Lung and Heart Proteomic Analysis of PM2.5-induced Mouse Model using High Resolution and High Mass Accuracy LC-MS

Abstract

세계적으로 대기오염이 심해짐에 따라 초미세먼지(PM2.5)로 인한 공중보건 위협이 큰 문제가 되고 있다. 최근 연구에선 생명체의 초미세먼지 흡입에 대해 임상학적, 독성학적, 그리고 오믹스 접근법으로 관련된 유해 영향들을 밝혀냈다. 그러나 초미세먼지의 독성과 전신 염증에 의한 심혈관 질환 관련 생물학적 경로는 잘 해명되지 않았다. 본 연구에선 초미세먼지 마우스 모델의 폐와 심장을 고분해능 및 고 질량 정확도 LC-MS/MS를 이용한 LFQ 단백질체 접근법을 통해 분석하였다. 폐 단백질체에서 검출된 8,369개의 단백질 중 초미세먼지에 반응한 단백질들은 면역반응인 보체 형성, 식세포 작용, MHC II class 항원 제시 과정과 연관 있었다. 심장 조직에서는 5,789개의 단백질이 검출되었고 밀착연접, 액틴 세포골격 조절, 산화환원반응과 관련된 단백질들이 초미세먼지에 의해 영향받았다. 경로 맵핑 분석을 통해 폐에서 면역 염증 반응이 상승한 것으로 나타났다. 그리고 심장에선 cAMP/PKA 신호 경로가 억제되었고, RhoA/ROCK 신호 경로가 과발현되어 근수축/이완 신호 불균형의 가능성을 보여주었다. 흥미롭게도, 두 조직 공통으로 세포자살 경로를 유도하는 Bax/Bak 경로의 과발현이 관찰되었다. 이 연구를 통해 초미세먼지와 심혈관 질환 유발 경로 사이의 연관성을 나타내었다.|As global air pollution becomes severe, the deterioration of public health due to particulate matter (PM2.5) is a big problem. Recent studies about the inhalation of PM2.5 in living organisms have revealed related harmful effects by clinical, toxicological, and omics approaches. However, the biological mechanisms of cardiovascular disease induced by the toxicity of PM2.5 and systematic inflammation are not well elucidated because of their complexity. In this study, the lung and heart of the PM2.5-induced mouse model were analyzed through LFQ (Label-Free Quantification) proteomic approach using high-resolution and high mass accuracy LC-MS/MS. 8,369 proteins were detected in the lung proteome, of which proteins regulated by PM2.5 were associated with immune responses such as complement formation, phagocytosis, and MHC class II antigen presentation. Among the 5,789 identified proteins in heart tissue, proteins related to tight junctions, actin cytoskeletal regulation, and redox reactions were affected by PM2.5. Pathway mapping analysis found the immune-inflammatory response was elevated in the lung. In the heart, the cAMP/PKA signaling pathway had a low expression level, and overexpression of the RhoA/ROCK signaling pathway was identified, demonstrating the potential for muscle contraction/relaxation signal imbalance. Intriguingly, the Bax/Bak pathway inducing the apoptosis pathway was up-regulated in both tissues. This study implicates an association between PM2.5 and the cardiovascular disease induction pathway.