Research on Animal Production

fa مطالعه شبکه برهم‎کنش پروتئین-پروتئین بر اساس تغییر بیان ژن‎ ها در بافت طحال مرغان گوشتی آلوده به سویه JS5-05 از ویروس نیوکاسل A Study on the Protein-Protein Interaction Network Based on Gene Expression Changes in the Spleen Tissue of Broiler Chickens Infected with the Newcastle Virus Strain JS5-05 ژنتیک و اصلاح نژاد دام ژنتیک و اصلاح نژاد دام پژوهشي Research <div style="text-align: justify;">چکیده مبسوط مقدمه و هدف: یکی از بیماری &lrm;های مهم و قابل&lrm; توجه در گله مرغ و خروس و یا ماکیان که تلفات بسیاری از آن&lrm;ها را در پی خواهد داشت، بیماری نیوکاسل است. بیماری بسیار خطرناک است و در صورت شیوع تا 90% تلفات در گله&lrm; های تجاری مرغان گوشتی و تخم&lrm; گذار برجای می&lrm; گذارد. این بیماری بر اثر عفونت با سویه &lrm;های بدخیم ویروس پارامیکسوویروس نیوکاسل ایجاد می &lrm;شود و علاوه&lrm; بر این&lrm;که می&lrm; تواند گله &lrm;مرغ و خروس&lrm; ها را درگیر کند، توانایی سرایت به سایر ماکیان مانند بوقلمون، اردک و غاز، بلدرچین، قرقاول، کبوتر و حتی پرنده&lrm; های زینتی مانند طوطی &lrm;سانان را دارد. خوشبختانه، این بیماری دارای واکسن است و اگر در زمان مقرر واکسن&lrm; های لازم به گله تزریق شوند مانع از سرایت آن به گله خواهند شد. سویه ویروس JS5-05 یکی از ویروس &lrm;های مرجع ایجادکننده نیوکاسل است که سایر سویه &lrm;های ویروس از نظر شدت بیماری&lrm; زایی و خصوصیات دیگر با این سویه مقایسه می&lrm; شوند. گزارشات قبلی نشان می&lrm;دهند که پاسخ&lrm;های ایمنی به بیماری نیوکاسل منشاء ژنتیکی دارند. بنا بر این، قابل&lrm; انتظار است که در زمان شیوع این بیماری بیان برخی ژن&lrm;ها افزایش و بیان برخی دیگر کاهش یابد. این ژن&lrm;ها احتمالاً شبکه&lrm;ای را تشکیل می&lrm;دهند که در آن شبکه در تعامل با یکدیگر خواهند بود. در مطالعه حاضر، شبکه ژنی و تعامل پروتئین&lrm;-پروتئین در بیماری نیوکاسل ناشی از ویروس JS5-05 بررسی گردید. مواد و روش &lrm;ها: داده &lrm;های بیان ژن مربوط به سلول&lrm; های طحال جوجه&lrm; های گوشتی آلوده&lrm; شده با ویروس JS5-05 (تیمار بیمار، 3 نمونه) و همچنین جوجه &lrm;های گوشتی سالم (تیمار کنترل، سه نمونه) از سایت NCBI و پایگاه GEO Expression Omnibus با شماره دسترسی GSE40100 استخراج شدند. کنترل کیفیت و نرمال&lrm; سازی داده &lrm;ها و همچنین تشخیص ژن &lrm;های با بیان متفاوت بین دو تیمار کنترل و بیمار در سطح احتمال < 0.05 p-value و آمارهLogFC (-2 < LogFC > +2) با استفاده از نرم &lrm;افزار برخط GEO2R انجام شد. برای به&lrm; دست &lrm;آوردن شبکه&lrm; ژنی از منبع STRING استفاده شد. الگوریتمNetwork Analyzer که یک برنامه بارگذاری &lrm;شده در نرم&lrm; افزار Cytoscape است، برای آنالیز شبکه به &lrm;کار برده شد. برای شناسایی ژن &lrm;های کلیدی در شبکه، از سه پارامتر درجه مرکزیت، مرکزیت بینابینی، و مرکزیت نزدیکی استفاده شد. این معیارهای توپولوژی شبکه با استفاده از افزونه CytoNCA محاسبه شدند و سپس با استفاده از افزونه Cytohubba، ده ژن کلیدی در شبکه (ژن&lrm;های هاب) به&lrm;صورت یک شبکه رسم گردید. در نهایت، جهت بررسی ارتباط ژن&lrm;های مرکزی شناسایی&lrm;شده در شبکه تعاملی با بیماری نیوکاسل و بررسی مسیرهای سیگنال&lrm; دهی آن&lrm;ها، از نرم &lrm;افزار برخط DAVID استفاده شد. یافته&lrm; ها: در مجموع، از 33815 ژن مطالعه&lrm; شده، 4720 ژن بیان متفاوتی داشتند که از این تعداد، تفاوت بیان 414 ژن معنی&lrm; دار بود ( p< 0.05 و -2 < LogFC > +2 ). این ژن&lrm;ها در یک شبکه تعاملی قرار داشتند که در آن هر ژن در تعامل با سایر ژن &lrm;ها بود. 10 ژن با اهمیت بیشتر شامل IFIH1، MX1، RSAD2، IFIT5،.EIF2AK2 ، OASL، USP41، DHX58، CMPK2 و IFI6 هسته مرکزی شبکه را تشکیل می&lrm; دادند که فرایندهای بیولوژیکی مختلفی شامل توقف رونویسی از ژنوم ویروس، تحریک تولید اینتفرون&lrm; ها و ماکروفاژها و تحریک فعالیت برخی آنزیم &lrm;ها را در هنگام بروز عفونت نیوکاسل منجر می&lrm; شدند. مهم&lrm;ترین ژن در شبکه مرکزی، ژن IFIH1 بود. این ژن پروتئینی درون&lrm; سلولی به &lrm;نام MAD5 را کد می &lrm;کند که یک حسگر درون&lrm; سلولی برای RNA ویروسی است و از طریق تحریک تولید اینترفرون&lrm; ها پاسخ ایمنی &lrm;ذاتی را تحریک می &lrm;نماید. نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل مسیرهای سیگنال&lrm; دهی نشان دادند که ژن&lrm; های مشخص&lrm; شده در این تحقیق نه &lrm;تنها با عفونت ناشی از ویروس نیوکاسل درگیر بودند بلکه این ژن&lrm; ها در مسیرهای دیگری نیز فعال بودند. عفونت ناشی از ویروس آنفلوانزا A و ویروس هِرپس و درضمن مسیرهای فعال در سیستم ایمنی از جمله این مسیرها بودند.   نتیجه‌گیری: تمامی ژن &lrm;های موجود در هسته&lrm; مرکزی شبکه&lrm; ژنی دخیل در پاسخ به ویروس نیوکاسل با فرایندهای ایمنی و پاسخ&lrm;های دفاعی به عفونت نیوکاسل در ارتباط بودند و از این رو، تغییر در میزان بیان آن&lrm;ها در زمان آلودگی با ویروس قابل &lrm;انتظار بود. از آن &lrm;جا که برای این ژن&lrm; ها ژنوتیپ &lrm;های مختلفی وجود دارند، پیشنهاد می&lrm; شود که میزان مقاومت به بیماری نیوکاسل در گروه&lrm; های مختلف ژنوتیپی برای هر ژن بررسی &lrm;شود و پرندگانی که برای ژن&lrm; های حاضر در شبکه&lrm; مرکزی دارای ژنوتیپ برتر باشند را جهت افزایش مقاومت ژنتیکی به نیوکاسل انتخاب نمود.  </div> <div style="text-align: justify;">Extended Abstract Background: Newcastle disease is one of the important diseases in the flock of chickens and roosters, which can result in many casualties. The disease is very dangerous and causes up to 90% death in the commercial flocks of broilers and laying hens in the case of an outbreak. This disease is caused by infection with malignant strains of Newcastle paramyxovirus. In addition to affecting chicken flocks and roosters, this contagious disease can spread to other poultry, such as turkeys, ducks, geese, quails, pheasants, and pigeons, and even ornamental birds, such as parrots. Fortunately, this disease has a vaccine, and if the necessary vaccines are injected into the herd at the appointed time, it will prevent its spread to the herd. The JS5-05 virus strain is one of the reference viruses that cause Newcastle disease, and other virus strains are compared with this strain in terms of pathogenicity and other characteristics. Previous reports suggest that immune responses to Newcastle disease have a genetic origin. Therefore, it can be expected that the expression of some genes will increase and the expression of others will decrease during the outbreak of this disease. These genes form a network in which they interact with each other. The gene network and protein-protein interaction in Newcastle disease caused by JS5-05 virus were investigated in the present study. Methods: Gene expression data related to spleen cells of broiler chickens infected with the JS5-05 virus (patient treatment, three samples) and healthy broiler chickens (control treatment, three samples) were extracted from the NCBI website and the GEO Expression Omnibus database with the accession number GSE40100. Quality control and data normalization, as well as determining genes with different expressions, between the control and patient treatments at the level of p < 0.05 p-value and LogFC statistic (-2 < LogFC > +2), were done with GEO2R online software. The STRING resource was used to obtain the gene network. The network analyzer algorithm, which is a program loaded in CYTOSCAPE software, was used for network analysis. Three parameters were used to identify key genes in the network: the degree of centrality, betweenness centrality, and closeness centrality. These network topology measures were calculated using the CytoNCA plugin. Finally, DAVID online software was used to investigate the relationship between the central genes identified in the interactive network and Newcastle infection. Results: In total, 4,720 out of 33,815 studied genes showed different expressions, of which significant differences were observed in the expression of 414 genes (p < 0.05 and -2 < LogFC > +2). These genes were located in an interactive network where each gene interacted with other genes. The 10 most important genes, including IFIH1, MX1, RSAD2, IFIT5, EIF2AK2, OASL, USP41, DHX58, CMPK2, and IFI6, formed the central core of the network, which involved various biological processes, including stopping the translation of the virus genome, stimulating the production of interferons and macrophages and stimulating the activity of some enzymes during Newcastle infection. The most important gene in the central network was the IFIH1 gene, which encodes a cell cycle protein called MAD5, an intracellular sensor for viral RNA that stimulates the innate immune response by stimulating the production of interferons. The results of the analysis of signaling pathways showed that the genes identified in this study were not only involved in Newcastle virus infection but were also active in other pathways, including infection with influenza A virus and herpes virus, as well as pathways that were active in the immune system.  Conclusion: All the genes in the central core of the gene network involved in response to the Newcastle virus had relationships with immune processes and defense responses to Newcastle infection, and therefore, a change was expected in their expressions during virus infection. Since there are different genotypes for these genes, it is suggested to examine the level of resistance to Newcastle disease in different genotypic groups for each gene and select the birds that have the superior genotype for the genes present in the central network to increase genetic resistance to Newcastle.</div> جوجه گوشتی, ژن, شبکه ‎ژنی, نیوکاسل Broiler, Gene, Gene network, Newcastle 18 28 http://rap.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-557-7&slc_lang=fa&sid=1 Farhad Ghafouri-Kesbi فرهاد غفوری کسبی farhad_ghy@yahoo.com 100319475328460025714 100319475328460025714 Yes Department of Animal Science, Faculty of Agriculture, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران