velikost textu

Genetic regulation of Leishmania infection

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Genetic regulation of Leishmania infection
Název v češtině:
Genomická kontrola vnímavosti ke kožní leishmaniáze
Typ:
Disertační práce
Autor:
Mgr. Yahya Sohrabi, Ph.D.
Školitel:
doc. Marie Lipoldová, CSc.
Oponenti:
RNDr. Magdaléna Krulová, Ph.D.
RNDr. Iva Kolářová, Ph.D.
Id práce:
103728
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Akademie věd ČR (31-AVCR)
Program studia:
Molekulární a buněčná biologie, genetika a virologie (P1519)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
11. 9. 2019
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Informace o neveřejnosti:
Zveřejnění práce bylo odloženo do 11.09.2022
Jazyk práce:
Angličtina
Klíčová slova v angličtině:
Leishmania, genetics regulation, GBPs, FCGR4, parasite number
Abstrakt:
Abstrakt Leismanióza je opomíjené tropické onemocnění, které se řadí k nejzávážnějším zdravotnickým problémům. Je endemické v 98 zemích Asie, Afriky, Ameriky a Středomoří a postupně se šíří do nových oblastí včetně střední Evropy a USA. Klinické formy leishmaniózy zahrnují široké spektrum projevů od kožní leishmaniózy až po potenciálně smrtelnou viscerální leishmaniózu. V endemických oblastech je znám výskyt asymptomatických případů. Různé druhy leishmanií indukují různé symptomy, ale dokonce pacienti infikovaní stejným druhem parazita mohou projevovat různé symptomy onemocnění a různě reagovat na léčbu. Proto je jednou z velkých výzev vysvětlení pozorované variability, kterou nelze vysvětlit pomocí současně známých faktorů. Abychom našli nové faktory regulující leishmaniózu, testovali jsme úlohu molekul, o nichž je známo, že se účastní regulace jiných infekcí, a mapovali jsme lokusy kontrolující množství parazitů po infekci L. major. Také jsme determinovali kontrolu přežití po infekci virem klíšťové encefalitidy (TBEV) s cílem určit, zda existují společné prvky v odpovědi k L. major a TBEV. Interferonem indukované GTPázy (guanylate-binding proteins, GBPs) hrají významnou úlohu v aktivaci inflamazómu a zprostředkovávají vrozenou rezistenci proti mnoha vnitrobuněčným patogenům. O jejich roli v leishmanióze je ale známo jen velmi málo. Fcγ receptor IV (FCGR4), receptor pro Fc fragment imunoglobulinu G (IgG), se podílí na efektorových funkcích imunitní odpovědi závislých na IgG2a a IgG2b. Pokusy s myšmi, které měly inaktivované jiné Fcγ receptory, ukázaly, že genetické pozadí hostitele určovalo jejich úlohu v odpovědi k parazitům a vedlo buď k rozvoji pretektivní imunity nebo k zhoršení projevů nemoci. Úloha FCGR4 v leishmanióze není známa. 10 Proto jsme studovali expresi mRNA pro Gbp2b/Gbp1, Gbp5 a Fcgr4 v kůži, ingvinálních lymfatických uzlinách, slezině a játrech po infekci L. major a u neinfikovaných kontrol. Použili jsme dvě různé skupiny příbuzných myších kmenů, které byly klasifikovány na základě velikosti kožních lezí způsobených infekcí jako vysoce vnímavé (BALB/c, CcS- 16), vnímavé (B10.O20), středně odolné (CcS-20) a rezistentní (STS, O20, B10, OcB-9, OcB- 43). Pozorovali jsme silné genetické ovlivnění hladin mRNA Gbp2b/Gbp1 a Gbp5. Některé kmeny se lišily v expresi Gbp2b/Gbp1 a Gbp5 již před infekcí. Několik z nich se odlišovalo v expresi Gbp2b/Gbp1 a/nebo Gbp5, přesto, že nesly stejné alely Gbp2b/Gbp1 a/nebo Gbp5, což odhalilo trans-regulaci Gbps. Infekce vedla k přibližně desetinásobné upregulaci mRNA Gbp2b/Gbp1 a Gbp5 v orgánech vnímavých i rezistentních kmenů a byla nejvíce výrazná v kůži. Ko-lokalizace proteinů GBP2b a parazitů L. major v kůži odolných a středně odolných kmenů, ale ne v kůži vysoce vnímavého kmene BALB/c naznačila, že tato molekula může mít úlohu v obraně proti leishmanióze. Podobně jako ve studii exprese Gbps jsme pozorovali silné genetické ovlivnění hladin mRNA Fcgr4 a také trans-regulaci exprese jak u neinfikovaných, tak u infikovaných myší. Infekce způsobuje v orgánech myších kmenů různou míru upregulace (až 50x) genu Fcgr4 nazávisle na vnímavosti nebo rezistenci. Upregulace FCGR4 po infekci byla potvrzena immunohistochemicky. Srovnali jsme umístění parazitů a FCGR4 a zjistili jejich částečnou ko-lokalizaci. Tento nález naznačuje vztah této molekuly a odpovědi k infekci L. major. Jak dochází k rozvoji viscerální leishmaniózy, která je bez léčby smrtelná, není dosud známo. Proto jsme analyzovali genetické ovlivnění počtu parazitů, jejich šíření do 11 vnitřních orgánů a následnou viscerální patologii. Určení počtu parazitů v lymfatických uzlinách, slezině a játrech infikovaných F2 hybridů mezi kmenem BALB/c a rekombinantními kongenními kmeny CcS-9 a CcS-16 nám umožnilo popsat síti podobný soubor interagujících genetických lokusů, které kontrolují množství parazitů v různých orgánech. Zmapovali jsme dva nové lokusy, které determinují množství parazitů: Leishmania major response 24 a 27 (Lmr24 a Lmr27). Také jsme detekovali roli v kontrole parazita u dříve popsaných lokusů Lmr4, Lmr11, Lmr13, Lmr14, Lmr15 and Lmr25 a Lmr27 a popsali 8 genetických interakcí mezi nimi. Lmr4, Lmr15, Lmr25 a Lmr27 kontrolují množství parazitů v játrech a lymfatických uzlinách. Dále jsme zjistili, že množství leishmanií v lymfatických uzlinách, ale ne v játrech je ovlivněno Lmr4 a Lmr24. Ve slezinách bylo množství parazitů kontrolováno Lmr11 a Lmr13. Detekovali jsme silný vliv sexu na některé z popsaných genů. V poslední části předkládané práce jsme studovali genetickou kontrolu vnímavosti k TBEV (virus klíšťové encefalitidy). Naše předchozí výsledky ukázaly, že kmen CcS-11, který nese 12,5% STS genomu na pozadí genomu kmene BALB/c, vykazuje vyšší vnímavost než rodičovské kmeny. Proto jsme přípravili F2 křížence mezi kmeny BALB/c a CcS-11 a provedli vazebnou a bioinformatickou analýzu. Tyto studie odhalily nový pravděpodobný lokus na myším chromozomu 7, který obsahuje 9 potenciálních kandidátních genů pro vnímavost k TBEV. Je zajímavé, že na myším chromozomu 7 byl u kmene CcS-11 mapován lokus Lmr21, který kontroluje vnímavost k L. major. Tento lokus je však zmapován na dlouhém chromozomálním úseku, takže za popsané účinky mohou být zodpovědné různé geny. 12 V souhrnu práce prezentuje nový vhled do odpovědi k parazitu L. major. Jako první popisuje roli genů Gbps a Fcgr4 jako markerů zánětu způsobeného infekcí L. major. Naše výsledky také ukazují, že exprese Gbps a Fcgr4 byla zvýšena dokonce v orgánech rezistentních myší, což může naznačovat skrytý zánět. Zbývá určit, zda klinicky asymptomatická infekce může představovat nebezpečí tím, že organizmus disponuje k náchylnosti k dalším chorobám. Také jsme provedli první systematický celogenomový screening pro odhalení genů kontrolujících množství parazitů v savčích orgánech po infekci L. major. Ukázalo se, že tyto geny vnímavosti hostitele se vyznačují heterogenními účinky zahrnujícími orgánově-specifickou kontrolu, geny se samostatným účinkem, genové interakce a geny, jejichž vliv je vázaný na pohlaví. Další hlubší charakterizace role genů Gbps a Fcgr4 a přesné mapování nově identifikovaných lokusů podílejících se na kontrole množství parazitů po infekci leishmanií v různých orgánech může pomoci porozumět podrobným mechanismům nemoci a otevřít nové perspektivy výzkumu, léčby a vývoje vakcíny proti leishmanióze. 13
Abstract v angličtině:
Abstract Leishmaniasis is a neglected tropical disease, which belongs to the top health problems because it is endemic in 98 countries in Asia, Africa, the Americas and the Mediterranean region, and is gradually expanding to new areas, including Central Europe and USA. Clinical manifestations of leishmaniasis include a diverse range of forms, ranging from non-lethal cutaneous leishmaniasis to potentially lethal visceral leishmaniasis. Asymptomatic cases are known to exist in endemic areas. Different species of Leishmania induce distinct symptoms, but even the patients infected by the same species develop different symptoms and may respond differently to the treatment. Thus, one of the challenges is to explain the observed variability of leishmaniasis that cannot be attributed to the currently known factors. To find novel regulatory factors of the disease we tested molecules that were shown to play role in other infections and mapped loci controlling parasite load after L. major infection. We also determined genetic control of survival after infection with tick-borne encephalitis virus (TBEV) in order to establish whether there are common elements in response to L. major and TBEV. Interferon-induced GTPases (guanylate-binding proteins, GBPs) play an important role in inflammasome activation and mediate innate resistance to many intracellular pathogens, but little is known about their role in leishmaniasis. Fcγ receptor IV (FCGR4), the receptor for the Fc fragment of immunoglobulin G (IgG), participates in IgG2a- and IgG2b-dependent effector functions in immune response. Experiments with mice bearing knockouts of other Fcγ receptors have shown that the genetic background of the host controls their role in response to Leishmania parasites, leading either to protective 6 immunity or to progression of disease. However, the information about the role of FCGR4 in leishmaniasis is missing. We therefore studied expression of Gbp2b/Gbp1, Gbp5 and Fcgr4 mRNA in skin, inguinal lymph nodes, spleen and liver after L. major infection and in uninfected controls. We used two different groups of related mouse strains, which were classified on basis of size of infection-induced skin lesions as highly susceptible (BALB/c, CcS-16), susceptible (B10.O20), intermediate (CcS-20), and resistant (STS, O20, B10, OcB-9, OcB-43). We observed strong genetic influence on Gbp2b/Gbp1 and Gbp5 mRNA levels. Some strains differed in Gbp2b/Gbp1 and Gbp5 expression prior to infection. Several of them differed in Gbp2b/Gbp1 and/or Gbp5 expression although they carried the same Gbp2b/Gbp1 and/or Gbp5 alleles, indicating their trans-regulation. Infection resulted in approximately 10x upregulation of Gbp2b/Gbp1 and Gbp5 mRNAs in organs of both susceptible and resistant strains. It was most pronounced in skin. Co-localization of GBP2b protein with most L. major parasites in skin of resistant and intermediate strains, but not in highly susceptible BALB/c mice suggests that this molecule might play role in defense against leishmaniasis. Similarly as in study of Gbps expression, we observed strong genetic influence on Fcgr4 mRNA levels, as well as trans-regulation in both uninfected and infected mice. Infection caused a varying degree of up-regulation (up to 50x) of Fcgr4 in organs of mouse strains irrespective of their susceptibility or resistance. The up-regulation of FCGR4 after infection was confirmed by immunohistochemistry. We have compared localization of the parasites and FCGR4 in skin and liver of selected strains and found their partial co- 7 localization. These findings suggest relationship of this molecule to the response to L. major infection. The development of visceral leishmaniasis, which is lethal if untreated, is not yet understood. Therefore we analyzed the genetics of parasite load, spread to internal organs, and ensuing visceral pathology. Quantification of Leishmania parasites in lymph nodes, spleen and liver of infected F2 hybrids between BALB/c and recombinant congenic strains CcS-9 and CcS-16 allowed us to describe a network-like set of interacting genetic loci that control parasite load in different organs. We mapped two novel loci controlling parasite load: L. major response 24 and 27 (Lmr24 and Lmr27). We also detected parasite- controlling role of the previously described loci Lmr4, Lmr11, Lmr13, Lmr14, Lmr15 and Lmr25, and describe 8 genetic interactions between them. Lmr14, Lmr15, Lmr25 and Lmr27 controlled parasite load in liver and lymph nodes. In addition, Leishmania burden in lymph nodes but not liver was influenced by Lmr4 and Lmr24. In spleen, parasite load was controlled by Lmr11 and Lmr13. We detected a strong effect of sex on some of these genes. In the last part of presented thesis we explored genetic control of susceptibility to TBEV. Our previous data shown that the strain CcS-11 carrying 12.5% of the STS genome on the background of the genome of the strain BALB/c, is even more susceptible than parental strains. Therefore, we have generated a F2 intercross between BALB/c and CcS-11 and performed a linkage and bioinformatics analysis. These studies revealed a novel suggestive locus on mouse chromosome 7 containing 9 potential candidate genes for TBEV response. Interestingly, on the mouse chromosome 7 was in the strain CcS-11 mapped locus Lmr21 that controls susceptibility to L. major. However, this locus is mapped on a long chromosomal segment, thus other gene(s) might be responsible for its effect. 8 Collectively, the thesis presents the new insight on the response to L. major parasites. For the first time, we described the role of Gbps and Fcgr4 as inflammatory markers of L. major infection. Our results also point out that expression of Gbps and Fcgr4 was increased even in organs of resistant mice, which might suggest a hidden inflammation. It remains to be established whether the clinically asymptomatic infection might represent danger in predisposing organism to other diseases. We also provided a first systematic a genome wide search of the genetic control of parasite load in mammalian organs after L. major infection. Host genes controlling L. major revealed a wide variety of heterogeneous effects that included distinct organ-specific control, single- gene effects, gene-gene interactions and sex dependent control. Further deep characterization of role of Gbps, Fcgr4 genes and fine mapping of newly identified loci involved in controlling parasite burden in different organs after Leishmania infection may help to understand the detailed mechanisms of the disease and would open new perspectives of the research, treatment and vaccine development against leishmaniasis. 9
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Mgr. Yahya Sohrabi, Ph.D. 23.22 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Mgr. Yahya Sohrabi, Ph.D. 65 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Mgr. Yahya Sohrabi, Ph.D. 64 kB
Stáhnout Autoreferát / teze disertační práce Mgr. Yahya Sohrabi, Ph.D. 582 kB
Stáhnout Posudek oponenta RNDr. Magdaléna Krulová, Ph.D. 310 kB
Stáhnout Posudek oponenta RNDr. Iva Kolářová, Ph.D. 415 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 775 kB