Transkriptomik Veri Yaklaşımı ile Kutanöz Leyşmanyazisteki Moleküler Sinyal Yolakların ve Regülatör Moleküllerin Tanımlanması

ulusan, özlem; Caner, Ayse

doi:10.5578/mb.20092

Transkriptomik Veri Yaklaşımı ile Kutanöz Leyşmanyazisteki Moleküler Sinyal Yolakların ve Regülatör Moleküllerin Tanımlanması

Özlem ULUSAN BAĞCI, (Ege Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Tıbbi Parazitoloji Anabilim Dalı, İzmir, Türkiye)

Ayşe CANER (Ege Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Tıbbi Parazitoloji Anabilim Dalı, İzmir, Türkiye)

Mikrobiyoloji Bülteni

5 0

Yıl: 2021 Cilt: 55 Sayı: 1 Sayfa Aralığı: 67 - 80 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.5578/mb.20092 İndeks Tarihi: 07-10-2021

Transkriptomik Veri Yaklaşımı ile Kutanöz Leyşmanyazisteki Moleküler Sinyal Yolakların ve Regülatör Moleküllerin Tanımlanması

Öz:

Leyşmanyazis, hücre içi bir parazit olan Leishmania türlerinin etken olduğu bir hastalıktır. Parazitintürlerine ve konakçı immün tepkisine bağlı olarak, hastalıkların üç temel klinik formu; kutanöz, mukokutanözve viseral leyşmanyazis olarak adlandırılmaktadır. Kutanöz leyşmanyazis kronik bir hastalık olup ülserleşmişlezyonların varlığı ile karakterizedir. Hastalık sırasında oluşan cilt patolojisi, kısmen enfekte edenLeishmania türleriyle, aynı zamanda çeşitli klinik sonuçlara neden olan enflamatuvar ve anti-enflamatuvarkonak immün yanıt faktörlerinin kombinasyonu ile belirlenmektedir. Bu çalışmada, Leishmania major veLeishmania braziliensis’e karşı doğal dirençli ve duyarlı olan farelerde hastalığın patogenezi ile bağışıklıkyanıtında rolü olan ve konak-parazit etkileşimlerini belirleyen genleri, moleküler sinyal mekanizmalarınıve moleküllerin biyolojik fonksiyonlarını belirlemek amaçlanmıştır. Bunun için, L.major/L.braziliensis ileenfekte ve sağlıklı farelerden elde edilmiş yirmi dört doku örneğinin ekspresyon profilini içeren GSE56029kodlu transkriptomik veri seti “Gene Expression Omnibus” (GEO) veri tabanından elde edilmiştir. Dahasonra, R betiğinde limma paketi ile diferansiyel olarak eksprese edilmiş genler tanımlanmıştır. AnalizlerdeFDR q< 0.05 ve mutlak log2FC> 2 eşik değer olarak kabul edilmiştir. Ardından diferansiyel olarak ekspreseedilmiş genler için fonksiyonel ve yolak zenginleştirme analizleri “Ingenuity Pathway Analysis” (IPA) ilegerçekleştirilmiştir. Anlamlı derecede farklı seviyede eksprese edilen genlerin her biri için p< 0.01, FDR qdeğeri< 0.01 ve mutlak log2FC> 1 kullanılarak IPA 8.0 yazılım programı ile analiz edilmiştir. Bu analizlerile en yüksek oranda zenginleştirilmiş yolakların enflamasyon, dendritik hücre olgunlaşması ve TREM-1“Triggering Receptor Expressed on Myeloid Cells 1” (TREM-1) sinyal mekanizmaları olduğu ve bağışıklık sisteminin düzenlenmesiyle ilgili diferansiyel olarak eksprese edilmiş genlerin kutanöz leyşmanyazis seyriile yakından ilişkili olduğu belirlenmiştir. Akım-yukarı regülatör analizi ile dokularda biyolojik aktivitelereneden olan gen ekspresyon değişikliklerini açıklayan regülatörün TNF-α, IFNy, IL-1 β, IL-10RA ve “SignalTransducer and Activator of Transcription-1” (STAT-1) olduğu öngörülmüştür. Çalışmada ayrıca, antileishmanialetkiye sahip olabilecek kimyasal bileşikler de tanımlanmıştır. Bu çalışma ile direnç/duyarlılıkfenotipini belirleyen parazit türlerine ve konağa ait mekanizmalar aydınlatılmaya çalışılmıştır. L.major veL.braziliensis ile enfekte olan BALB/c ve C57BL/6 farelerinde farklılık gösteren gen ekspresyon paternleri,sitokin/kemokinler ve sinyal yolaklarının değerlendirilmesi, enfeksiyonun altında yatan potansiyel mekanizmalarıgenetik açıdan daha iyi anlamamızı sağlayacaktır. Bu sonuçların kutanöz leyşmanyazisin tanıve prognoz tahmini için potansiyel biyobelirteçlerin geliştirilmesi ve yeni tedavi hedefleri hakkında bilgisağlaması açısından gelecek çalışmalar için yol gösterici nitelikte olabileceği düşünülmektedir.

Anahtar Kelime:

Defining the Molecular Signal Pathways and Upstream Regulators in Cutaneous Leishmaniasis with Transcriptomic Data Approach

Öz:

Leishmaniasis is a disease caused by the genus Leishmania spp., which are intracellular parasites. Depending on parasite species and host immune response, there are three basic clinical forms of the disease: cutaneous, mucocutaneous, and visceral leishmaniasis. Cutaneous leishmaniasis is a chronic disease and characterized by the presence of ulcerated skin lesions. The type of skin pathology seen during disease is determined in part by the infecting Leishmania spp., but also by a combination of inflammatory and antiinflammatory host immune response factors resulting in diverse clinical outcomes. In this study, it was aimed to determine the genes, molecular signaling mechanisms and biological functions of the molecules that play a role in the pathogenesis of the disease and immune response and determine host-parasite interactions in mice that are naturally resistant and susceptible to Leishmania major and Leishmania braziliensis. For this, transcriptomic series GSE56029 was downloaded from “Gene Expression Omnibus” (GEO) data base, including expression profiling of twenty-four tissue samples that were recovered from both naive mice and mice (BALB/c, C57BL/6) infected with L.major and L.braziliensis. Then, “Differentially Expressed Genes” (DEGs) were identified by limma package in R script. FDR q< 0.05 and absolute log2FC> 2 as threshold values were accepted in the analysis. Subsequently, functional and pathway enrichment analyses were performed for the DEGs by “Ingenuity Pathway Analysis” (IPA). For each of DEGs, p< 0.01, FDR q< 0.01, and absolute log2FC> 1 were used and analyzed with the software program IPA 8.0. Ingenuity Pathway Analysis revealed the most enrichment pathways to be the inflammation, dendritic cell maturation and “Triggering Receptor Expressed on Myeloid Cells 1” (TREM-1) signal mechanisms and that the DEGs related to the regulation of immune system process were closely associated with the progress of cutaneous leishmaniasis. The upstream regulator analysis predicted that TNF-α, IFNy, IL-1 β, IL-10RA and “Signal Transducer and Activator of Transcription-1” (STAT-1) are the regulators that explained gene expression changes causing biological activities in the tissues. Chemical compounds that may have anti-leishmanial effects were also identified in the study. In this study, the mechanisms belonging to the parasite species and host that determine the resistance/susceptibility phenotype were attempted to elucidate. Assessment of gene expression patterns, cytokine/chemokines, and signaling pathways in BALB/c and C57BL/6 mice infected with L.major and L.braziliensis will provide a better understanding of the potential mechanisms underlying infection from a genetic perspective. These results may guide for the future studies in terms of developing potential biomarkers for the diagnosis and prognosis prediction of cutaneous leishmaniasis and providing information about new treatment targets.

Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Bibliyografik

1. de Vries HJ, Reedijk SH, Schallig HD. Cutaneous leishmaniasis: recent developments in diagnosis and management. Am J Clin Dermatol 2015; 16: 99-109.
2. Andrade-Narváez FJ, Vargas-González A, Canto-Lara SB, Damián-Centeno AG. Clinical picture of cutaneous leishmaniases due to Leishmania ( Leishmania) mexicana in the Yucatan peninsula, Mexico. Mem Inst Oswaldo Cruz 2001; 96(2): 163-7.
3. Nahidi S, Gholami E, Taslimi Y, Habibzadeh S, Seyed N, Daverpanah E, et al. The outcome of arginase activity inhibition in BALB/c mice hosting Leishmania tropica. Parasite Immunol 2020; 42: e12691.
4. Miramin-Mohammadi A, Javadi A, Eskandari SE, Mortazavi H, Rostami MN, Khamesipour A. Immune response in cutaneous leishmaniasis patients with healing vs. non-healing lesions. Iran J Microbiol 2020; 12(3): 249-55.
5. Reed SG, Scott P. T-cell and cytokine responses in leishmaniasis. Curr Opin Immunol 1993; 5: 524-31.
6. Bamorovat M, Sharifi I, Aflatoonian MR, Sadeghi B, Shafiian A, Oliaee RT, et al. Host’s immune response in unresponsive and responsive patients with anthroponotic cutaneous leishmaniasis treated by meglumine antimoniate: A case-control study of Th1 and Th2 pathways. Int Immunopharmacol 2019; 69: 321-7.
7. Bogdan C, Gessner A, Sollbach W, Rollinghoff M. Invasion, control and persistence of Leishmania parasites. Curr Opin Immunol 1996; 8: 517-25.
8. DeKrey GK, Lima HC, Titus RG. Analysis of the immune responses of mice to infection with Leishmania braziliensis. Infect Immun 1998; 66: 827-9.
9. Samuelson J, Lerner E, Tesh R, Titus R. A mouse model of Leishmania braziliensis braziliensis infection produced by coinjection with sand fly saliva. J Exp Med 1991; 173: 49-54.
10. Belkaid Y, Piccirillo CA, Mendez S, Shevach EM, Sacks DL. CD4+CD25+ regulatory T cells control Leishmania major persistence and immunity. Nature 2002; 420(6915): 502-7.
11. Guimaraes ET, Santos LA, Ribeiro dos Santos R, Teixeira MM, dos Santos WLC, Soares MBP. Role of interleukin-4 and prostaglandin E2 in Leishmania amazonensis infection of BALB/c mice. Microbes Infect 2006; 8: 1219-26.
12. DeFranco A, Locksley RM, Robertson M. Immunity. The Immune Response in Infectious and Inflammatory Disease. Yale J Biol Med 2007; 80(3): 137.
13. Ritchie ME, Phipson B, Wu D, Hu Y, Law CW, Shi W. Limma powers differential expression analyses for RNAsequencing and microarray studies. Nucleic Acids Res 2015; 43(7): e47.
14. Alvar J, Ve´lez ID, Bern C, Herrero M, Desjeux P, Cano JB, et al. WHO Leishmaniasis Control Team. Leishmaniasis worldwide and global estimates of its incidence. PLoS One 2012; 7: e35671. 15. Sharif O, Knapp S. From expression to signaling: roles of TREM-1 and TREM-2 in innate immunity and bacterial infection. Immunobiology 2008; 213: 701-13. 16. Ulusan Ö, Mert U, Sadıqova A, Öztürk S, Caner A. Identification of gene expression profiles in Leishmania major infection by integrated bioinformatics analyses. Acta Tropica 2020; 208: 105517.
17. Tacchini-Cottier F, Zweifel C, Belkaid Y, Mukankundiye C, Vasei M, Launois P, et al. An immunomodulatory function for neutrophils during the induction of a CD4+ Th2 response in BALB/c mice infected with Leishmania major. J Immunol 2000; 165: 2628-36.
18. von Stebut E, Belkaid Y, Jakob T, Sacks DL, Udey MC. Uptake of Leishmania major amastigotes results in activation and interleukin 12 release from murine skin-derived dendritic cells: implications for the initiation of anti-Leishmania immunity. J Exp Med 1998; 188(8): 1547-52.
19. Docampo R, Moreno SN, Plattner H. Intracellular calcium channels in protozoa. Eur J Pharmacol 2014; 739: 4-18.
20. Tanaka T, Narazaki M, Masuda K, Kishimoto T. Regulation of IL-6 in ımmunity and diseases. regulation of cytokine gene expression in ımmunity and diseases. Adv Exp Med Biol 2016; 79-88.
21. Habib S, El Andaloussi A, Elmasry K, Handoussa A, Azab M, Elsawey A, et al. PDL-1 blockade prevents T cell exhaustion, ınhibits autophagy, and promotes clearance of Leishmania donovani. Infect Immun 2018; 86(6).
22. Bensinger SJ, Bradley MN, Joseph SB, Zelcer N, Janssen EM, Hausneret MA, et al. LXR signaling couples sterol metabolism to proliferation in the acquired immune response. Cell 2008; 134: 97-111.
23. Vedin LL, Lewandowski SA, Parini P, Gustafsson JA, Steffensen KR. The oxysterol receptor LXR inhibits proliferation of human breast cancer cells. Carcinogenesis 2009; 30(4): 575-9.
24. Bruhn KW, Marathe C, Maretti-Mira AC, Nguyen H, Haskell J, Tran TA, et al. LXR deficiency confers ıncreased protection against visceral Leishmania ınfection in mice. PLoS Negl Trop Dis 2010; 4(11): e866.
25. Kautz-Neu K, Kostka SL, Dinges S, Iwakura Y, Udey MC, von Stebut E. IL1 signalling is dispensable for protective immunity in Leishmania-resistant mice. Exp Dermatol 2011; 20: 76-8.
26. Galdino H, Saar Gomes R, dos Santos JC, Pessoni LL, Maldaner AE, Marques SM, et al. Leishmania (Viannia) braziliensis amastigotes induces the expression of TNF-α and IL-10 by human peripheral blood mononuclear cells in vitro in a TLR4-dependent manner. Cytokine 2016; 88: 184-92.
27. Kumari S, Singh S, Saha B, Paliwal PK. Leishmania major MAP kinase 10 is protective against experimental L.major infection. Vaccine 2011; 29: 8783-7.
28. Yang Z, Mosser DM, Zhang X. Activation of the MAPK. ERK, following Leishmania amazonensis infection of macrophages. J Immunol 2006; 178: 1077-85.
29. Ruhland A, Leal N, Kima PE. Leishmania promastigotes activate PI3K/Akt signalling to confer host cell resistance to apoptosis. Cell Microbiol 2007; 9(1): 84-96.
30. Nyamao MR, Zipporah OL, Khayeka WC, Bernard NJ, Rebecca WW. Efficacy of glucocorticoids in controlling Leishmania major infecting Balb/c mice. J Infect Dis Immun 2014; 6(2): 10-8.

APA	ulusan ö, Caner A (2021). Transkriptomik Veri Yaklaşımı ile Kutanöz Leyşmanyazisteki Moleküler Sinyal Yolakların ve Regülatör Moleküllerin Tanımlanması. , 67 - 80. 10.5578/mb.20092
Chicago	ulusan özlem,Caner Ayse Transkriptomik Veri Yaklaşımı ile Kutanöz Leyşmanyazisteki Moleküler Sinyal Yolakların ve Regülatör Moleküllerin Tanımlanması. (2021): 67 - 80. 10.5578/mb.20092
MLA	ulusan özlem,Caner Ayse Transkriptomik Veri Yaklaşımı ile Kutanöz Leyşmanyazisteki Moleküler Sinyal Yolakların ve Regülatör Moleküllerin Tanımlanması. , 2021, ss.67 - 80. 10.5578/mb.20092
AMA	ulusan ö,Caner A Transkriptomik Veri Yaklaşımı ile Kutanöz Leyşmanyazisteki Moleküler Sinyal Yolakların ve Regülatör Moleküllerin Tanımlanması. . 2021; 67 - 80. 10.5578/mb.20092
Vancouver	ulusan ö,Caner A Transkriptomik Veri Yaklaşımı ile Kutanöz Leyşmanyazisteki Moleküler Sinyal Yolakların ve Regülatör Moleküllerin Tanımlanması. . 2021; 67 - 80. 10.5578/mb.20092
IEEE	ulusan ö,Caner A "Transkriptomik Veri Yaklaşımı ile Kutanöz Leyşmanyazisteki Moleküler Sinyal Yolakların ve Regülatör Moleküllerin Tanımlanması." , ss.67 - 80, 2021. 10.5578/mb.20092
ISNAD	ulusan, özlem - Caner, Ayse. "Transkriptomik Veri Yaklaşımı ile Kutanöz Leyşmanyazisteki Moleküler Sinyal Yolakların ve Regülatör Moleküllerin Tanımlanması". (2021), 67-80. https://doi.org/10.5578/mb.20092

APA	ulusan ö, Caner A (2021). Transkriptomik Veri Yaklaşımı ile Kutanöz Leyşmanyazisteki Moleküler Sinyal Yolakların ve Regülatör Moleküllerin Tanımlanması. Mikrobiyoloji Bülteni, 55(1), 67 - 80. 10.5578/mb.20092
Chicago	ulusan özlem,Caner Ayse Transkriptomik Veri Yaklaşımı ile Kutanöz Leyşmanyazisteki Moleküler Sinyal Yolakların ve Regülatör Moleküllerin Tanımlanması. Mikrobiyoloji Bülteni 55, no.1 (2021): 67 - 80. 10.5578/mb.20092
MLA	ulusan özlem,Caner Ayse Transkriptomik Veri Yaklaşımı ile Kutanöz Leyşmanyazisteki Moleküler Sinyal Yolakların ve Regülatör Moleküllerin Tanımlanması. Mikrobiyoloji Bülteni, vol.55, no.1, 2021, ss.67 - 80. 10.5578/mb.20092
AMA	ulusan ö,Caner A Transkriptomik Veri Yaklaşımı ile Kutanöz Leyşmanyazisteki Moleküler Sinyal Yolakların ve Regülatör Moleküllerin Tanımlanması. Mikrobiyoloji Bülteni. 2021; 55(1): 67 - 80. 10.5578/mb.20092
Vancouver	ulusan ö,Caner A Transkriptomik Veri Yaklaşımı ile Kutanöz Leyşmanyazisteki Moleküler Sinyal Yolakların ve Regülatör Moleküllerin Tanımlanması. Mikrobiyoloji Bülteni. 2021; 55(1): 67 - 80. 10.5578/mb.20092
IEEE	ulusan ö,Caner A "Transkriptomik Veri Yaklaşımı ile Kutanöz Leyşmanyazisteki Moleküler Sinyal Yolakların ve Regülatör Moleküllerin Tanımlanması." Mikrobiyoloji Bülteni, 55, ss.67 - 80, 2021. 10.5578/mb.20092
ISNAD	ulusan, özlem - Caner, Ayse. "Transkriptomik Veri Yaklaşımı ile Kutanöz Leyşmanyazisteki Moleküler Sinyal Yolakların ve Regülatör Moleküllerin Tanımlanması". Mikrobiyoloji Bülteni 55/1 (2021), 67-80. https://doi.org/10.5578/mb.20092