Modulação diferencial da expressão gênica em camundongos infectados com duas cepas de Trypanosoma cruzi: uma análise transcriptômica
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Glória R. Franco
Andrea M. Macedo
Marcelo T. Bozza
Pedro A. F. Galante
Mariana T. Q. de Magalhães
João L. R. Cunha
Andrea M. Macedo
Marcelo T. Bozza
Pedro A. F. Galante
Mariana T. Q. de Magalhães
João L. R. Cunha
Resumo
O protozoário Trypanosoma cruzi, da classe Kinetoplastida, é o parasita causador dadoença de Chagas em seres humanos. Há décadas médicos e cientistas têm estudadoo mal de Chagas e buscado encontrar tratamentos para a doença, confrontando-se comproblemas na criação de estratégias terapêuticas eficientes, que advêm, dentre outrascausas, da distribuição tecidual variável dos parasitos em diferentes pacientes durante oestágio crônico, os quais podem afetar o coração ou órgãos do sistema digestivo, comoo esôfago e o cólon. Pesquisas realizadas no Laboratório de Genética e Bioquímica daUFMG indicaram que características genéticas do hospedeiro e do T. cruzi estariamdeterminando os tropismos teciduais observados. No entanto, até o momento, não sãoconhecidas as bases moleculares desse tropismo diferencial, tendo o presente trabalhoo objetivo de ampliar a compreensão do mecanismo de estabelecimento diferencial deduas cepas distintas de T. cruzi, as cepas Col1.7G2 (T. cruzi I) e JG (T. cruzi II), nocoração e intestino (reto) de camundongos BALB/c na fase aguda da doença. O estudodo transcriptoma em alta profundidade (RNASeq) foi utilizado a fim de avaliar asdiferenças de expressão gênica causadas pela infecção com as duas cepas de T. cruzie com a mistura de ambas. Para realização deste estudo, os camundongos foraminoculados com PBS estéril (Controle), Col1.7G2, JG, ou uma mistura de ambas. Osanimais foram sacrificados no 15º dia pós-infecção, e os corações e um segmento do retoforam extraídos e preservados em nitrogênio líquido. Posteriormente, o RNA total foiextraído e submetido a sequenciamento de nova geração na plataforma Illumina-Hiseq2000/2500. As sequencias geradas foram avaliadas segundo sua qualidade e em seguidaa abundância de transcritos foi medida pela técnica de pseudoalinhamento com oprograma Kallisto e usando o transcriptoma do camundongo. Finalmente, o pacoteestatístico Sleuth foi usado para determinar os genes diferencialmente expressos entreos grupos infectados e os controles. As categorias de ontologia gênica, como processosbiológicos, foram avaliadas utilizando o pacote TopGO implementado em R. Os dadosobtidos mostram que as cepas de T. cruzi induzem no hospedeiro perfis de expressãogênica distintos. Na análise de componentes principais, as amostras de corações decamundongos controle e infectados com Col1.7G2 e JG formaram grupos separados. Jáos camundongos infectados com a mistura foram agrupados juntamente com JG eCol1.7G2. Camundongos infectados com Col1.7G2, exibiram grande quantidade degenes superexpressos relacionados à resposta imune do hospedeiro (incluindo vias dosistema imune inato e adaptativo), resposta inflamatória e a patógenos (vírus, bactériase protozoários). Por outro lado, o grupo infectado com JG mostrou, além de umaquantidade menor de genes de categorias inflamatórias, a subexpressão de uma grandequantidade de genes das proteínas ribossomais (subunidade grande e pequena doribossomo) e de proteínas que atuam na mitocôndria como enzimas do ciclo do ácidocítrico e da cadeia transportadora de elétrons. Por sua vez, os camundongos infectadoscom a mistura das cepas exibiram ambos os perfis de expressão gênica. Emcontrapartida, o reto desses animais não apresentou grandes alterações de expressãogênica global entre as diferentes cepas no período de infecção estudado. Em conjunto,os dados obtidos permitem compreender melhor a complexa interação parasitohospedeirono contexto da doença de Chagas experimental e o efeito que diferentescepas de T. cruzi podem causar na expressão gênica do hospedeiro.
Abstract
The protozoan Trypanosoma cruzi, from the Kinetoplastida class, is the causative agentof the Chagas disease in humans. For decades, physicians and scientists have beenstudying the mal de Chagas and searching for disease treatments, while also dealing withthe creation of efficient therapeutic strategies that deal with the variable tissue distributionof parasites in different patients during the chronic stage, which can affect the heart andother organs of the digestive system, such as the esophagus and colon. Researchperformed at the Laboratório de Genética e Bioquímica (LGB) of UFMG, indicated thatgenetic characteristics of the host and of the T. cruzi parasites were important to definethe tissue tropism observed. However, until the present moment, there was still a lack ofunderstanding of the molecular basis of this differential tissue tropism. Thus, the goal ofthe present work is to expand the knowledge of this mechanism of differential distributionby distinct T. cruzi strains, Col1.7G2 (T. cruzi I) and JG (T. cruzi II) strains, in the heartsand intestines (rectums) of BALB/c mice in the acute phase of the disease. Highthroughput RNA sequencing (RNA-Seq) was used to evaluate the expression differencescaused by the infection with two strains of T. cruzi. To perform this study, mice wereinoculated with sterile PBS (Control), Col1.7G2, JG or a mixture of both. The animals weresacrificed on the 15th day post-infection and the hearts and a segment of the rectum wereremoved and preserved inside liquid nitrogen. Next, the RNA was extracted and submittedto sequencing by the Illumina-Hiseq 2000 platform. The generated reads were evaluatedby their quality and later the transcript abundance was measured by a pseudoalignmenttechnique with the software Kallisto using the mouse transcriptome (Gencode releaseM21). Finally, the statistical package Sleuth was used to determine the differentiallyexpressed genes among the experimental groups and the non-infected controls. The geneontology categories, biological processes, were evaluated by the package TopGO,implemented in R. The obtained data showed that the T. cruzi strains induce distinctexpression profiles. In the principal component analysis, heart of control and infected miceformed separated groups. The mice infected with a mixture were grouped in between JGand Col1.7G2. Interestingly, Col1.7G2-infected mice exhibit a high number of upregulatedgenes related to the immune response of the host (including innate and adaptivepathways), inflammatory response and pathogens (virus, bacteria and protozoans). Onanother hand, JG-infected mice showed not only fewer genes related to the inflammatorypathways, but also a strong downregulation of ribosomal protein genes (large and smallsubunits) and of proteins that have a role inside the mitochondria such as the citric acidcycle and the electron transport chain. Moreover, mice infected with a mixture of Col1.G2and JG strains showed both gene expression profiles. Conversely, the rectum of theseanimals did not show substantial gene expression changes in this period of infection.Taken together, the data obtained allow us to better understand the complex hostpathogeninteraction in the context of the experimental Chagas disease and the effectsthat two T. cruzi strains may have on the host gene expression.
Assunto
Bioinformática, Trypanosoma cruzi, Doença de Chagas, RNA-Seq, Transcriptoma
Palavras-chave
Trypanosoma cruzi, Doença de Chagas, RNA-Seq, Cepas JG e Col1.7G2, Transcriptoma