Nanomaterialien (Basel)
. 2. Juli 2019;9(7):969.
doi: 10.3390/nano9070969.
Bewertung der durch Graphenoxid induzierten Zelltoxizität und Transkriptomanalyse in menschlichen embryonalen Nierenzellen
Sangiliyandi Gurunathan 1, Muhammad Arsalan Iqbal 1, Muhammad Qasim 1, Chan Hyeok Park 1, Hyunjin Yoo 1, Jeong Ho Hwang 1, Sang Jun Uhm 1, Hyuk Song 1, Chankyu Park 1, Jeong Tae Do 1, Youngsok Choi 1, Jin -Hoi Kim 1, Kwonho Hong 2
Zugehörigkeiten
PMID: 31269699 PMCID: PMC6669460 DOI: 10.3390/nano9070969
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Abstrakt
Graphen, eine zweidimensionale Kohlenstoffschicht mit einer Dicke von nur einem Atom, ist für mehrere nanowissenschaftliche und nanotechnologische Anwendungen äußerst vielversprechend, darunter in Sensoren, Katalyse und Biomedizin. Obwohl mehrere Studien die Zytotoxizität von Graphenoxid in verschiedenen Zelltypen gezeigt haben, gibt es keine umfassenden Studien an menschlichen embryonalen Nierenzellen (HEK293), die eine transkriptomische Analyse und eine In-vitro-Untersuchung der Mechanismen der Zytotoxizität nach Exposition gegenüber Graphenoxid umfassen. Daher setzten wir HEK293-Zellen 24 Stunden lang unterschiedlichen Konzentrationen an Graphenoxid aus und führten mehrere Zelltests durch. Zelllebensfähigkeits- und Proliferationstests zeigten eine signifikante dosisabhängige zytotoxische Wirkung auf HEK293-Zellen. Zytotoxizitätstests zeigten einen erhöhten Austritt von Laktatdehydrogenase (LDH) und die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) sowie verringerte Mengen an reduziertem Glutathion (GSH) und erhöhte Mengen an oxidiertem Glutathion, was auf oxidativen Stress hinweist. Dieser detaillierte mechanistische Ansatz zeigte, dass die Exposition gegenüber Graphenoxid eine signifikante Abnahme des mitochondrialen Membranpotentials und der ATP-Synthese sowie der DNA-Schädigung und der Caspase-3-Aktivität hervorruft. Darüber hinaus ergab unsere RNA-Seq-Analyse, dass HEK293-Zellen, die Graphenoxid ausgesetzt waren, die Expression von Genen, die an mehreren Apoptose-bezogenen biologischen Signalwegen beteiligt sind, signifikant veränderten. Darüber hinaus störte die Exposition gegenüber Graphenoxid die Expression wichtiger Transkriptionsfaktoren und förderte diese Apoptose-bezogenen Wege durch die Regulierung ihrer nachgeschalteten Gene. Unsere Analyse liefert mechanistische Erkenntnisse darüber, wie die Exposition gegenüber Graphenoxid Veränderungen in den Zellreaktionen und massiven Zelltod in HEK293-Zellen hervorruft. Unseres Wissens ist dies die erste Studie, die eine Kombination aus zellulären Reaktionen und Transkriptom in HEK293-Zellen beschreibt, die Graphenoxid-Nanopartikeln ausgesetzt sind, und eine Grundlage für das Verständnis der molekularen Mechanismen der Graphenoxid-induzierten Zytotoxizität und für die Entwicklung neuer Therapiestrategien bietet.
Schlüsselwörter: Apoptose; Zelltests; Graphenoxid; menschliche embryonale Nierenzellen; oxidativen Stress; Transkriptomanalyse.
Erklärung zum Interessenkonflikt
Die Autoren geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.