Espressione differenziale e regolazione del gene HSP70 durante la fase di crescita nei ruminanti in risposta allo stress da caldo

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 18310 (2022) Citare questo articolo

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Le proteine ​​da shock termico regolano il meccanismo fisiologico di adattamento allo stress termico a livello cellulare. La presente indagine è stata condotta per analizzare la regolazione del gene HSP70 in vari stadi di crescita nei ruminanti nelle cellule mononucleate del sangue periferico (PBMC). La relazione tra l'espressione del gene HSP e la termotolleranza in modo specifico per l'età nei ruminanti non è stata analizzata. Pertanto il livello di espressione di m-RNA HSP70 è stato esaminato in diversi gruppi di età della capra Jamunpari durante condizioni climatiche calde. L'esperimento è stato condotto su 32 animali di capra Jamunapari appartenenti ai gruppi di età di 3 mesi, 9 mesi, 12 mesi e adulti (2-3 anni). L'RNA totale è stato isolato dalle cellule mononucleate del sangue periferico. La risposta fisiologica come la temperatura rettale (RT), la frequenza respiratoria (RR) e la frequenza cardiaca (HR) è stata utilizzata come indicatore dello stress da calore. L’indice di umidità della temperatura (THI) è stato utilizzato come indicatore della gravità dello stress ambientale. L'intervallo THI variava da 82,00 a 92,08 durante il periodo sperimentale. Il livello di espressione di m-RNA HSP70 all'età di 9 mesi degli animali era sovraregolato e significativamente più alto rispetto ad altri gruppi di età. È stato osservato che il livello delle trascrizioni di HSP70 nelle PBMC era più alto nella fascia di età di 9 mesi e un declino correlato all'età nell'espressione di HSP70 è stato osservato in età adulta. Sulla base della risposta fisiologica, i fenotipi contrastanti dello stress da caldo sono stati riconosciuti come individui suscettibili allo stress da caldo (HSS) e tolleranti allo stress da caldo (HST) e l'espressione dell'm-RNA HSP70 è stata analizzata in età diverse in risposta allo stress da caldo cronico. L'espressione differenziale dell'mRNA degli individui HSS a 3 e 9 mesi di età ha mostrato l'espressione più alta rispetto all'HST. L'età e il fenotipo hanno avuto un effetto significativo (p <0,01) sul valore del punto di incrocio (CP). L'espressione del gene m-RNA HSP70 in diversi gruppi di età è stata correlata alla tolleranza allo stress da calore e questo potrebbe essere utilizzato come biomarcatore per gli allevatori per analizzare la risposta HSP in vivo nei ruminanti.

L'acclimatazione termica e l'adattamento termico sono associati ad un aumento del livello basale delle proteine ​​da shock termico (HSP)1,2. I P.A.S. vengono attivati ​​in risposta a vari fattori di stress ambientali e di altro tipo. È stato osservato che l’epitelio cutaneo rilascia proteine ​​da shock termico per mobilitare lo shock termico in risposta allo stress termico. L'espressione dell'HSP70 inducibile aumenta di parecchie volte quando la temperatura cutanea si avvicina al limite superiore della zona termoneutrale dei ruminanti. La via di regolazione dello stress termico protegge il proteoma di tutte le cellule in risposta a temperature elevate e al danno ossidativo3,4. A livello cellulare, il calore e altri fattori di stress metabolico inducono le HSP e aumentano l'espressione genica a causa dell'attivazione dei fattori di trascrizione dello shock termico (HSF)5,6,7. Le HSP interagiscono con altre proteine ​​cellulari durante condizioni di stress e mantengono l'omeostasi cellulare8. I singoli animali rispondono allo stress fisiologico e ambientale attivando diversi percorsi di regolazione dello stress che proteggono i processi biologici fondamentali promuovendo il ripiegamento delle proteine. Le HSP vengono rilasciate a livello intracellulare ed extracellulare in una forma inducibile in risposta allo stress. La tolleranza cellulare allo stress da calore è regolata dalle HSP e l'HSP70 può essere un indicatore di stress nelle cellule9. Gli HSP sono responsabili del mantenimento dell'equilibrio tra la sopravvivenza e un sistema immunitario efficace nell'organismo per acclimatarsi allo stress10.

La capacità di resistere allo stress da calore è una componente importante della forma fisica degli adulti. Le cellule rilasciano proteine ​​da shock termico in risposta a stress metabolici o ambientali8. È stato osservato che con l'invecchiamento si verificava una diminuzione dell'espressione indotta dal calore dell'm-RNA di HSP 70 nei fibroblasti primari di ratto11. Allo stesso modo, è stato segnalato il declino dell'espressione indotta dal calore di HSP70 nei fibroblasti diploidi umani in funzione del passaggio cellulare (invecchiamento in vitro). La termoregolazione dipendente dall'età a livello fisiologico è stata osservata nell'uomo e negli animali da esperimento12. È stato inoltre dimostrato che l'HSP regola la tolleranza allo stress a livello tissutale in vivo13. Pertanto, il presente studio è stato condotto per analizzare l'espressione dell'm-RNA HSP70 legata all'età in risposta allo stress da calore nei ruminanti. Lo studio è stato condotto in vivo per osservare il meccanismo di termoregolazione negli animali fino a 1 anno di età e negli individui adulti durante il periodo di stress da caldo. L'espressione dell'm-RNA di HSP 70 è stata analizzata durante la fase di crescita dei ruminanti fino all'età adulta e negli animali adulti in risposta allo stress da calore. La regolazione dell'espressione di HSP70 rispetto al processo di invecchiamento in vivo non è stata effettuata nei ruminanti. L'espressione differenziale della proteina HSP70 non è ancora stata analizzata e compresa nei ruminanti, pertanto il presente studio analizza il modello di espressione della proteina da shock termico a diverse età durante il periodo di stress da caldo.