تابستان
برگشت به فهرست مقالات |
برگشت به فهرست نسخه ها
1- دانشگاه یاسوج
2- دانشگاه تبریز
3- سازمان تحقیقات آموزش و ترویج کشاورزی
2- دانشگاه تبریز
3- سازمان تحقیقات آموزش و ترویج کشاورزی
چکیده: (212 مشاهده)
مقدمه و هدف: برخلاف تمرکز عمده پژوهشها بر سویههای پاتوژن بالای آنفلوانزای پرندگان نظیر H5N1 و H5N8، زیرگروه H5N3 به دلیل ویژگیهای منحصربهفردی از جمله پتانسیل بالای سازگاری، پاتوژنیسیته متوسط تا شدید در میزبانهای پرنده و خطر بالقوه عبور از سد گونهای، یک اولویت پژوهشی محسوب میشود. از این رو، تحلیل بیماریزایی این ویروس بدون بررسی جامع بافتهای حیاتیای چون ریه (محل تکثیر اولیه) و مغز (هدف تهاجم نوروتروپیک) ناقص خواهد بود. ریهها و مغز دو بافت حیاتی در بررسی پاتوژنز آنفولانزا میباشند. ریهها به عنوان محل اصلی ورود ویروس و فعال شدن ایمنی ذاتی عمل میکنند؛ در حالی که گسترش ویروس به مغز، نشان دهنده انتشار سیستمیک و نوروتروپیسم است که منجر به پیامدهای شدیدی مانند اختلالات عصبی، فلج و مرگ ناگهانی در طیور میشود. در حالی که تحقیقات گستردهای در مورد پاتوژنز آنفولانزای مرغی در سطوح هیستوپاتولوژیک و ایمونولوژیک انجام شده است، تحقیقات مبتنی بر دادههای مولکولی با توان عملیاتی بالا، مانند ترانسکریپتومیکس، در طیور، به ویژه در زمینههای تحقیقاتی ایران، نسبتاً محدود است. شناسایی ژنهای کلیدی مرکزی و عناصر تنظیمی غیرکدکننده مانند میکروRNAها (miRNAها) بینش مهمی در مورد چگونگی سازماندهی مجدد چشمانداز مولکولی میزبان هنگام مواجهه با یک عامل بیماریزا ارائه میدهد. در این زمینه، مطالعه حاضر با هدف ساخت شبکهی تنظیمی ژن بر اساس پروفایلهای بیان ژن افتراقی از بافتهای مغز و ریه جوجههای آلوده به دو سویه ویروس نوترکیب H5N3، یعنی rH5N3 Ori و rH5N3 P6، انجام شد. با بهکارگیری رویکردهای پیشرفته بیوانفورماتیک، ما به دنبال شناسایی ژنهای کلیدی، miRNAهای تنظیمی و مسیرهای بیولوژیکی بودیم که نقشهای محوری در مکانیسمهای دفاعی میزبان و پیشرفت بیماری ایفا میکنند.
مواد و روشها: بازیابی و تجزیه و تحلیل دادهها با دریافت دادههای ریزآرایه DNA از پایگاه داده عمومی (GEO ) و با شماره دسترسی GSE96837 آغاز شد، که شامل پروفایلهای رونویسی از بافتهای مغز و ریه مرغهایی بود که به صورت تجربی با ویروس H5N3 آلوده شده بودند و به همراه آن، نمونههای شاهد از پرندگان غیرآلوده به عنوان پایه استفاده میشدند. پیشپردازش و نرمالسازی دادهها در R با استفاده از بسته limma انجام شد و بیان افتراقی ژن از طریق آزمون t تعدیلشده تعیین شد و ژنهایی با مقدار p تعدیلشده کمتر از 05/0 و تغییر مطلق لگاریتمی 2 بزرگتر از 1 به عنوان معنیدار در نظر گرفته شدند. تغییرات رونویسی سراسری با استفاده از نمودارهای آتشفشانی و نقشههای حرارتی تجسم شدند. برای بررسی شبکههای برهمکنش پروتئین-پروتئین (PPI)، ژنهای با بیان متفاوت (DEGs) با آستانه اطمینان بالای 7/0 در پایگاه دادهای String (نسخه 5/11) بارگذاری شدند و شبکههای حاصل برای تجسم بهCytoscape (نسخه 9/3) منتقل شدند. سپس ژنهای هاب بر اساس توپولوژی شبکه و معیارهایی مانند مرکزیت درجه و مرکزیت بینابینی شناسایی شدند. برای تفسیر عملکردی، آنالیزهای غنیسازی با استفاده از g:Profiler و KEGG (دایرهالمعارف ژنها و ژنومهای Kyoto)، با تأکید بر مسیرهای مرتبط با ایمنی، سنتز پروتئین و کنترل کیفیت RNA انجام شد.
یافتهها: مشاهده شد که بیماری با هر دو سویه rH5N3 Ori و rH5N3 P6 باعث برنامهریزی مجدد قابل توجهی در بیان ژن میزبان در بافتهای مورد بررسی شد. ریهها پاسخ ایمنی شدیدتری نشان دادند، در حالی که مغز تغییرات گستردهتری در مسیرهای متابولیکی و شبکههای تنش عصبی نشان داد. در مجموع، ۱۴۸۰ DEGs در ریهها در مقایسه با ۹۳۶ ژن در مغز شناسایی شد که تفاوتهای مختص بافتی قابلتوجه در پاسخ میزبان را برجسته میکند. تجزیه و تحلیل بیشتر شبکه، ۱۸ ژن هاب با اتصال بالا در شبکههای برهمکنش پروتئین-پروتئین (PPI) را شناسایی کرد. نکته قابل توجه این است که اکثر این ژنهای هاب، پروتئینهای ریبوزومی، از جمله RPL21، RPL31 و RPS28 بودند که نشان میدهد بیماری آنفولانزا به شدت بر ماشین ترجمه میزبان تأثیر میگذارد. اجزای هاب اضافی مانند EEF1A1 و EIF3F، که بازیگران کلیدی در طویل شدن و شروع ترجمه هستند، این ایده را تقویت کردند که اختلال در مسیرهای سنتز پروتئین برای بقا و تکثیر ویروس ضروری است. تجزیه و تحلیل غنیسازی با استفاده از مسیرهای KEGG، پنج مسیر مولکولی اصلی تحت تأثیر بیماری را برجسته کرد: بیوژنز ریبوزوم و هیدرولیز GTP، هدف قرار دادن پروتئین موجود بر غشاها، تجزیه mRNA به واسطه جهش بیمعنی (NMD)، پیامرسانی ایمنی ذاتی (به ویژه پاسخ اینترفرون) و تنظیم آپوپتوز. در بافتهای ریه، در طی غنیسازی فرآیندهای مرتبط با ایمنی مانند پیامرسانی گیرنده شبه RIG-I و تعاملات واسطهگریشده با سیتوکین غالب بود، در حالی که مغز تغییرات قویتری را در سطوح کنترل کیفی RNA، فعالیت میتوکندری و تنظیم مرگ خود خواسته سلول نشان داد که نشاندهنده پاسخهای تنش نورودژنراتیو در مغز است. در سطح بافت، DEGهای ریه مانند IFIT5 و MX1 مطابق با دفاع ضد ویروسی تحریکشده با اینترفرون، افزایش بیان زیادی را نشان دادند؛ در حالی که کاهش بیان ژن ریبوزومی در بافت مغزی نشان داده شد که خود ممکن است به عنوان یک سازوکار محافظتی برای محدود کردن تولید پروتئین ویروسی عمل کند.
نتیجهگیری: تحلیل شبکه، ژنهای پروتئین ریبوزومی را به عنوان تنظیمکنندههای مرکزی نشان داد و نقش ماشین ترجمه میزبان، به عنوان هدف کلیدی تداخل و دستکاری ویروسی در طول بیماری را برجسته کرد. علاوه بر این، شناسایی miRNAهای جدید مرتبط با عفونت H5N3 فرصتهای امیدوارکنندهای را برای توسعه نشانگرهای زیستی تشخیصی و درمانهای ضد ویروسی بالقوه فراهم میکند. این یافتهها بر ضرورت بررسی بافتهای گوناگون در پژوهشهای مربوط به بیماری تأکید میکنند، زیرا تمرکز صرف بر یک اندام ممکن است درک ناقصی از پیشرفت بیماری و تعاملات میزبان-پاتوژن ارائه دهد. این پژوهش با بهکارگیری پلتفرمهای بیوانفورماتیک یکپارچه مانند STRING، Cytoscape و تجزیه و تحلیل مسیر KEGG، چارچوبی را ایجاد نمود که میتواند به سایر عفونتهای ویروسی در طیور تعمیم داده شود. نکته مهم این است که بینشهای بهدستآمده در اینجا، میتوانند به طور ویژهای در هدایت راهبردهای بهبود ژنتیکی، با هدف تولید پرندگانی با مقاومت بیشتر در برابر بیماری، ارزش عملی داشته باشند. مسیرهای آینده باید شامل اعتبارسنجی تجربی ژنهای هاب شناساییشده و miRNAها از طریق تکنیکهایی مانند qRT-PCR و خاموشسازی ژن عملکردی، و همچنین ادغام تجزیه و تحلیلهای پروتئومیکس و متابولومیکس با ترانسکریپتومیکس برای دستیابی به درک جامعتری از دینامیک میزبان-ویروس باشد. در نهایت، این مطالعه دانش ارزشمندی را در جهت محافظت از سلامت طیور و تقویت امنیت غذایی در مواجهه با تهدیدات مداوم آنفولانزای مرغی ارائه میدهد.
مواد و روشها: بازیابی و تجزیه و تحلیل دادهها با دریافت دادههای ریزآرایه DNA از پایگاه داده عمومی (GEO ) و با شماره دسترسی GSE96837 آغاز شد، که شامل پروفایلهای رونویسی از بافتهای مغز و ریه مرغهایی بود که به صورت تجربی با ویروس H5N3 آلوده شده بودند و به همراه آن، نمونههای شاهد از پرندگان غیرآلوده به عنوان پایه استفاده میشدند. پیشپردازش و نرمالسازی دادهها در R با استفاده از بسته limma انجام شد و بیان افتراقی ژن از طریق آزمون t تعدیلشده تعیین شد و ژنهایی با مقدار p تعدیلشده کمتر از 05/0 و تغییر مطلق لگاریتمی 2 بزرگتر از 1 به عنوان معنیدار در نظر گرفته شدند. تغییرات رونویسی سراسری با استفاده از نمودارهای آتشفشانی و نقشههای حرارتی تجسم شدند. برای بررسی شبکههای برهمکنش پروتئین-پروتئین (PPI)، ژنهای با بیان متفاوت (DEGs) با آستانه اطمینان بالای 7/0 در پایگاه دادهای String (نسخه 5/11) بارگذاری شدند و شبکههای حاصل برای تجسم بهCytoscape (نسخه 9/3) منتقل شدند. سپس ژنهای هاب بر اساس توپولوژی شبکه و معیارهایی مانند مرکزیت درجه و مرکزیت بینابینی شناسایی شدند. برای تفسیر عملکردی، آنالیزهای غنیسازی با استفاده از g:Profiler و KEGG (دایرهالمعارف ژنها و ژنومهای Kyoto)، با تأکید بر مسیرهای مرتبط با ایمنی، سنتز پروتئین و کنترل کیفیت RNA انجام شد.
یافتهها: مشاهده شد که بیماری با هر دو سویه rH5N3 Ori و rH5N3 P6 باعث برنامهریزی مجدد قابل توجهی در بیان ژن میزبان در بافتهای مورد بررسی شد. ریهها پاسخ ایمنی شدیدتری نشان دادند، در حالی که مغز تغییرات گستردهتری در مسیرهای متابولیکی و شبکههای تنش عصبی نشان داد. در مجموع، ۱۴۸۰ DEGs در ریهها در مقایسه با ۹۳۶ ژن در مغز شناسایی شد که تفاوتهای مختص بافتی قابلتوجه در پاسخ میزبان را برجسته میکند. تجزیه و تحلیل بیشتر شبکه، ۱۸ ژن هاب با اتصال بالا در شبکههای برهمکنش پروتئین-پروتئین (PPI) را شناسایی کرد. نکته قابل توجه این است که اکثر این ژنهای هاب، پروتئینهای ریبوزومی، از جمله RPL21، RPL31 و RPS28 بودند که نشان میدهد بیماری آنفولانزا به شدت بر ماشین ترجمه میزبان تأثیر میگذارد. اجزای هاب اضافی مانند EEF1A1 و EIF3F، که بازیگران کلیدی در طویل شدن و شروع ترجمه هستند، این ایده را تقویت کردند که اختلال در مسیرهای سنتز پروتئین برای بقا و تکثیر ویروس ضروری است. تجزیه و تحلیل غنیسازی با استفاده از مسیرهای KEGG، پنج مسیر مولکولی اصلی تحت تأثیر بیماری را برجسته کرد: بیوژنز ریبوزوم و هیدرولیز GTP، هدف قرار دادن پروتئین موجود بر غشاها، تجزیه mRNA به واسطه جهش بیمعنی (NMD)، پیامرسانی ایمنی ذاتی (به ویژه پاسخ اینترفرون) و تنظیم آپوپتوز. در بافتهای ریه، در طی غنیسازی فرآیندهای مرتبط با ایمنی مانند پیامرسانی گیرنده شبه RIG-I و تعاملات واسطهگریشده با سیتوکین غالب بود، در حالی که مغز تغییرات قویتری را در سطوح کنترل کیفی RNA، فعالیت میتوکندری و تنظیم مرگ خود خواسته سلول نشان داد که نشاندهنده پاسخهای تنش نورودژنراتیو در مغز است. در سطح بافت، DEGهای ریه مانند IFIT5 و MX1 مطابق با دفاع ضد ویروسی تحریکشده با اینترفرون، افزایش بیان زیادی را نشان دادند؛ در حالی که کاهش بیان ژن ریبوزومی در بافت مغزی نشان داده شد که خود ممکن است به عنوان یک سازوکار محافظتی برای محدود کردن تولید پروتئین ویروسی عمل کند.
نتیجهگیری: تحلیل شبکه، ژنهای پروتئین ریبوزومی را به عنوان تنظیمکنندههای مرکزی نشان داد و نقش ماشین ترجمه میزبان، به عنوان هدف کلیدی تداخل و دستکاری ویروسی در طول بیماری را برجسته کرد. علاوه بر این، شناسایی miRNAهای جدید مرتبط با عفونت H5N3 فرصتهای امیدوارکنندهای را برای توسعه نشانگرهای زیستی تشخیصی و درمانهای ضد ویروسی بالقوه فراهم میکند. این یافتهها بر ضرورت بررسی بافتهای گوناگون در پژوهشهای مربوط به بیماری تأکید میکنند، زیرا تمرکز صرف بر یک اندام ممکن است درک ناقصی از پیشرفت بیماری و تعاملات میزبان-پاتوژن ارائه دهد. این پژوهش با بهکارگیری پلتفرمهای بیوانفورماتیک یکپارچه مانند STRING، Cytoscape و تجزیه و تحلیل مسیر KEGG، چارچوبی را ایجاد نمود که میتواند به سایر عفونتهای ویروسی در طیور تعمیم داده شود. نکته مهم این است که بینشهای بهدستآمده در اینجا، میتوانند به طور ویژهای در هدایت راهبردهای بهبود ژنتیکی، با هدف تولید پرندگانی با مقاومت بیشتر در برابر بیماری، ارزش عملی داشته باشند. مسیرهای آینده باید شامل اعتبارسنجی تجربی ژنهای هاب شناساییشده و miRNAها از طریق تکنیکهایی مانند qRT-PCR و خاموشسازی ژن عملکردی، و همچنین ادغام تجزیه و تحلیلهای پروتئومیکس و متابولومیکس با ترانسکریپتومیکس برای دستیابی به درک جامعتری از دینامیک میزبان-ویروس باشد. در نهایت، این مطالعه دانش ارزشمندی را در جهت محافظت از سلامت طیور و تقویت امنیت غذایی در مواجهه با تهدیدات مداوم آنفولانزای مرغی ارائه میدهد.
واژههای کلیدی: شبکههای ژنی، بیان ژنی، آنفلوانزای H5N3، miRNA، پروتئینهای ریبوزومی، تعاملات میزبان-پاتوژن
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
