تابستان
برگشت به فهرست مقالات |
برگشت به فهرست نسخه ها
1- موسسه تحقیقات علوم دامی کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی
2- دانشگاه جیرفت
2- دانشگاه جیرفت
چکیده: (36 مشاهده)
چکیده مبسوط
مقدمه و هدف: ورم پستان گاو ، یکی از شایعترین و پرهزینهترین بیماریهای عفونی در صنعت جهانی دام می باشد و سالانه موجب خسارات اقتصادی قابلتوجهی از طریق کاهش تولید شیر، افت کیفیت ترکیبات شیر، افزایش هزینههای درمان، حذف زودهنگام دام و افزایش بار آنتیبیوتیکی می شود. این بیماری با پاسخهای التهابی شدید در غده پستانی همراه است که ناشی از تعامل پیچیده بین پاتوژن، سیستم ایمنی ذاتی و اکتسابی میزبان، و تنظیم ژنتیکی و فراژنتیکی مسیرهای مولکولی متعدد میباشد. در میان عوامل بیماریزا، اشرشیاکلی(E. coli) یکی از مهمترین باکتریهای مولد ورم پستان حاد است که با تحریک سریع مسیرهای التهابی، موجب تخریب بافتی و تغییرات گسترده در پروفایل بیان ژن میشود. پیشرفت فناوریهای اُمیکس، بهویژه ریزآرایهها (Microarray) و RNA‑seq، نشان داده است که ورم پستان سبب تغییر بیان در هزاران ژن مرتبط با ایمنی ذاتی، پاسخ التهابی، متابولیسم انرژی، چرخه سلولی و بازسازی بافت پستان میشود. با این حال، بسیاری از مطالعات پیشین، عمدتاً بر شناسایی ژنهای متفاوت بیان تمرکز داشتهاند و تحلیل ساختار شبکهای ژنها و نقش تنظیمی miRNAها که بهعنوان تنظیمکنندههای پسارونویسی شناخته میشوند، بهصورت یکپارچه مورد بررسی قرار نگرفته است. miRNAها با اتصال به mRNAهای هدف، قادرند بهطور همزمان چندین مسیر سیگنال دهی ایمنی و متابولیک را تنظیم کنند و بدین ترتیب نقش کلیدی در تعیین شدت التهاب، تداوم پاسخ ایمنی و پیامدهای بافتی بیماری ایفا نمایند. از این رو، هدف اصلی پژوهش حاضر، شناسایی ژنهای هاب و miRNAهای کلیدی مرتبط با پاتوژنز ورم پستان القاشده توسط E. coli در گاو شیری و بررسی نقش آنها در تنظیم شبکهای مسیرهای ایمنی، التهابی و متابولیکی با استفاده از یک رویکرد بیوانفورماتیکی مبتنی بر شبکه میباشد.
مواد و روشها: در این مطالعه، پروفایل بیان ژنی مربوط به نمونه های بافت غده پستانی گاو مبتلا به ورم پستان ناشی از E-coli ز پایگاه داده Gene Expression Omnibus (GEO) تحت شناسه GSE15020 استخراج گردید.تحلیل بیان ژنهای متفاوت بیان با استفاده از ابزار GEO2R انجام شد و ژنها بر اساس معیارهای آماری p-value <0.05 و ((|LogFC|>1 فیلتر شدند تا ژنهای دارای تغییر بیان معنیدار شناسایی گردند. بهمنظور بررسی تعاملات مولکولی، شبکه برهمکنش پروتئین–پروتئین (PPI) با استفاده از پایگاه داده STRING ساخته شد و سپس در محیط نرمافزار Cytoscape مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. شناسایی ژنهای هاب شبکه با بهرهگیری از افزونه cytoHubba و بهکارگیری الگوریتمهای Degree، MCC، MNC و DMNC انجام شد تا ژنهایی که بالاترین اهمیت توپولوژیک و نقش مرکزی در شبکه دارند، استخراج گردند. در ادامه، برای پیشبینی miRNAهای تنظیمکننده ژنهای هاب، پایگاه داده miRWalk مورد استفاده قرار گرفت و miRNAهایی که بهطور مشترک چندین ژن کلیدی را هدف قرار میدادند، انتخاب شدند. این رویکرد امکان ترسیم تعاملات ژن miRNA– و تفسیر نقش تنظیمی آنها در مسیرهای سیگنالینگ مرتبط با ورم پستان را فراهم نمود.
یافتهها: نتایج تحلیل بیان متفاوت ژنها منجر به شناسایی 1023 ژن با تغییر بیان معنیدار شد که از این میان 612 ژن افزایش بیان و 411 ژن کاهش بیان را نشان دادند. تحلیل شبکه PPI ده ژن هاب شامل GAPDH، ALB، CXCL8، IL1B، CCL2، EGFR، PTPRC، PARP12، IFITM3 و XAF1 را بهعنوان اجزای مرکزی شبکه معرفی کرد. این ژنها عمدتاً در مسیرهای کلیدی التهاب، سیگنالینگ کیموکاینها، پاسخ ایمنی ذاتی، تنظیم چرخه سلولی و بقایا مرگ سلولی دخیل هستند. برای نمونه ، IL1B یکی از کلیدیترین میانجیهای تب و التهاب است و بعنوان یکی از مهمترین سایتوکاینهای پیشالتهابی نقش اساسی در القای تب، نفوذپذیری عروقی و فعالسازی سلولهای ایمنی ایفا میکند. CXCL8 با تنظیم جذب و فعالسازی نوتروفیلها، در پاسخ ایمنی اولیه علیه عفونت باکتریایی نقش تعیینکننده دارد. همچنین ALB بهعنوان یکی از ژنهای هاب شناسایی شد، میتواند در قالب پروتئینهای فاز حاد مثبت در شیر، بهعنوان یک نشانگر زیستی بالقوه برای تشخیص ورم پستان مورد توجه قرار گیرد. تحلیل miRNAها منجر به شناسایی 45 miRNA مشترک شد که قادر به تنظیم همزمان چندین ژن هاب بودند. در میان آنها، bta-miR-21-3p با هدف قرار دادن EGFR و IL1B و تنظیم مسیر PI3K/AKT/NF‑κB نقش مهمی در تشدید پاسخ التهابی دارد.bta-miR-145 با مهار تکثیر سلولهای اپیتلیال پستانی (Mac‑T) و تنظیم IL1B میتواند در تعادل بین التهاب و بازسازی بافت نقش ایفا کند. همچنین bta-miR-138از طریق مهار مسیر p65/NF‑κB، بیان ژنهای PARP12 و EGFR را تحت تأثیر قرار داده و در تنظیم پاسخ ایمنی ضدویروسی و التهابی مشارکت دارد. این یافتهها نشان میدهد که miRNAها قادرند بهصورت هماهنگ مسیرهای التهابی را فعال و مسیرهای متابولیکی مرتبط با عملکرد طبیعی غده پستانی را سرکوب نمایند.
نتیجهگیری: ورم پستان گاو یک فنوتیپ پیچیده، چندعاملی و شبکهمحور است که حساسیت یا مقاومت دام به آن حاصل برهمکنش دینامیک ژنها، miRNAها و مسیرهای مولکولی متعدد میباشد. نتایج این مطالعه با بهرهگیری از یک رویکرد بیوانفورماتیکی یکپارچه، ژنها و miRNAهای کلیدی دخیل در پاتوژنز ورم پستان ناشی از E. coli را شناسایی نمود و نقش محوری مسیرهای ایمنی نظیر JAK/STAT، سیگنالینگ اینترفرون و NF‑κB، و همچنین مسیرهای متابولیکی و میتوکندریایی تحت تنظیم EGFR را برجسته ساخت. یافتههای حاضر میتوانند بهعنوان مبنایی برای توسعه نشانگرهای مولکولی تشخیصی، طراحی ابزارهای پیشآگهی، و برنامههای اصلاح نژادی مبتنی بر مقاومت به ورم پستان در گاوهای شیری مورد استفاده قرار گیرند و درک عمیقتری از سازوکارهای مولکولی این بیماری شایع فراهم سازند.
مقدمه و هدف: ورم پستان گاو ، یکی از شایعترین و پرهزینهترین بیماریهای عفونی در صنعت جهانی دام می باشد و سالانه موجب خسارات اقتصادی قابلتوجهی از طریق کاهش تولید شیر، افت کیفیت ترکیبات شیر، افزایش هزینههای درمان، حذف زودهنگام دام و افزایش بار آنتیبیوتیکی می شود. این بیماری با پاسخهای التهابی شدید در غده پستانی همراه است که ناشی از تعامل پیچیده بین پاتوژن، سیستم ایمنی ذاتی و اکتسابی میزبان، و تنظیم ژنتیکی و فراژنتیکی مسیرهای مولکولی متعدد میباشد. در میان عوامل بیماریزا، اشرشیاکلی(E. coli) یکی از مهمترین باکتریهای مولد ورم پستان حاد است که با تحریک سریع مسیرهای التهابی، موجب تخریب بافتی و تغییرات گسترده در پروفایل بیان ژن میشود. پیشرفت فناوریهای اُمیکس، بهویژه ریزآرایهها (Microarray) و RNA‑seq، نشان داده است که ورم پستان سبب تغییر بیان در هزاران ژن مرتبط با ایمنی ذاتی، پاسخ التهابی، متابولیسم انرژی، چرخه سلولی و بازسازی بافت پستان میشود. با این حال، بسیاری از مطالعات پیشین، عمدتاً بر شناسایی ژنهای متفاوت بیان تمرکز داشتهاند و تحلیل ساختار شبکهای ژنها و نقش تنظیمی miRNAها که بهعنوان تنظیمکنندههای پسارونویسی شناخته میشوند، بهصورت یکپارچه مورد بررسی قرار نگرفته است. miRNAها با اتصال به mRNAهای هدف، قادرند بهطور همزمان چندین مسیر سیگنال دهی ایمنی و متابولیک را تنظیم کنند و بدین ترتیب نقش کلیدی در تعیین شدت التهاب، تداوم پاسخ ایمنی و پیامدهای بافتی بیماری ایفا نمایند. از این رو، هدف اصلی پژوهش حاضر، شناسایی ژنهای هاب و miRNAهای کلیدی مرتبط با پاتوژنز ورم پستان القاشده توسط E. coli در گاو شیری و بررسی نقش آنها در تنظیم شبکهای مسیرهای ایمنی، التهابی و متابولیکی با استفاده از یک رویکرد بیوانفورماتیکی مبتنی بر شبکه میباشد.
مواد و روشها: در این مطالعه، پروفایل بیان ژنی مربوط به نمونه های بافت غده پستانی گاو مبتلا به ورم پستان ناشی از E-coli ز پایگاه داده Gene Expression Omnibus (GEO) تحت شناسه GSE15020 استخراج گردید.تحلیل بیان ژنهای متفاوت بیان با استفاده از ابزار GEO2R انجام شد و ژنها بر اساس معیارهای آماری p-value <0.05 و ((|LogFC|>1 فیلتر شدند تا ژنهای دارای تغییر بیان معنیدار شناسایی گردند. بهمنظور بررسی تعاملات مولکولی، شبکه برهمکنش پروتئین–پروتئین (PPI) با استفاده از پایگاه داده STRING ساخته شد و سپس در محیط نرمافزار Cytoscape مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. شناسایی ژنهای هاب شبکه با بهرهگیری از افزونه cytoHubba و بهکارگیری الگوریتمهای Degree، MCC، MNC و DMNC انجام شد تا ژنهایی که بالاترین اهمیت توپولوژیک و نقش مرکزی در شبکه دارند، استخراج گردند. در ادامه، برای پیشبینی miRNAهای تنظیمکننده ژنهای هاب، پایگاه داده miRWalk مورد استفاده قرار گرفت و miRNAهایی که بهطور مشترک چندین ژن کلیدی را هدف قرار میدادند، انتخاب شدند. این رویکرد امکان ترسیم تعاملات ژن miRNA– و تفسیر نقش تنظیمی آنها در مسیرهای سیگنالینگ مرتبط با ورم پستان را فراهم نمود.
یافتهها: نتایج تحلیل بیان متفاوت ژنها منجر به شناسایی 1023 ژن با تغییر بیان معنیدار شد که از این میان 612 ژن افزایش بیان و 411 ژن کاهش بیان را نشان دادند. تحلیل شبکه PPI ده ژن هاب شامل GAPDH، ALB، CXCL8، IL1B، CCL2، EGFR، PTPRC، PARP12، IFITM3 و XAF1 را بهعنوان اجزای مرکزی شبکه معرفی کرد. این ژنها عمدتاً در مسیرهای کلیدی التهاب، سیگنالینگ کیموکاینها، پاسخ ایمنی ذاتی، تنظیم چرخه سلولی و بقایا مرگ سلولی دخیل هستند. برای نمونه ، IL1B یکی از کلیدیترین میانجیهای تب و التهاب است و بعنوان یکی از مهمترین سایتوکاینهای پیشالتهابی نقش اساسی در القای تب، نفوذپذیری عروقی و فعالسازی سلولهای ایمنی ایفا میکند. CXCL8 با تنظیم جذب و فعالسازی نوتروفیلها، در پاسخ ایمنی اولیه علیه عفونت باکتریایی نقش تعیینکننده دارد. همچنین ALB بهعنوان یکی از ژنهای هاب شناسایی شد، میتواند در قالب پروتئینهای فاز حاد مثبت در شیر، بهعنوان یک نشانگر زیستی بالقوه برای تشخیص ورم پستان مورد توجه قرار گیرد. تحلیل miRNAها منجر به شناسایی 45 miRNA مشترک شد که قادر به تنظیم همزمان چندین ژن هاب بودند. در میان آنها، bta-miR-21-3p با هدف قرار دادن EGFR و IL1B و تنظیم مسیر PI3K/AKT/NF‑κB نقش مهمی در تشدید پاسخ التهابی دارد.bta-miR-145 با مهار تکثیر سلولهای اپیتلیال پستانی (Mac‑T) و تنظیم IL1B میتواند در تعادل بین التهاب و بازسازی بافت نقش ایفا کند. همچنین bta-miR-138از طریق مهار مسیر p65/NF‑κB، بیان ژنهای PARP12 و EGFR را تحت تأثیر قرار داده و در تنظیم پاسخ ایمنی ضدویروسی و التهابی مشارکت دارد. این یافتهها نشان میدهد که miRNAها قادرند بهصورت هماهنگ مسیرهای التهابی را فعال و مسیرهای متابولیکی مرتبط با عملکرد طبیعی غده پستانی را سرکوب نمایند.
نتیجهگیری: ورم پستان گاو یک فنوتیپ پیچیده، چندعاملی و شبکهمحور است که حساسیت یا مقاومت دام به آن حاصل برهمکنش دینامیک ژنها، miRNAها و مسیرهای مولکولی متعدد میباشد. نتایج این مطالعه با بهرهگیری از یک رویکرد بیوانفورماتیکی یکپارچه، ژنها و miRNAهای کلیدی دخیل در پاتوژنز ورم پستان ناشی از E. coli را شناسایی نمود و نقش محوری مسیرهای ایمنی نظیر JAK/STAT، سیگنالینگ اینترفرون و NF‑κB، و همچنین مسیرهای متابولیکی و میتوکندریایی تحت تنظیم EGFR را برجسته ساخت. یافتههای حاضر میتوانند بهعنوان مبنایی برای توسعه نشانگرهای مولکولی تشخیصی، طراحی ابزارهای پیشآگهی، و برنامههای اصلاح نژادی مبتنی بر مقاومت به ورم پستان در گاوهای شیری مورد استفاده قرار گیرند و درک عمیقتری از سازوکارهای مولکولی این بیماری شایع فراهم سازند.
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
