Analysis of plasma microRNA expression profiles in a Chinese population occupationally exposed to benzene and in a population with chronic benzene poisoning

Abstract

Background: Circulating microRNA (miRNA) has attractive interests as a non-invasive biomarker of physiological and pathological conditions. Our study aimed to investigate the potential effects of chronic benzene poisoning (CBP) and benzene exposure on miRNA expression, and identify CBP-related miRNAs. Methods:In the discovery stage, we used a microarray assay to detect the miRNA expression profiles among pooled plasma samples from ten CBP patients, ten healthy benzene-exposed individuals and ten nonbenzene exposed individuals. Subsequently, we conducted an expanded validation of six candidate miRNAs in 27 CBP patients-low blood counts, 54 healthy benzene-exposed individuals and 54 non-exposed individuals.Moreover, we predicted the biological functions of putative target genes using a Gene Ontology (GO) function enrichment analysis and KEGG pathway analysis.Results: In the discovery stage, compared with non-exposures, 36 and 12 miRNAs demonstrated at least a 1.0-fold differential expression in the CBP patients and the benzene exposures, respectively. And compared with benzene exposures, 58 miRNAs demonstrated at least a 1.0-fold differential expression in the CBP patients. In the expanded validation stage, compared with non-exposures as well as exposures, miR-24-3p and miR-221-3p were significantly up-regulated (1.99-and 2.06-fold for miR-24-3p, 2.19-and 3.93-fold for miR-221-3p, P<0.01) while miR-122-5p and miR-638 were significantly down-regulated (−3.45-and −2.60-fold for miR-122-5p, −1.82-and −3.20-fold for miR-638, P<0.001) in the CBP patients; compared with non-exposures, the plasma level of miR-638 was significantly up-regulated (1.38-fold, P<0.01) while the plasma levels miR-122-5p and miR-221-3p were significantly down-regulated (−0.85-and −1.74-fold, P<0.01) in the exposures, which were consistent with the results of microarray analysis. Conclusions:The four indicated plasma miRNAs may be biomarkers of indicating responses to benzene exposure. Further studies are warranted to verify our findings with a large sample and to confirm the underlying mechanisms.

The Promises and Challenges of Toxico-Epigenomics: Environmental Chemicals and Their Impacts on the Epigenome

“…Similarly, individuals exposed to benzene at median concentrations of 120 lg=m 3 had significantly higher global levels of H3 lysine 4 trimethylation (H3K4me3) marks compared with a control group . Perturbations to miRNA (Bai et al 2014a;Yang Liu et al 2016) and lncRNA (Bai et al 2014b) expression have likewise been detected in pooled plasma (Yang Liu et al 2016) and peripheral Figure 1. Diagrammatical summary of epigenetic modes on action.…”

Sensitive to the effects of environmental factors miR-638 and common diseases

“…), вирусы и др. Как уже отмечалось, miR-638 также чувствительна к воздействиям средовых факторов на уровне метилирования CpG-сайтов и ее экспрессии [10][11][12][13] [34,35], в одном -наблюдалась обратная ситуация [36], что может быть связано с клиническими особенностями включенных в исследование пациентов. В частности, уровень экспрессии данной микроРНК был выше в выборке пациентов с тройным негативным раком молочной железы, чем у пациентов с другими формами рака молочной железы [34].…”

“…Изменение спектра и уровня микроРНК, эпигенетические модификации (включая метилирование ДНК) рассматривают как важные компоненты патофизиологии болезней, в том числе и в качестве «посредников» эффектов не-благоприятных средовых факторов, способствующих развитию заболеваний [6][7][8][9]. С этой точки зрения интерес представляет miR-638, которая чувствительна к воздействию различных биотических и абиотических агентов; при этом направленность изменения уровня этой микроРНК зависит от влияющих агентов, продолжительности воздействия и от типа клеток [10][11][12][13][14][15][16][17]. Так, установлен более низкий уровень miR-638 у лиц с хроническим отравлением бензолом, по сравнению как с не контактирующими (контрольная группа), так и с кратковременно контактирующими с данным веществом индивидами.…”

“…Так, установлен более низкий уровень miR-638 у лиц с хроническим отравлением бензолом, по сравнению как с не контактирующими (контрольная группа), так и с кратковременно контактирующими с данным веществом индивидами. В то же время у тех, кто кратковременно подвергался воздействию бензолом, уровень miR-638 был выше, чем у лиц контрольной группы [13].…”

Cardiovascular and hematopoietic responses to volatile benzene exposure.

“…It has been reported that specific miRNA profiles affecting PTEN expression are altered following benzene exposure (260)(261)(262). While many miRNAs regulate insulin signaling pathways, we only assayed the miRNAs reported to be affected by benzene exposure.…”