Identification of p53 Activators in a Human Microarray Compendium

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dc.contributor.author

Corton, Christopher J.

Witt, Kristine L.

Yauk, Carole L.

dc.date.accessioned

2024-03-15T20:54:10Z

dc.date.available

2024-03-15T20:54:10Z

dc.date.issued

2019-08-09

dc.description - en

Health Canada (HC) is responsible for assessing and managing chemicals that may pose a potential health risk to the Canadian population. Chemicals that are genotoxic damage DNA and long-term exposure can cause adverse effects such as cancer and inherited genetic diseases. Thus, genotoxicity testing is a critical component of chemical assessment. HC previously collaborated with members of the Health and Environmental Sciences Institute to develop a test method in human cells in culture that measures changes in gene expression as an indicator of a chemical’s potential to cause DNA damage. The resulting ‘gene expression biomarker’ that was produced in this study has now been extensively validated and applied in a variety of case studies. The current study is part II of a HC collaboration with the US Environmental Protection Agency to explore the application of an alternative computational analysis approach (called the Running Fisher statistical test) to readily screen databases of gene expression changes using the biomarker to assess the potential for chemicals to cause genotoxicity. In this study, the Running Fisher test on the biomarker was evaluated to identify potentially genotoxic agents in a commercial repository of gene expression data. Using the biomarker, ~1950 chemicals in ~9800 human cell line chemical vs. control comparisons were screened, and ~100 chemicals were found as positive for the biomarker. Assessment of these positives supported that the biomarker provides a powerful tool to screen gene expression datasets to identify genotoxic agents in specific cell types and identified unknown potential chemical mutagens. HC is now using this method to assess the potential genotoxicity of chemicals with little conventional data on the Chemicals Management Plan and in other case studies, to determine the best way to use the method to increase the efficiency and accuracy of genotoxicity assessment.

dc.description.abstract - en

Biomarkers predictive of molecular and toxicological effects are needed to interpret emerging high-throughput transcriptomic data streams. The previously characterized 63 gene TGx-DDI biomarker that includes 20 genes known to be regulated by p53 was previously shown to accurately predict DNA damage in chemically treated cells. We comprehensively evaluated whether the molecular basis of the DDI predictions was based on a p53-dependent response. The biomarker was compared to microarray data in a compendium derived from human cells using the Running Fisher test, a nonparametric correlation test. Using the biomarker, we identified conditions that led to p53 activation, including exposure to the chemical nutlin-3 which disrupts interactions between p53 and the negative regulator MDM2 or by knockdown of MDM2. The expression of most of the genes in the biomarker (75%) were found to depend on p53 activation status based on gene behavior after TP53 overexpression or knockdown. The biomarker identified DDI chemicals that were strong inducers of p53 in wild-type cells; these p53 responses were decreased or abolished in cells after p53 knockdown by siRNAs. Using the biomarker, we screened ∼1950 chemicals in ∼9800 human cell line chemical vs control comparisons and identified ∼100 chemicals that caused p53 activation. Among the positive chemicals were many that are known to activate p53 through direct and indirect DNA damaging mechanisms. These results contribute to the evidence that the TGx-DDI biomarker is useful for identifying chemicals that cause DDI and activate p53.

dc.description.abstract-fosrctranslation - fr

Des biomarqueurs prédictifs des effets moléculaires et toxicologiques sont nécessaires pour interpréter les nouveaux flux de données transcriptomiques à haut débit. Il a déjà été démontré que le biomarqueur TGx-DDI de 63 gènes précédemment caractérisé, qui comprend 20 gènes connus pour être régulés par p53, prédit avec précision les dommages à l'ADN dans les cellules traitées chimiquement. Nous avons évalué de manière exhaustive si la base moléculaire des prédictions du DDI était basée sur une réponse dépendante de p53. Le biomarqueur a été comparé aux données de micropuces dans un recueil dérivé de cellules humaines à l'aide du test Running Fisher, un test de corrélation non paramétrique. À l’aide du biomarqueur, nous avons identifié les conditions ayant conduit à l’activation de p53, notamment l’exposition au produit chimique nutlin-3 qui perturbe les interactions entre p53 et le régulateur négatif MDM2 ou par l’inactivation de MDM2. Il a été constaté que l'expression de la plupart des gènes du biomarqueur (75 %) dépendait du statut d'activation de p53 en fonction du comportement des gènes après la surexpression ou l'inactivation de TP53. Le biomarqueur a identifié les produits chimiques DDI qui étaient de puissants inducteurs de p53 dans les cellules de type sauvage ; ces réponses p53 ont été diminuées ou abolies dans les cellules après l'inactivation de p53 par les siARN. À l’aide du biomarqueur, nous avons examiné environ 1 950 produits chimiques dans environ 9 800 comparaisons entre produits chimiques et témoins de lignées cellulaires humaines et identifié environ 100 produits chimiques qui ont provoqué l’activation de p53. Parmi les produits chimiques positifs, bon nombre d’entre eux sont connus pour activer p53 par le biais de mécanismes endommageant directement et indirectement l’ADN. Ces résultats contribuent à la preuve que le biomarqueur TGx-DDI est utile pour identifier les produits chimiques qui provoquent le DDI et activent p53.

dc.description.fosrctranslation - fr

Santé Canada (SC) est responsable de l'évaluation et de la gestion des produits chimiques qui peuvent présenter un risque potentiel pour la santé de la population canadienne. Les produits chimiques génotoxiques endommagent l’ADN et une exposition à long terme peut provoquer des effets néfastes tels que le cancer et des maladies génétiques héréditaires. Ainsi, les tests de génotoxicité constituent un élément essentiel de l’évaluation chimique. SC a déjà collaboré avec des membres de l’Institut des sciences de la santé et de l’environnement pour développer une méthode d’essai sur des cellules humaines en culture qui mesure les changements dans l’expression des gènes comme indicateur du potentiel d’un produit chimique à causer des dommages à l’ADN. Le « biomarqueur d’expression génique » produit dans cette étude a maintenant été largement validé et appliqué dans diverses études de cas. La présente étude constitue la deuxième partie d'une collaboration de SC avec l'Environmental Protection Agency des États-Unis visant à explorer l'application d'une approche alternative d'analyse informatique (appelée test statistique Running Fisher) pour examiner facilement les bases de données de changements d'expression génique à l'aide du biomarqueur afin d'évaluer le potentiel de produits chimiques susceptibles de provoquer une génotoxicité. Dans cette étude, le test Running Fisher sur le biomarqueur a été évalué pour identifier des agents potentiellement génotoxiques dans un référentiel commercial de données sur l'expression génique. À l’aide du biomarqueur, environ 1 950 produits chimiques dans environ 9 800 lignées cellulaires humaines ont été analysés par rapport aux comparaisons témoins, et environ 100 produits chimiques se sont révélés positifs pour le biomarqueur. L'évaluation de ces résultats positifs a confirmé que le biomarqueur fournit un outil puissant pour cribler des ensembles de données sur l'expression génique afin d'identifier les agents génotoxiques dans des types de cellules spécifiques et d'identifier des mutagènes chimiques potentiels inconnus. SC utilise maintenant cette méthode pour évaluer la génotoxicité potentielle des produits chimiques avec peu de données conventionnelles sur le Plan de gestion des produits chimiques et dans d'autres études de cas, afin de déterminer la meilleure façon d'utiliser la méthode pour accroître l'efficacité et l'exactitude de l'évaluation de la génotoxicité.

dc.identifier.doi

https://doi.org/10.1021/acs.chemrestox.9b00052

dc.identifier.uri

https://open-science.canada.ca/handle/123456789/2151

dc.language.iso

en

dc.publisher

American Chemical Society

dc.subject - en

Health

Health and safety

dc.subject - fr

Santé

Santé et sécurité

dc.subject.en - en

Health

Health and safety

dc.subject.fr - fr

Santé

Santé et sécurité

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Identification of p53 Activators in a Human Microarray Compendium

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Article

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