전 세계적인 비율 증가로 인해 지속적인 과학적 관심을 받아 왔습니다. 최근 연구에 따르면 AT는 에너지 저장, 병태생리학 및 혈압 조절, 생식 및 숙주 방어와 같은 다양한 생물학적 과정에서 중요한 역할을 하는 매우 복잡한 기관입니다2,3. AT는 몸 전체에 분포하며4 장막, 내장, 생식선, 심낭 및 신주위 부위에 위치하는 복강내 내장 AT(VAT)와 엉덩이, 허벅지에 위치하는 피하 AT(SAT)로 나눌 수 있습니다. , 그리고 복부. 다양한 위치의 AT는 다양한 대사 기능, 구조적 역할 또는 질병과의 연관성을 포함하여 뚜렷한 특성을 가지고 있습니다5,6,7,8.

이전 연구에서는 종 간 비교를 수행하여 평가할 수 있는 종 간 AT 특성의 차이로 인해 진화 과정에서 AT 복잡성의 뿌리가 나타났다고 제안했습니다. 인간과 생쥐 사이의 최근 비교에서는 두 종 사이의 열 생성을 조절하는 지방세포 하위 집단의 서로 다른 비율이 확인되었으며11, 이는 부분적으로 열 발생 활성의 관찰된 차이를 설명합니다. 더욱이, 계통발생 전반에 걸쳐 잘 문서화되어 있는 비교 전사체 분석은 새로운 치료 표적을 식별함으로써 중개 의학을 발전시킬 수 있습니다. 예를 들어, 이전 연구에서는 심근세포 증식과 관련된 마이크로RNA인 miR-26a가 손상된 제브라피시 심장에서는 하향 조절되지만 생쥐에서는 일정하게 유지된다는 사실을 발견했습니다12. 출생 후 마우스 심장에서 miR-26a의 녹다운은 심근세포의 증식 창을 연장시켰으며, 이는 이 miRNA가 심장 손상 치료를 위한 치료 표적이 될 수 있음을 나타냅니다. 따라서 종 전반에 걸쳐 분자 수준에서 AT 변화를 평가하면 AT의 기능과 유전적 기초, 그리고 다양한 질병과의 연관성에 대한 이해가 향상될 것입니다.

전사 정보는 AT 표현형과 기능을 밝히는 데 중요하지만 지금까지 대부분의 연구는 인간과 설치류 간의 AT 비교에만 중점을 두었습니다. 중요한 것은 AT 전사체 진화를 완전히 이해하기 위해서는 서로 멀리 떨어져 있는 다양한 종과 여러 해부학적 위치에 대한 대규모 비교 AT 전사체 분석이 필요하다는 것입니다. 이를 위해 우리는 10개의 포유류(영장류: 인간 호모 사피엔스] 및 짧은꼬리원숭이[Macaca mulatta], 설치류: 쥐[Mus musculus], 쥐[Rattus norvegicus], 기니피그[Cavia porcellus], 토끼류: 토끼[Oryctolagus cuniculus], 우제류: 돼지[Sus scrofa] 및 양[ Ovis aries], 육식동물: 고양이 [Felis catus] 및 개 [Canis lupus Families]), 새 4마리(대장군: 닭[Gallus gallus], anseriformes: 오리[Anas platyrhynchos] 및 거위[Anser anser], 대장균: 비둘기 [Columba livia]) 및 파충류 1종(고환: 거북[Pelodiscus sinensis])이 외집단으로 사용됩니다. 우리는 총 59개의 paired-end rRNA가 고갈된 RNA-seq 라이브러리를 생성하고 이전에 발표된 48개의 라이브러리(16,17,18,19,20,21)와 함께 총 107개의 라이브러리를 분석했습니다(그림 1, 보충 표 1). ). AT의 리피돔 구성은 포도당 및 지질 대사, 기질 가용성 및 에너지 소비와 같은 에너지 항상성의 여러 측면에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 AT 간의 지질 구성의 차이를 이해하는 것은 AT의 특수 기능을 연구하고 AT 이질성을 초래하는 잠재적 메커니즘을 탐색하는 데 필수적입니다. 지질체학은 다양한 치료(예: 지구력 운동 훈련26, 저온 노출27 및 고지방식28) 후 또는 서로 다른 해부학적 위치29 사이에서 AT의 지질 프로필 변화를 명확하게 하기 위해 이전에 성공적으로 적용되었습니다. 그러나 종에 따른 변화는 여전히 잘 이해되지 않고 있습니다. AT 진화 동안 발생한 대사 변화에 대한 추가 통찰력을 얻기 위해 우리는 4가지 포유류를 포함한 5가지 대표적인 종에 걸쳐 131개 SAT 및 VAT 샘플의 세포 지질에 대한 비표적 액체 크로마토그래피-직렬 질량 분석법(LC-MS/MS) 분석을 수행했습니다. 마우스, 쥐, 돼지, 양) 및 새(거위)(그림 1, 보충 표 2). 전체적으로, 이러한 데이터세트는 종과 해부학적 위치 전반에 걸친 AT 유전적 및 대사적 다양성 연구를 위한 귀중한 자원과 AT 진화 중 분자 변화를 분석할 수 있는 전례 없는 기회를 제공합니다.

7) were used for sequencing. The RNA-seq libraries were then generated using an rRNA depletion method18. All libraries were sequenced on a HiSeq X Ten platform (Illumina) using paired-end sequencing reads of 150 bp in length./p> 0.5 TPM in all replicates of at least one AT./p> 50% of QC samples and > 20% of the replicates of at least one AT. The missing values were imputed using the k-nearest neighbor (KNN) method35,36. Next, the probabilistic quotient normalization (PQN) method37 was performed for data normalization and the QC-robust spline batch correction (QC-RSC) method38 applied to correct for batch effects. Finally, the ions with a relative standard deviation (RSD) > 30% in QC samples were removed, as are fluctuated greatly in the experiment. The retained ions were used in downstream statistical analysis./p>0.5 TPM across all replicates in at least one AT to identify transcribed PCGs for each species, we observed comparable amounts of transcribed PCGs between mammal (~12,324 per species) and bird species (~11,973 per species) (Table 1). However, remarkably few transcribed genes were detected in the ATs of turtle (4037 PCGs), implying the AT transcriptomes of mammals and birds vary significantly from reptiles. To assess the reproducibility of the different biological replicates, we calculated pairwise Spearman’s r of PCGs expression profiles between the samples of each species. In general, gene expression was highly correlated between biological replicates (median Spearman’s r = 0.96), and similarities significantly reduced between the ATs obtained from different anatomical locations within each species (P = 9.76 × 10−16, Wilcoxon rank-sum test) (Fig. 2b). Principal component analysis and hierarchical clustering of the expression levels of 3878 single-copy orthologous PCGs (detailed information is list in file ‘Detailed information on single-copy orthologous PCGs across 15 vertebrate species’ on Figshare41) among 15 vertebrates revealed that samples primarily clustered according to the species with the highest number of biological replicates (Fig. 2c,d and figure ‘PCA plot of PC1 versus PC3 and PC2 versus PC3 based on the expression levels of single-copy orthologous PCGs among 15 vertebrate species’ on Figshare42). These results highlight the consistency among biological replicates and the robustness of experimental design./p>50% of the QC samples (102 QC samples in negative ion mode and 96 QC samples in positive ion mode) and >20% of the experimental samples in at least one AT. To ensure the reliability of the acquired lipidomics data, two quality control steps were performed based on the intensity of the detected ions. First, we assessed the clustering of QC samples using principal component analysis (PCA). In both ion modes, we observed that the QC samples clustered distinctively (Fig. 3b), suggesting absence of significant non-biological induced variation in the experiment. Second, we measured the relative standard deviation (RSD) of detected ions in all QC samples (Fig. 3c). We found that most of the negative (67.42%, 1788 of 2652) and positive ions (81.15%, 3676 of 4530) had an RSD < 30% among the QC samples, indicating ion intensity changed little between QC samples. Overall, these findings confirmed the reproducibility and robustness of the generated lipidomics data./p>

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