Assessment of the performance of the TGx-DDI biomarker to detect DNA damage-inducing agents using quantitative RT-PCR in TK6 cells

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dc.contributor.author

Cho, Eunnara

Buick, Julie K.

Williams, Andrew

Chen, Renxiang

Li, Heng-Hong

Corton, J. Christopher

Fornace Jr., Albert J.

Aubrecht, Jiri

Yauk, Carole L.

dc.date.accessioned

2024-04-11T20:07:27Z

dc.date.available

2024-04-11T20:07:27Z

dc.date.issued

2018-11-29

dc.description - en

Health Canada is responsible for assessing and managing health risks posed by chemicals to the Canadian population. Chemicals that are genotoxic can damage DNA and cause adverse effects such as cancer and inherited genetic diseases. Thus, genotoxicity testing is a critical component of human health risk assessment. Health Canada previously collaborated with members of a Health and Environmental Sciences Institute (HESI) consortium to develop a test method in human cells in culture that measures changes in gene expression as an indicator (biomarker) of a chemical’s potential to cause DNA damage (Li et al and Buick et al, 2015; Yauk et al, 2016; Buick et al and Li et al, 2017). Prior to the present study, this biomarker could only be analyzed using DNA microarrays, a platform that measures the expression of thousands of genes simultaneously. The equipment is costly and not available in most molecular biology laboratories. Thus, the research group tested the biomarker using a more widely accessible gene expression platform to determine whether the ability to predict genotoxicity using the biomarker is reproducible on different technologies. Real Time Quantitative Polymerase Chain Reaction (qPCR) is a platform that is commonly used to measure the expression of user-selected genes and is available in most molecular biology laboratories. The scientists found that the changes in gene expression measured using qPCR also accurately predict whether a chemical is genotoxic or non-genotoxic. These data indicate that the qPCR platform can be used to measure the biomarker for genotoxicity testing. The method will improve the accessibility of the biomarker to laboratories around the world to identify potentially genotoxic agents in human cells in culture for chemical assessments. Health Canada is currently using the biomarker to assess the potential genotoxicity of chemicals with little conventional data under the Chemicals Management Plan.

dc.description.abstract - en

Gene expression biomarkers are now available for application in the identification of genotoxic hazards. The TGx-DDI transcriptomic biomarker can accurately distinguish DNA damage-inducing (DDI) from non-DDI exposures based on changes in the expression of 64 biomarker genes. The 64 genes were previously derived from whole transcriptome DNA microarray profiles of 28 reference agents (14 DDI and 14 non-DDI) after 4 h treatments of TK6 human lymphoblastoid cells. To broaden the applicability of TGx-DDI, we tested the biomarker using quantitative RT-PCR (qPCR), which is accessible to most molecular biology laboratories. First, we selectively profiled the expression of the 64 biomarker genes using TaqMan qPCR assays in 96-well arrays after exposing TK6 cells to the 28 reference agents for 4 h. To evaluate the classification capability of the qPCR profiles, we used the reference qPCR signature to classify 24 external validation chemicals using two different methods-a combination of three statistical analyses and an alternative, the Running Fisher test. The qPCR results for the reference set were comparable to the original microarray biomarker; 27 of the 28 reference agents (96%) were accurately classified. Moreover, the two classification approaches supported the conservation of TGx-DDI classification capability using qPCR; the combination of the two approaches accurately classified 21 of the 24 external validation chemicals, demonstrating 100% sensitivity, 81% specificity, and 91% balanced accuracy. This study demonstrates that qPCR can be used when applying the TGx-DDI biomarker and will improve the accessibility of TGx-DDI for genotoxicity screening.

dc.description.abstract-fosrctranslation - fr

Des biomarqueurs d'expression génique sont désormais disponibles pour être utilisés dans l'identification des risques génotoxiques. Le biomarqueur transcriptomique TGx-DDI peut distinguer avec précision les expositions induisant des dommages à l'ADN (DDI) des expositions non-DDI en fonction des changements dans l'expression de 64 gènes de biomarqueurs. Les 64 gènes étaient préalablement dérivés de profils de puces à ADN du transcriptome entier de 28 agents de référence (14 DDI et 14 non-DDI) après 4 h de traitement de cellules lymphoblastoïdes humaines TK6. Pour élargir l'applicabilité du TGx-DDI, nous avons testé le biomarqueur à l'aide de la RT-PCR quantitative (qPCR), accessible à la plupart des laboratoires de biologie moléculaire. Tout d’abord, nous avons profilé sélectivement l’expression des 64 gènes biomarqueurs à l’aide des tests TaqMan qPCR dans des matrices de 96 puits après avoir exposé les cellules TK6 aux 28 agents de référence pendant 4 h. Pour évaluer la capacité de classification des profils qPCR, nous avons utilisé la signature qPCR de référence pour classer 24 produits chimiques de validation externe en utilisant deux méthodes différentes : une combinaison de trois analyses statistiques et une alternative, le test Running Fisher. Les résultats de la qPCR pour l’ensemble de référence étaient comparables à ceux du biomarqueur original de la puce à ADN ; 27 des 28 agents de référence (96 %) ont été correctement classés. De plus, les deux approches de classification ont soutenu la conservation de la capacité de classification TGx-DDI à l'aide de la qPCR ; la combinaison des deux approches a classé avec précision 21 des 24 produits chimiques de validation externe, démontrant une sensibilité de 100 %, une spécificité de 81 % et une précision équilibrée de 91 %. Cette étude démontre que la qPCR peut être utilisée lors de l'application du biomarqueur TGx-DDI et améliorera l'accessibilité du TGx-DDI pour le dépistage de la génotoxicité.

dc.description.fosrctranslation - fr

Santé Canada est responsable de l'évaluation et de la gestion des risques pour la santé que posent les produits chimiques à la population canadienne. Les produits chimiques génotoxiques peuvent endommager l’ADN et provoquer des effets indésirables tels que le cancer et les maladies génétiques héréditaires. Les tests de génotoxicité constituent donc un élément essentiel de l’évaluation des risques pour la santé humaine. Santé Canada a déjà collaboré avec des membres d'un consortium de l'Institut des sciences de la santé et de l'environnement (HESI) pour développer une méthode d'essai sur des cellules humaines en culture qui mesure les changements dans l'expression des gènes comme indicateur (biomarqueur) du potentiel d'un produit chimique à causer des dommages à l'ADN (Li et al et Buick et al, 2015 ; Yauk et al, 2016 ; Buick et al et Li et al, 2017). Avant la présente étude, ce biomarqueur ne pouvait être analysé qu’à l’aide de puces à ADN, une plateforme qui mesure simultanément l’expression de milliers de gènes. L'équipement est coûteux et n'est pas disponible dans la plupart des laboratoires de biologie moléculaire. Ainsi, le groupe de recherche a testé le biomarqueur à l’aide d’une plateforme d’expression génique plus largement accessible pour déterminer si la capacité de prédire la génotoxicité à l’aide du biomarqueur est reproductible sur différentes technologies. La réaction en chaîne par polymérase quantitative en temps réel (qPCR) est une plateforme couramment utilisée pour mesurer l'expression de gènes sélectionnés par l'utilisateur et disponible dans la plupart des laboratoires de biologie moléculaire. Les scientifiques ont découvert que les changements dans l’expression des gènes mesurés par qPCR prédisent également avec précision si un produit chimique est génotoxique ou non génotoxique. Ces données indiquent que la plateforme qPCR peut être utilisée pour mesurer le biomarqueur pour les tests de génotoxicité. La méthode améliorera l'accessibilité du biomarqueur aux laboratoires du monde entier pour identifier les agents potentiellement génotoxiques dans les cellules humaines en culture à des fins d'évaluations chimiques. Santé Canada utilise actuellement le biomarqueur pour évaluer la génotoxicité potentielle des produits chimiques avec peu de données conventionnelles dans le cadre du Plan de gestion des produits chimiques.

dc.identifier.doi

https://doi.org/10.1002/em.22257

dc.identifier.uri

https://open-science.canada.ca/handle/123456789/2302

dc.language.iso

en

dc.publisher

Wiley

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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Assessment of the performance of the TGx-DDI biomarker to detect DNA damage-inducing agents using quantitative RT-PCR in TK6 cells

dc.type - en

Article

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