Prenatal Bisphenol S and Postnatal High-Fat Diet Influence DNA Methylation of the Mest Gene in F1 Male Mice

Abstract

Environmental chemicals are considered important factors related to increasing obesity, and many studies have been conducted. In the Developmental Origins of Health and Disease (DOHaD) concept including epigenetics mechanisms, fetus is very vulnerable to prenatal and early postnatal environmental exposures because epigenetic programming affect developmental period. Bisphenol S (BPS), which is used as a substitute for Bisphenol A (BPA) and known as an one of the endocrine disrupting compounds (EDCs), has the obesogenic properties. The BPS obesogenic effect was associated with gene expression changes resulting in the adipogenesis. The mesoderm-specific transcript (Mest) gene is imprinted, exhibiting preferential expression from the paternal allele. The mRNA expression of the Mest gene is associated with obesity, adipocyte size, preadipocyte proliferation. To obtain a deeper insight into the effects of prenatal BPS exposure and postnatal high fat diet (HFD) on Mest mRNA expression and DNA methylation, pregnant female C57BL/6 mice were exposed to BPS from gestational day (GD) 9 until delivery, and their pups was monitored. Adipocyte hypertrophy was observed through immunohistochemical analysis of the gonadal white adipose tissue (gWAT) in F1 male mice fed HFD. In groups with adipocyte hypertrophy, mRNA expression of Mest, the adipocyte size marker gene, was quantified by quantitative reverse transcription polymerase chain reaction (qRT-PCR) analysis. The site-specific CpGs at the Mest differentially methylated region (DMR) associated gonadal phenotype and Mest expression levels in F1 male mice were screened by the Bisulfite Amplicon Sequencing (BSAS) analysis. The methylation levels of the selected CpG sites from BSAS were quantified by targeted bisulfite pyrosequencing. The Mest mRNA expression levels increased consistently with the adipocyte hypertrophy. Three CpG sites with reduced methylation levels compared to controls were identified. In prenatal BPS exposure and postnatal HFD groups, three selected CpG sites showed hypomethylation compared to controls. Taken together, these results suggest that prenatal BPS exposure and postnatal HFD might induce epigenetic modulation (i.e., DNA methylation) at the Mest DMR, and consequently contribute to the gonadal adiposity in F1 male mice.

전 세계적으로 비만 인구가 증가하면서 환경 유해 화학물질이 영향을 미치는 중요한 요인으로 고려되어 많은 연구가 수행되고 있다. 후성유전학적 기전을 포함하는 Developmental Origins of Health and Disease (DOHaD) 개념에서 태아는 산전 또는 초기 산후 시기에 환경 유해 화학물질과 같은 환경요인 노출에 매우 취약한데 이는 발달 시기에 후성유전학적 변형을 일으켜 영향을 미치게 된다. 비스페놀 A (BPA)의 대체재로 내분비계 교란 물질로 알려진 비스페놀 S (BPS)는 환경 중에 노출되고 있는 요인으로 비만을 유발하는 지방세포분화와 증식과 관련된 유전자들의 발현에 영향을 미치는 특성을 갖는다. 이러한 환경요인에 영향을 받는 유전자 중 각인유전자인 Mesoderm specific transcript (Mest)는 비만, 지방세포의 크기, 전지방세포의 증식과 연관되어 있다. 생쥐에서 산전 BPS 노출과 산후 고지방식이가 Mest 유전자 발현 및 메틸화에 미치는 영향을 알아보기 위해 임신한 생쥐에 임신 9일 차부터 출산까지 BPS를 노출시키고 새끼 생쥐들을 관찰하였다. Mest 유전자의 발현은 정량적 역전사 중합 효소 연쇄 반응(qRT-PCR) 분석을 통해 정량하였다. 메틸화는 우선 산전 BPS 노출과 산후 고지방식이에 영향을 받는 특정 CpG 위치를 식별하기 위해 Bisulfite Amplicon Sequencing (BSAS) 분석을 하고, 식별된 위치의 메틸화를 정량 분석하기 위해 Pyrosequencing 분석을 하였다. 모든 실험은 고환 주변의 백색지방으로부터 추출된 total RNA와 gDNA로부터 수행되었다. 산전 BPS 노출과 산후 고지방식이를 한 생쥐의 Mest 유전자에서 세 군데의 CpG 위치를 식별하였고, 이 위치들은 모두 메틸화가 감소하여 있었다. 이와 일관적으로 발현이 증가한 것을 확인하였고 이러한 결과들로부터 Mest 유전자의 메틸화와 발현의 변화는 지방 과다표현형을 수반함을 확인할 수 있었다. 이 연구의 중점은 산전 BPS 노출과 산후 고지방식이는 각인유전자 Mest에 후성유전학적 영향(즉, DNA 메틸화)을 일으켜 후속세대 수컷 생쥐의 지방과다 표현형 유발에 기여할 수 있음을 시사한다.