Abstract Microplastics (MPs) are a significant environmental health issue and increasingly greater source of concern. MPs have been detected in oceans, rivers, sediments, sewages, soil and even table salts. MPs exposure on marine organisms and humans has been documented, but information about the toxicity of MPs in mammal is limited. Here we used fluorescent and pristine polystyrene microplastics (PS-MPs) particles with two diameters (5 μm and 20 μm) to investigate the tissue distribution, accumulation, and tissue-specific health risk of MPs in mice. Results indicated that MPs accumulated in liver, kidney and gut, with a tissue-accumulation kinetics and distribution pattern that was strongly depended on the MPs particle size. In addition, analyses of multiple biochemical biomarkers and metabolomic profiles suggested that MPs exposure induced disturbance of energy and lipid metabolism as well as oxidative stress. Interestingly, blood biomarkers of neurotoxicity were also altered. Our results uncovered the distribution and accumulation of MPs across mice tissues and revealed significant alteration in several biomarkers that indicate potential toxicity from MPs exposure. Collectively, our data provided new evidence for the adverse consequences of MPs.

Microplastics (MPs) can be ingested by a variety of species and mainly accumulate in the gut. However, the consequences of MPs exposure in the gut are largely unknown. Here we evaluated the impacts of MPs exposure in zebrafish gut. Animals were experimentally exposed to polystyrene MPs (5-μm beads; 50 μg/L and 500 μg/L) for 21 days and monitored for alterations in tissue histology, enzymatic biomarkers, gut microbiome and metabolomic responses. Inflammation and oxidative stress were observed in the zebrafish gut after exposed to MPs. Furthermore, significant alterations in the gut microbiome and tissue metabolic profiles were observed, with most of these were associated with oxidative stress, inflammation and lipid metabolism. This study provides evidence that MPs exposure causes gut damage as well as alterations in gut metabolome and microbiome, yielding novel insights into the consequences of MPs exposure.

Identifying the properties of gene networks that influence their evolution is a fundamental research goal. However, modes of evolution cannot be inferred solely from the distribution of natural variation, because selection interacts with demography and mutation rates to shape polymorphism and divergence. We estimated the effects of naturally occurring mutations on gene expression while minimizing the effect of natural selection. We demonstrate that sensitivity of gene expression to mutations increases with both increasing trans-mutational target size and the presence of a TATA box. Genes with greater sensitivity to mutations are also more sensitive to systematic environmental perturbations and stochastic noise. These results provide a mechanistic basis for gene expression evolvability that can serve as a foundation for realistic models of regulatory evolution.

Increasing evidence shows that microplastics (MPs) have the potential to act as carriers and transport contaminants into organisms, as well as induce serious health risks. Here we endeavored to address for the first time whether MPs could transport and release phthalate esters (PAEs) into mouse gut and the consequential toxic effects. As a result, MPs could adsorb PAEs, transport PAEs into the gut and cause intestinal accumulation. The accumulation of PAE in the gut followed the order of DEHP > DBP > DEP > DMP, which was the same order for the adsorption of PAEs on MPs. After exposed to DEHP-contaminated MPs for 30 days, significantly increased intestinal permeability and enhanced intestinal inflammation were induced compared with individual MPs and DEHP according to biochemical and histological analysis. Transcriptomic analysis found that 703 genes were differentially regulated and these genes are involved in oxidative stress, immune response, lipid metabolism, and hormone metabolism. Moreover, gut microbiota analysis found that the combined exposure of MPs and DEHP also caused alterations in gut microbiota composition, especially some energy metabolism and immune function related bacteria were significantly changed in the relative abundance. The aggravated effects on intestinal inflammation and metabolic disorders caused by DEHP-contaminated MPs may attribute to increased DEHP accumulation, changed exposure pathway, and shared toxic mechanisms. Our results provide valuable information for the health risk of MPs and plastic additives.

Abstract The multicopy 45S ribosomal DNA (45S rDNA) array gives origin to the nucleolus, the first discovered nuclear organelle, site of Poll I 45S rRNA transcription and key regulator of cellular metabolism, DNA repair response, genome stability, and global epigenetic states. The multicopy 5S ribosomal DNA array (5S rDNA) is located on a separate chromosome, encodes the 5S rRNA transcribed by Pol III, and exhibits concerted copy number variation (cCNV) with the 45S rDNA array in human blood. Here we combined genomic data from >700 tumors and normal tissues to provide a portrait of ribosomal DNA variation in human tissues and cancers of diverse mutational signatures. We show that most cancers undergo coupled 5S rDNA array amplification and 45S rDNA loss, with abundant inter-individual variation in rDNA copy number of both arrays, and concerted modulation of 5S-45S copy number in some but not all tissues. Analysis of genetic context revealed associations between the presence of specific somatic alterations, such as P53 mutations in stomach and lung adenocarcinomas, and coupled 5S gain / 45S loss. Finally, we show that increased proliferation rates along cancer lineages can partially explain contrasting copy number changes in the 5S and 45S rDNA arrays. We suggest that 5S rDNA amplification facilitates increased ribosomal synthesis in cancer, whereas 45S rDNA loss emerges as a byproduct of transcription-replication conflict in highly proliferating tumor cells. Our results highlight the tissue- specificity of concerted copy number variation and uncover contrasting changes in 5S and 45S rDNA copy number along rapidly proliferating cell lineages. Lay Summary The 45S and 5S ribosomal DNA (rDNA) arrays contain hundreds of rDNA copies, with substantial variability across individuals and species. Although physically unlinked, both arrays exhibit concerted copy number variation. However, whether concerted copy number is universally observed across all tissues is unknown. It also remains unknown if rDNA copy number may vary in tissues and cancer lineages. Here we showed that most cancers undergo coupled 5S rDNA array amplification and 45S rDNA loss, and concerted 5S-45S copy number variation in some but not all tissues. The coupled 5S amplification and 45S loss is associated with the presence of certain somatic genetic variations, as well as increased cancerous cell proliferation rate. Our research highlights the tissue- specificity of concerted copy number variation and uncover contrasting changes in rDNA copy number along rapidly proliferating cell lineages. Our observations raise the prospects of using 5S and 45S ribosomal DNA states as indicators of cancer status and targets in new strategies for cancer therapy.

IMPORTANCE: Ocular complications in infants with Congenital Zika Syndrome (CZS) have been reported. However, the molecular mechanisms underlying of eye dysfunctions are presently unknown. OBJECTIVE: A method (termed Cellular Imprinting Proteomics, CImP) for the identification and quantification of the ocular surface proteome using a minimally invasive membrane filter device is described. Moreover, The CImP method was applied to profile the molecular alterations in the eyes of infants exposed to Zika virus (ZIKV) infection during gestation. DESIGN, SETTINGS AND PARTICIMPANTS: The CImP method was applied to a cohort divided into three conditions: 1) Ctrl (infants with no infectious diseases, n=5). 2) Zikv (infants exposed to ZIKV gestation, with no microcephaly, n=5). 3) ZikvCZS (infants exposed to ZIKV, with microcephaly, n=3). All conditions were age and sex-matched. An improved impression cytology method was used to capture the outermost ocular surface cells. The number of impression cytology membrane collected was: Ctrl (12), Zikv (14) and ZikvCZS (8). Proteins were extracted and analysed using mass spectrometry-based proteomics technology followed by statistical analysis. Parallel reaction monitoring was performed to validate the expression of specific protein markers. RESULTS: Using the CImP method, 2209 proteins were identified on the membrane-captured conjunctiva epithelial cells. Modulation of neutrophil degranulation, cell death, ocular and neurodevelopment pathways are reported in infants with CZS compared to matched controls. Moreover, the molecular pattern of ocular surface cells retrieved from infants infected during the gestation but with no CZS was different from matched controls. CONCLUSIONS AND PERSPECTIVES: Molecular alterations in the ocular cell surface associated to ZIKV infection with and without CZS complications are reported for the first time. We predict that this method will be introduced successfully in the study of several neurological diseases with the aim to identify novel diagnostic and therapeutic biomarkers.

IMPORTANCE: Noninvasive techniques for obtaining ocular surface cells (neuroepithelial) from babies with Congenital Zika Syndrome CZS - resulting from infection by zika virus (ZIKV) during gestational period (malformations include ocular abnormalities and microcephaly) - remain to be determined. OBJECTIVES: The aim of this study was to describe an optimized impression cytology method for the isolation of viable cells from babies with CZS in satisfactory amounts and quality to enable the application in the context of genome approaches well as morphological and molecular evaluations. DESIGN, SETTINGS AND PARTICIPANTS: In this observational study, ocular surface samples were obtained with a hydrophilic nitrocellulose membrane (through optimized impression cytology method) from twelve babies referred to the Pediatric Service of the Antonio Pedro Hospital, Universidade Federal Fluminense (UFF), Niteroi, Rio de Janeiro, Brazil. Samples were collected with an authorized informed consent from both eyes of eight ZIKV infected babies according to the CZS diagnostic criteria (4 babies with positive PCR for Zika virus in gestation and presence of clinical signs which included ocular abnormalities and microcephaly and 4 babies with positive PCR for Zika virus during gestation but no clinical signs identified) and four unaffected babies (control samples / negative PCR, without clinical signs). Cells were used for microscopy analyses, transcriptomic and proteomic experiments and molecular procedure. MAIN OUTCOMES AND MEASURES: The microscopic features of the conjunctival epithelial cells were described by both direct analysis of the membrane-attached cells and analysis of cytospinned captured cells using several staining procedures, including viability evaluation. In parallel, molecular approaches were performed. RESULTS: On impression cytology, a considerable amount of viable cells were captured. Epithelial basal, polyhedral and goblet cells were clearly identified in all groups. All cases of ZIKV infected babies showed clear morphological alterations (cell keratinization, piknosis, karyolysis, anucleation and vacuolization). Genomic DNA and RNA were successfully isolated from all samples and allowed the establishment of transcriptomic and proteomic studies. Transcriptome analysis showed 8582 transcripts quantified in all samples and 63 differentially expressed genes in ocular cells from the exposed babies. Proteomics analysis allowed the identification of 2080, 2085 and 2086 high confident and unique proteins with at least one unique peptide in the unaffected, exposed to ZIKV and asymptomatic and CZS babies, respectively, being 2062 in common. Multivariate supervised analysis using the total quantitative protein features revealed a clear discrimination between the groups. CONCLUSIONS AND RELEVANCE: Our method proved to be a suitable, fast, and non-invasive tool for detailed and precise morphological analyses with a perspective of application in OMIC studies for clinical and research studies of CZS.

Rural workers are disproportionally exposed to pesticides and might be at an increased risk of developing chronic diseases. Here, we investigated the impact of pesticide exposure on breast cancer (BC) risk and disease profile in rural female workers. This is a case-control study that prospectively included 758 individuals. The study was conducted in the Southwest region of Paraná state in Brazil, a region characterized by family-based agriculture and intensive use of pesticides. We found that this region has a 41% higher BC diagnosis rate and 14% higher BC mortality rate than the mean rates in Brazil, as well as a pesticide trade volume about 6 times higher than the national average. We showed substantial exposure in this population and found that even women who did not work in the fields but performed equipment decontamination and clothes washing of male partners who worked in the fields had urine samples positive for glyphosate, atrazine, and/or 2,4-D. The crude association showed a significantly higher risk of BC among women exposed to pesticides (OR: 1.58, 95% CI 1.18–2.13). Adjusted analyses showed a lower and nonstatistically significant association (OR: 1.30, 95% CI 41 0.87–1.95). Stratification on disease profile showed a significantly higher risk of lymph node metastasis (adjusted OR: 2.19, 95% CI 1.31–3.72) in women exposed to pesticides. Our findings suggest that female populations exposed to pesticides are at a higher risk of developing BC with a more aggressive profile and draw attention to the need to monitor rural populations potentially exposed to pesticides in the field or at home.