Transcriptomics of THP-1 macrophages & Bordetella pertussis Tohama I interplay

Eine Infektion ist ein dynamischer Prozess, der durch das Eindringen und die Vermehrung eines Krankheitserregers in einem Wirt gekennzeichnet ist. RNA seq ist eine effektive Methode zur Quantifizierung des gesamten Spektrums an Transkripten während einer Infektion. Anstatt die interagierenden Organismen physisch zu trennen, erfordert die Analyse ihrer Beziehung nun weniger invasive Versuchsprotokolle. Dies wird durch Dual-RNA-seq erleichtert, bei dem die gesamte RNA des Wirt-Erreger-Systems extrahiert und ihre jeweiligen Transkriptome in silico getrennt werden. Dieser Ansatz ermöglicht die gleichzeitige Profilerstellung der Genexpression in diesen Organismen und die Analyse ihrer direkten Interaktionen während der Infektion. Diese Studie demonstriert die Anwendung von dualem RNA-Seq zur Untersuchung der Prozesse, die bei der Infektion menschlicher THP-1-Makrophagen durch Bordetella pertussis Tohama I (B. pertussis) eine Rolle spielen. Trotz der Verfügbarkeit von Ganzzell- und azellulären Impfstoffen tritt Pertussis immer wieder auf. Das jüngste Wiederauftreten von Pertussis unterstreicht die Notwendigkeit, unser Verständnis der molekularen Mechanismen, die der Pathogenität von B. pertussis zugrunde liegen, zu erweitern. Im Rahmen meiner Doktorarbeit habe ich eine umfassende Analyse von Dual-RNA-Seq-Daten unter Verwendung fortschrittlicher Bioinformatiktechniken durchgeführt, um die biologischen Mechanismen dieses obligat extrazellulären Erregers aufzuklären und die Immunantwort des Wirts auf die Infektion zu charakterisieren. Unsere Forschung ergab: (i) Obwohl es sich um einen extrazellulären Erreger handelt, kann B. pertussis in Makrophagen überleben; (ii) die Genexpression in THP-1-Makrophagen wurde umfassend umgestaltet; (iii) Gene in THP-1, die für Zytokine, Chemokine und Transkriptionsregulatoren kodieren, die an der Initiierung der M1- und M2-Makrophagen-Polarisationswege beteiligt sind, wurden stark exprimiert; (iv) THP-1-Gene, die an der Steuerung von Apoptose und Entzündungswegen beteiligt sind, die häufig von bakteriellen Pathogenen unter Ausnutzung der Bvg-Phase genutzt werden, wurden überexprimiert; (v) Veränderungen in der Expression spezifischer THP-1-Genuntergruppen, die an Signal- und Stoffwechselwegen beteiligt sind; (vi) eine große Anzahl von Genen, die am Schwefelstoffwechsel beteiligt sind, wurden innerhalb der Makrophagen signifikant moduliert; (vii) und eine verminderte Expression der meisten Virulenzfaktoren, zusammen mit einer erhöhten Aktivität mehrerer Transkriptionsregulatoren von B. pertussis während der Infektion. Diese Ergebnisse deuteten darauf hin, dass B. pertussis von einer Bvg+ (virulenten) zu einer Bvg- (avirulenten) Phase übergeht, um sich an die intramakrophagale Umgebung anzupassen undaufdiedurchTHP-1-Zellen ausgelösten antimikrobiellen Aktivitäten zu reagieren, ein Phänomen, das bisher in diesem Ausmaß nicht beobachtet wurde. Um weitere Einblicke in das komplexe Zusammenspiel vonTHP-1-Makrophagen und B. pertussis zu gewinnen, haben wir im Rahmen der Studie ein neuartiges Software-Tool namens MSF unter Verwendung von Java entwickelt, um gemeinsam modulierte Teilgraphen in THP-1 und B. pertussis zu erkennen, unsere Ergebnisse zu untermauern und Gene zu identifizieren, die möglicher weise in engem Zusammenhang zwischen den beiden Spezies stehen.