Profound downregulation of neural transcription factor Npas4 and Nr4a family in fetal mice neurons infected with Zika virus
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Profunda redução da expressão do fator de transcrição neural Npas4 e da família Nr4a em neurônios de camundongos fetais infectados com o vírus Zika
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Resumo
A infecção pelo vírus Zika (ZIKV) em neurônios leva a complicações neurológicas e malformações congênitas no cérebro de neonatos. Até o momento, o mecanismo de infecção e a patogênese do ZIKV não são totalmente compreendidos, e diferentes estudos sobre a regulação gênica em células infectadas pelo ZIKV identificaram uma desregulação das vias inflamatórias e de manutenção de células-tronco. Os microRNAs (miRNAs) são reguladores pós-transcricionais de genes celulares e contribuem para o desenvolvimento celular em funções normais e patológicas. Relatórios anteriores com análises integrativas de RNAs mensageiros (mRNAs) e miRNAs durante a infecção pelo ZIKV não identificaram defeitos nas vias neurológicas. Nossa hipótese é que a desregulação das vias envolvidas em funções neurológicas será identificada pelo perfil de RNA de neurônios fetais infectados pelo ZIKV. Portanto, utilizamos microarrays para analisar os níveis de expressão gênica após a infecção por ZIKV em neurônios fetais murinos. Observamos que os níveis de expressão de fatores de transcrição, como a proteína 4 do domínio PAS neural (Npas4) e de três membros do receptor nuclear órfão 4 (Nr4a), diminuíram drasticamente após a infecção viral. Confirmamos que essa redução ocorreu tanto em nível de mRNA quanto em nível proteico. A desregulação desses fatores de transcrição já foi associada a funções neurais e desenvolvimento aberrantes. Em seguida, examinamos o perfil de expressão de miRNAs em neurônios murinos primários infectados por meio de microarrays e descobrimos que vários miRNAs apresentaram expressão desregulada após a infecção pelo ZIKV. Uma análise integrativa dos miRNAs e mRNAs com expressão diferencial indicou que o miR-7013-5p tem como alvo o gene Nr4a3. Utilizando miRmimics, corroboramos que o miR-7013-5p regula negativamente os níveis de mRNA e proteína do Nr4a3. Nossos dados identificam uma profunda desregulação de fatores de transcrição neural com superexpressão de miR-7013-5p, que resulta na diminuição da expressão de Nr4a3, provavelmente um dos principais contribuintes para a disfunção neuronal induzida pelo ZIKV.
Abstract
Zika virus (ZIKV) infection of neurons leads to neurological complications and congenital malformations of the brain of neonates. To date, ZIKV mechanism of infection and pathogenesis is not entirely understood and different studies on gene regulation of ZIKV-infected cells have identified a dysregulation of inflammatory and stem cell maintenance pathways. MicroRNAs (miRNAs) are post-transcriptional regulators of cellular genes and they contribute to cell development in normal function and disease. Previous reports with integrative analyses of messenger RNAs (mRNAs) and miRNAs during ZIKV infection have not identified neurological pathway defects. We hypothesized that dysregulation of pathways involved in neurological functions will be identified by RNA profiling of ZIKV-infected fetal neurons. We therefore used microarrays to analyze gene expression levels following ZIKV infection of fetal murine neurons. We observed that the expression levels of transcription factors such as neural PAS domain protein 4 (Npas4) and of three members of the orphan nuclear receptor 4 (Nr4a) were severely decreased after viral infection. We confirmed that their downregulation was at both the mRNA level and at the protein level. The dysregulation of these transcription factors has been previously linked to aberrant neural functions and development. We next examined the miRNA expression profile in infected primary murine neurons by microarray and found that various miRNAs were dysregulated upon ZIKV infection. An integrative analysis of the differentially expressed miRNAs and mRNAs indicated that miR-7013-5p targets Nr4a3 gene. Using miRmimics, we corroborated that miR-7013-5p downregulates Nr4a3 mRNA and protein levels. Our data identify a profound dysregulation of neural transcription factors with an overexpression of miR-7013-5p that results in decreased Nr4a3 expression, likely a main contributor to ZIKV-induced neuronal dysfunction.
Assunto
Zika virus, Infecção por zika virus, Neurônios, Regulação da expressão gênica, MicroRNAs, Doenças neuroinflamatórias
Palavras-chave
MicroRNAs, Neurons, Zika virus, Messenger RNA, Microarrays, Transcription factors, Gene expression, Neuronal death
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https://journals.plos.org/plosntds/article?id=10.1371/journal.pntd.0009425