Платформа высокопроизводительной транскриптомики для скрининга химических веществ окружающей среды

Для ускорения оценки риска химических веществ необходимы новые методологии (NAMs), позволяющие эффективно оценивать их опасность без использования целых животных. Технологический прогресс в области анализа экспрессии генов сделал высокопроизводительную транскриптомику in vitro (HTTr) перспективным инструментом для оценки опасности химических веществ окружающей среды с помощью NAMs. В этом исследовании мы оценили пригодность анализа Templated Oligo with Sequencing Readout (TempO-Seq) для высокопроизводительного скрининга зависимости «концентрация—эффект» на небольшой панели химических веществ с использованием клеточной модели MCF7 человека. Экспериментальный дизайн включал различные контрольные образцы и обработки эталонными химическими веществами, что позволило объективно оценить эффективность анализа TempO-Seq. Для обработки данных мы разработали надёжный и масштабируемый конвейер биоинформатического анализа на основе инструментов с открытым исходным кодом. Кроме того, мы разработали новый подход к моделированию зависимости «концентрация—эффект» на основе генных сигнатур и сравнили результаты с ранее реализованным методом анализа транскриптомных данных с помощью BMDExpress. Анализ контрольных образцов и обработок эталонными химическими веществами показал высокую воспроизводимость сигнатур дифференциальной экспрессии генов. Кроме того, объединение сигналов отдельных генов в генные сигнатуры до моделирования зависимости «концентрация—эффект» позволило получить значения концентраций, изменяющих биологические пути на уровне транскрипции in vitro (BPACs), которые были близки к результатам предыдущих высокопроизводительных скрининговых исследований ToxCast. Часто выявленные сигнатуры соответствовали известным молекулярным мишеням тестируемых веществ и относились к наиболее чувствительным компонентам общего транскрипционного ответа. В результате разработан новый масштабируемый рабочий процесс высокопроизводительной транскриптомики in vitro, пригодный для высокопроизводительной оценки опасности химических веществ окружающей среды.