Bio-informatische analyse van interacties tussen apenpokkenvirus en gastheercel

Bio-informatische analyse van interacties tussen apenpokkenvirus en gastheercel

Hoewel infectie met het apenpokkenvirus voornamelijk in West- en Centraal-Afrika is aangetroffen, is dit dubbelstrengs DNA-virus sinds mei 2022 in veel landen buiten Afrika gemeld. Net als het pokkenvirus behoort het apenpokkenvirus ook tot de orthopokkenvirusfamilie en is het minder ernstig. De Wereldgezondheidsorganisatie heeft onlangs de wereldwijde uitbraak van apenpokken uitgeroepen tot een noodsituatie op het gebied van de volksgezondheid van internationaal belang.

Leren: Een bioinformatica-benadering om systematisch de moleculaire patronen van apenpokkenvirus-gastheercelinteracties te analyseren. Beeldcredits: Spotted Yeti / Shutterstock

achtergrond

Genetica en genomica eBook

Compilatie van de beste interviews, artikelen en nieuws van het afgelopen jaar. Download vandaag nog een exemplaar

Doorgaans duren de symptomen van de apenpokkenziekte ongeveer 2 tot 4 weken, met een laag sterftecijfer van 3,6% in West-Afrika en 10,6% in het Congobekken. De incubatietijd van dit virus ligt tussen de 5 en 21 dagen, wat niet besmettelijk is. Patiënten die besmet zijn met apenpokken ervaren hoofdpijn, vermoeidheid, koorts, spierpijn en lymfadenopathie. Binnen drie dagen na infectie verschijnen huiduitslag op verschillende delen van het lichaam, zoals het gezicht, de handen, de benen, het mondslijmvlies, het bindvlies, de geslachtsorganen en het hoornvlies.

Twee belangrijke routes voor de overdracht van ziekten zijn de overdracht van dier op mens en van mens op mens. Recente onderzoeken met betrekking tot de uitbraak van apenpokken hebben melding gemaakt van overdracht via MSM (mannen die seks hebben met mannen).

Het merendeel van de beschikbare gegevens over infectie met de apenpokkenziekte bestaat uit casusrapporten. Er zijn zeer weinig onderzoeken naar de interacties tussen het virus en de gastheer. Het is belangrijk om de onderliggende mechanismen te begrijpen die verband houden met apenpokkeninteracties met mensen die ernstige infecties veroorzaken. Deze informatie kan helpen bij het ontwikkelen van effectieve behandelingen om apenpokkeninfecties te genezen en te voorkomen.

Een onlangs gepubliceerde studie over de bioRxiv * Preprint-server rapporteerde de interactie tussen apenpokken en menselijke cellen. Moleculaire sequenties werden gescreend om differentieel tot expressie gebrachte genen (DEG's) en de bijbehorende signalering, expressieregulatie en metabolische routes te identificeren. Deze resultaten kunnen helpen bij het bepalen van een effectief doelwit voor de toekomstige behandeling van de apenpokkenziekte.

Over studeren

Om de effecten van apenpokkeninfectie op menselijke cellen op transcriptniveau te evalueren, werden datasets voor moleculaire sequentiebepaling, namelijk GSE36854 en GSE11234, verkregen uit de Gene Expression Omnibus (GEO) database. De GSE36854-gegevensset bevatte acht monsters van vacciniavirusstam IHD-W, vacciniavirusstam Brighton Red, apenpokkenvirusstam MSF geïnfecteerd met Hela-cellen, en één blanco monster.

De GSE11234-dataset was gebaseerd op GPL6763, die vele soorten pokkenvirussen en sjablooninformatie over het menselijk genoom bevatte. De met apenpokken geïnfecteerde Hela-celmonsters werden geanalyseerd om genomische veranderingen waar te nemen. De moleculaire sequenties werden verwerkt en gevisualiseerd om significant uniek tot expressie gebrachte genen te identificeren

Studieresultaten

Er werden in totaal 84 DEG's anders dan histongenen gevonden, die voor verder onderzoek werden gebruikt. Virale interacties zijn sterk afhankelijk van vroege genen om gastheercellen te infecteren en hun overleving, replicatie en overdracht te garanderen. Deze genen zijn ook geassocieerd met de regulatie van de immuniteit van de gastheer. Daarom werd de genexpressiestatus van het apenpokkenvirus geanalyseerd en werden 26 vermoedelijke vroege genen ontdekt die coderen voor het ankyrine-herhalingseiwit.

Bij het vergelijken van sequentiegegevens van veel apenpokkenmonsters van de epidemie van 2022 en het D1L-gen dat in 2018 in Groot-Brittannië werd gedocumenteerd, werden verschillende locatiemutaties waargenomen. Deze mutaties zouden verantwoordelijk kunnen zijn voor een betere aanpassing in de menselijke gastheer en een verbeterde overdracht van mens op mens.

De veranderingen in het lichaam veroorzaakt door externe stimuli kunnen worden onderzocht door signaalroutes te analyseren. Er werd waargenomen dat DEG's van met apenpokken geïnfecteerde Hela-cellen geassocieerd zijn met KEGG-signaleringsroutes, zoals TNF-signaleringsroute, IL-17-signaleringsroute, NF-kappa B-signaleringsroute, cytokine-cytokinereceptorinteractie, C-type lectinereceptor-signaleringsroute, Kaposi's sarcoom-geassocieerde herpesvirusinfectie, Th17-celdifferentiatie, NOD-achtige receptorsignaleringsroute, kleincellige longkanker en menselijke T-cel-leukemievirusinfectie. Deze bevinding suggereert dat een apenpokkeninfectie immuunreacties uitlokt en een ontstekingsreactie veroorzaakt.

Genetische ziekteanalyse (GD) werd uitgevoerd om de relatie tussen apenpokken DEG's en verschillende ziekten te voorspellen. Deze analyse onthulde de associatie van apenpokkeninfectie met levercirrose, reperfusieschade, borstneoplasmata, ontstekingen, hypertensieve ziekte, juveniele artritis en hersenischemie. De resultaten van dit onderzoek kwamen overeen met eerdere rapporten die complicaties en gevolgen van apenpokken aan het licht brachten. Bovendien werd in de huidige studie ook een verband waargenomen tussen apenpokkeninfectie en de manifestatie van schizofrenie en psychologische depressie.

De rol van prostaglandine-endoperoxidesynthase 2 (PTGS2), ook bekend als cyclo-oxygenase 2 (COX-2), is niet gerapporteerd bij een apenpokkeninfectie. Op basis van beschikbaar bewijsmateriaal met betrekking tot andere ziekten werd echter aangenomen dat het apenpokkenvirus het pathologische proces reguleerde door PTGS2 onder controle te houden.

De hubgenen zoals IFIT1, IFIT2, IER3, ZC3H12A, IL11, EREG, IER2, FST, NFKBIE en AREG uit met apenpokken geïnfecteerde HELA-cellen werden geëxtraheerd. Doorgaans worden hub-genen geassocieerd met verschillende biologische processen. De auteurs identificeerden de belangrijkste transcriptiefactoren die hub-genen reguleren, namelijk h. IRF1, GLIS2, SIN3A, FOXJ2, Smad5, ZFX en ATF1, evenals miRNA's (bijv. hsa-mir-21-3p, hsa-mir-16-5p, hsa-mir -520c-3p, hsa-mir -1343-3p, hsa-mir-335-5p en hsa-mir -203-3p).

Conclusies

Uit de huidige studie is gebleken dat het apenpokkenvirus twee antivirale genen remt, namelijk IFIT1 en IFIT2. Bovendien toonde bio-informatica-analyse via de CellMiner-database aan dat AP-26113 (brigatinib) en itraconazol veelbelovend zijn voor de behandeling van apenpokkeninfecties.

*Belangrijke OPMERKING

bioRxiv publiceert voorlopige wetenschappelijke rapporten die niet door vakgenoten zijn beoordeeld en daarom niet als overtuigend mogen worden beschouwd, de klinische praktijk/gezondheidsgedrag niet kunnen begeleiden, of als gevestigde informatie moeten worden behandeld.

Referentie:

• Tang, Z. et al. (2022) Ein bioinformatischer Ansatz zur systematischen Analyse der molekularen Muster von Interaktionen zwischen Affenpockenvirus und Wirtszelle. bioRxiv 2022.10.12.511850; doi: https://doi.org/10.1101/2022.10.12.511850, https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.10.12.511850v1

.