Bản sao transcriptome ruột giữa của Phlebotomus (Larroussius) perniciosus, một vector của Leishmania infantum: so sánh giữa ruồi cát ăn đường và ruồi cát ăn máu

Springer Science and Business Media LLC - Tập 12 - Trang 1-21 - 2011
Anna Dostálová1, Jan Votýpka1, Amanda J Favreau2, Kent D Barbian2, Petr Volf1, Jesus G Valenzuela3, Ryan C Jochim3
1Department of Parasitology, Faculty of Science, Charles University in Prague, Vinicna 7, Czech Republic
2Genomics Unit, Research Technologies Section, Rocky Mountain Laboratories, Hamilton, USA
3Vector Molecular Biology Unit, Laboratory of Malaria and Vector Research, NIAID, NIH, Rockville, USA

Tóm tắt

Sự tương tác giữa ký sinh trùng và vector là yếu tố cơ bản trong sự truyền bệnh do vector gây ra như bệnh leishmaniasis. Quá trình phát triển của Leishmania trong vector ruồi cát bị giới hạn trong ống tiêu hóa, nơi mà các phân tử ruột giữa của ruồi cát tương tác với ký sinh trùng. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã giải mã và phân tích hai thư viện cDNA đặc hiệu cho ruột giữa từ ruồi cái Phlebotomus perniciosus ăn đường và ăn máu và so sánh các biểu hiện phiên mã. Tổng cộng, 4111 trình tự chất lượng cao đã được thu thập từ hai thư viện và được lắp ráp thành 370 contig và 1085 singleton. Các phân tử có vai trò giả thuyết trong quá trình tiêu hóa bữa ăn máu, hình thành ma trận peritrophic, miễn dịch và phản ứng với stress oxy hóa đã được xác định, bao gồm cả các protein chưa được báo cáo trước đó trong ruồi cát. Những phân tử này đã được đánh giá so với các phiên mã ruồi cát đã được công bố khác. Phân tích so sánh hai thư viện cho thấy các phiên mã biểu hiện khác nhau đáp ứng với việc ăn máu. Các phân tử được điều chỉnh tăng bởi việc ăn máu bao gồm một peritrophin giả thuyết (PperPer1), hai protein tương tự chymotrypsin (PperChym1 và PperChym2), một trypsin giả thuyết (PperTryp3) và bốn protein vi nhung mao giả thuyết (PperMVP1, 2, 4 và 5). Ngoài ra, một số phiên mã phong phú hơn trong ruột giữa của ruồi cát ăn đường, chẳng hạn như hai trypsin giả thuyết (PperTryp1 và PperTryp2), một chymotrypsin (PperChym3) và một protein vi nhung mao (PperMVP3). Chúng tôi đã thực hiện phân tích biểu hiện theo thời gian chi tiết của các phiên mã trypsin giả thuyết bằng cách sử dụng qPCR và xác nhận sự biểu hiện của các trypsin bị ảnh hưởng bởi máu và bị ức chế bởi máu. Sự biểu hiện trypsin được đo trong các ruồi cát nhiễm và không nhiễm Leishmania infantum, từ đó xác định được sự ức chế do L. infantum gây ra trên phiên mã PperTryp3 sau 24 giờ ăn máu. Transcriptome đặc hiệu cho mô ruột giữa này cung cấp cái nhìn sâu sắc vào các phân tử được biểu hiện trong ruột giữa của P. perniciosus, một vector quan trọng của leishmaniasis nội tạng ở thế giới cũ. Thông qua phân tích so sánh các thư viện, chúng tôi đã xác định các phân tử biểu hiện khác nhau trong quá trình tiêu hóa bữa ăn máu. Hơn nữa, nghiên cứu này cung cấp một so sánh chi tiết với các phiên mã của các ruồi cát khác. Hơn nữa, phân tích của chúng tôi về các trypsin giả thuyết đã chứng minh rằng nhiễm L. infantum có thể làm giảm sự phong phú của phiên mã trypsin PperTryp3 trong ruột giữa của P. perniciosus.

Từ khóa

#Leishmania #Phlebotomus perniciosus #transcriptome #ruồi cát #bệnh leishmaniasis #tiêu hóa bữa ăn máu

Tài liệu tham khảo

Killick-Kendrick R: The biology and control of phlebotomine sand flies. Clin Dermatol. 1999, 17: 279-289. 10.1016/S0738-081X(99)00046-2. Kamhawi S: Phlebotomine sand flies and Leishmania parasites: friends or foes?. Trends Parasitol. 2006, 22: 439-445. 10.1016/j.pt.2006.06.012. Peacock CS, Seeger K, Harris D, Murphy L, Ruiz JC, Quail MA, Peters N, Adlem E, Tivey A, Aslett M, Kerhornou A, Ivens A, Fraser A, Rajandream MA, Carver T, Norbertczak H, Chillingworth T, Hance Z, Jagels K, Moule S, Ormond D, Rutter S, Squares R, Whitehead S, Rabbinowitsch E, Arrowsmith C, White B, Thurston S, Bringaud F, Baldauf SL, Faulconbridge A, Jeffares D, Depledge DP, Oyola SO, Hilley JD, Brito LO, Tosi LR, Barrell B, Cruz AK, Mottram JC, Smith DF, Berriman M: Comparative genomic analysis of three Leishmania species that cause diverse human disease. Nat Genet. 2007, 39: 839-847. 10.1038/ng2053. Oliveira F, Jochim RC, Valenzuela JG, Kamhawi S: Sand flies, Leishmania, and transcriptome-borne solutions. Parasitol Int. 2009, 58: 1-5. 10.1016/j.parint.2008.07.004. Ramalho-Ortigao M, Jochim RC, Anderson JM, Lawyer PG, Pham VM, Kamhawi S, Valenzuela JG: Exploring the midgut transcriptome of Phlebotomus papatasi: comparative analysis of expression profiles of sugarfed, blood-fed and Leishmania major-infected sandflies. BMC Genomics. 2007, 8- Jochim RC, Teixeira CR, Laughinghouse A, Mu JB, Oliveira F, Gomes RB, Elnaiem DE, Valenzuela JG: The midgut transcriptome of Lutzomyia longipalpis: comparative analysis of cDNA libraries from sugar-fed, blood-fed, post-digested and Leishmania infantum chagasi-infected sand flies. BMC Genomics. 2008, 9- Pitaluga AN, Beteille V, Lobo AR, Ortigao-Farias JR, Davila AM, Souza AA, Ramalho-Ortigão JM, Traub-Cseko YM: EST sequencing of blood-fed and Leishmania-infected midgut of Lutzomyia longipalpis, the principal visceral leishmaniasis vector in the Americas. Mol Genet Genomics. 2009, 282: 307-317. 10.1007/s00438-009-0466-2. Ramalho-Ortigao JM, Kamhawi S, Joshi MB, Reynoso D, Lawyer PG, Dwyer DM, Sacks DL, Valenzuela JG: Characterization of a blood activated chitinolytic system in the midgut of the sand fly vectors Lutzomyia longipalpis and Phlebotomus papatasi. Insect Mol Biol. 2005, 14: 703-712. 10.1111/j.1365-2583.2005.00601.x. Kamhawi S, Ramalho-Ortigao M, Pham VM, Kumar S, Lawyer PG, Turco SJ, Barillas-Mury C, Sacks DL, Valenzuela JG: A role for insect galectins in parasite survival. Cell. 2004, 119: 329-341. 10.1016/j.cell.2004.10.009. Sant'Anna MR, Diaz-Albiter H, Mubaraki M, Dillon RJ, Bates PA: Inhibition of trypsin expression in Lutzomyia longipalpis using RNAi enhances the survival of Leishmania. Parasit Vectors. 2009, 2: 62-10.1186/1756-3305-2-62. Pimenta PFP, Saraiva EMB, Rowton E, Modi GB, Garraway LA, Beverley SM, Turco SJ, Sacks DL: Evidence that the vectorial competence of phlebotomine sand flies for different species of Leishmania is controlled by structural polymorphisms in the surface lipophosphoglycan. Proc Natl Acad Sci USA. 1994, 91: 9155-9159. 10.1073/pnas.91.19.9155. Myskova J, Svobodova M, Beverley SM, Volf P: A lipophosphoglycan-independent development of Leishmania in permissive sand flies. Microbes Infect. 2007, 9: 317-324. 10.1016/j.micinf.2006.12.010. Svarovska A, Ant TH, Seblova V, Jecna L, Beverley SM, Volf P: Leishmania major glycosylation mutants require phosphoglycans (lpg2-) but not lipophosphoglycan (lpg1-) for survival in permissive sand fly vectors. PLoS Negl Trop Dis. 2010, 4: e580-10.1371/journal.pntd.0000580. Guo Y, Ribeiro JM, Anderson JM, Bour S: dCAS: a desktop application for cDNA sequence annotation. Bioinformatics. 2009, 25: 1195-1196. 10.1093/bioinformatics/btp129. Ramalho-Ortigao JM, Kamhawi S, Rowton ED, Ribeiro JMC, Valenzuela JG: Cloning and characterization of trypsin- and chymotrypsin-like proteases from the midgut of the sand fly vector Phlebotomus papatasi. Insect Biochem Mol Biol. 2003, 33: 163-171. 10.1016/S0965-1748(02)00187-X. Telleria EL, Pitaluga AN, Ortigao-Farias JR, de Araujo APO, Ramalho-Ortigao JM, Traub-Cseko YM: Constitutive and blood meal-induced trypsin genes in Lutzomyia longipalpis. Arch Insect Biochem Physiol. 2007, 66: 53-63. 10.1002/arch.20198. Dillon RJ, Lane RP: Bloodmeal Digestion in the Midgut of Phlebotomus papatasi and Phlebotomus langeroni. Med Vet Entomol. 1993, 7: 225-232. 10.1111/j.1365-2915.1993.tb00681.x. Schlein Y, Romano H: Leishmania major and L. donovani: effects on proteolytic enzymes of Phlebotomus papatasi (Diptera: Psychodidae). Exp Parasitol. 1986, 62: 376-380. 10.1016/0014-4894(86)90045-7. Dillon RJ, Lane RP: Influence of Leishmania Infection on Blood-Meal Digestion in the Sandflies Phlebotomus-papatasi and P. langeroni. Parasitol Res. 1993, 79: 492-496. 10.1007/BF00931590. Telleria EL, de Araujo AP, Secundino NF, vila-Levy CM, Traub-Cseko YM: Trypsin-Like Serine Proteases in Lutzomyia longipalpis - Expression, Activity and Possible Modulation by Leishmania infantum chagasi. PLoS One. 2010, 5: e10697-10.1371/journal.pone.0010697. Graf R, Briegel H: The synthetic pathway of trypsin in the mosquito Aedes aegypti L (Diptera, Culicidae) and in vitro stimulation in isolated midguts. Insect Biochem. 1989, 19: 129-137. 10.1016/0020-1790(89)90083-8. Titani K, Ericsson LH, Walsh KA, Neurath H: Amino-acid sequence of bovine carboxypeptidase B. Proc Natl Acad Sci USA. 1975, 72: 1666-1670. 10.1073/pnas.72.5.1666. Lavazec C, Boudin C, Lacroix R, Bonnet S, Diop A, Thiberge S, Boisson B, Tahar R, Bourgoin C: Carboxypeptidases B of Anopheles gambiae as targets for a Plasmodium falciparum transmission-blocking vaccine. Infect Immun. 2007, 75: 1635-1642. 10.1128/IAI.00864-06. Dinglasan RR, Kalume DE, Kanzok SM, Ghosh AK, Muratova O, Pandey A4, et al: Disruption of Plasmodium falciparum development by antibodies against a conserved mosquito midgut antigen. Proc Natl Acad Sci USA. 2007, 104: 13461-13466. 10.1073/pnas.0702239104. Abdullah MA, Valaitis AP, Dean DH: Identification of a Bacillus thuringiensis Cry11Ba toxin-binding aminopeptidase from the mosquito, Anopheles quadrimaculatus. BMC Biochem. 2006, 7: 16-10.1186/1471-2091-7-16. Pomes A, Melen E, Vailes LD, Retief JD, Arruda LK, Chapman MD: Novel allergen structures with tandem amino acid repeats derived from German and American cockroach. J Biol Chem. 1998, 273: 30801-30807. 10.1074/jbc.273.46.30801. Wittstock U, Agerbirk N, Stauber EJ, Olsen CE, Hippler M, Mitchell-Olds T, Gershenzon J, Vogel H: Successful herbivore attack due to metabolic diversion of a plant chemical defense. Proc Natl Acad Sci USA. 2004, 101: 4859-4864. 10.1073/pnas.0308007101. Fischer HM, Wheat CW, Heckel DG, Vogel H: Evolutionary origins of a novel host plant detoxification gene in butterflies. Mol Biol Evol. 2008, 25: 809-820. 10.1093/molbev/msn014. Abraham EG, Islam S, Srinivasan P, Ghosh AK, Valenzuela JG, Ribeiro JM, Kafatos FC, Dimopoulos G, Jacobs-Lorena M: Analysis of the Plasmodium and Anopheles transcriptional repertoire during ookinete development and midgut invasion. J Biol Chem. 2004, 279: 5573-5580. Shao L, Devenport M, Fujioka H, Ghosh A, Jacobs-Lorena M: Identification and characterization of a novel peritrophic matrix protein, Ae-Aper50, and the microvillar membrane protein, AEG12, from the mosquito, Aedes aegypti. Insect Biochem Molecul Biol. 2005, 35: 947-959. 10.1016/j.ibmb.2005.03.012. Zaidman-Remy A, Herve M, Poidevin M, Pili-Floury S, Kim MS, Blanot D, Oh BD, Ueda R, Mengin-Lecreulx D, Lemaitre B: The Drosophila amidase PGRP-LB modulates the immune response to bacterial infection. Immunity. 2006, 24: 463-473. 10.1016/j.immuni.2006.02.012. Christophides GK, Zdobnov E, Barillas-Mury C, Birney E, Blandin S, Blass C, Brey PT, Collins FH, Danielli A, Dimopoulos G, Hetru C, Hoa NT, Hoffmann JA, Kanzok SM, Letunic I, Levashina EA, Loukeris TG, Lycett G, Meister S, Michel K, Moita LF, Müller HM, Osta MA, Paskewitz SM, Reichhart JM, Rzhetsky A, Troxler L, Vernick KD, Vlachou D, Volz J, von Mering C, Xu J, Zheng L, Bork P, Kafatos FC: Immunity-related genes and gene families in Anopheles gambiae. Science. 2002, 298: 159-165. 10.1126/science.1077136. Meister S, Agianian B, Turlure F, Relogio A, Morlais I, Kafatos FC, Christophides GK: Anopheles gambiae PGRPLC-mediated defense against bacteria modulates infections with malaria parasites. PLoS Pathog. 2009, 5: e1000542-10.1371/journal.ppat.1000542. Warr E, Das S, Dong Y, Dimopoulos G: The Gram-negative bacteria-binding protein gene family: its role in the innate immune system of anopheles gambiae and in anti-Plasmodium defence. Insect Mol Biol. 2008, 17: 39-51. 10.1111/j.1365-2583.2008.00778.x. Kumar S, Molina-Cruz A, Gupta L, Rodrigues J, Barillas-Mury C: A peroxidase/dual oxidase system modulates midgut epithelial immunity in Anopheles gambiae. Science. 2010, 327: 1644-1648. 10.1126/science.1184008. Boulanger N, Lowenberger C, Volf P, Ursic R, Sigutova L, Sabatier L, Svobodova M, Beverley SM, Späth G, Brun R, Pesson B, Bulet P: Characterization of a defensin from the sand fly Phlebotomus duboscqi induced by challenge with bacteria or the protozoan parasite Leishmania major. Infect Immun. 2004, 72: 7140-7146. 10.1128/IAI.72.12.7140-7146.2004. Kumar S, Christophides GK, Cantera R, Charles B, Han YS, Meister S, Dimopoulos G, Kafatos FC, Barillas-Mury C: The role of reactive oxygen species on Plasmodium melanotic encapsulation in Anopheles gambiae. Proc Natl Acad Sci USA. 2003, 100: 14139-14144. 10.1073/pnas.2036262100. Zdobnov EM, von MC, Letunic I, Torrents D, Suyama M, Copley RR, Christophides GK, Thomasova D, Holt RA, Subramanian GM, Mueller HM, Dimopoulos G, Law JH, Wells MA, Birney E, Charlab R, Halpern AL, Kokoza E, Kraft CL, Lai Z, Lewis S, Louis C, Barillas-Mury C, Nusskern D, Rubin GM, Salzberg SL, Sutton GG, Topalis P, Wides R, Wincker P, Yandell M, Collins FH, Ribeiro J, Gelbart WM, Kafatos FC, Bork P: Comparative genome and proteome analysis of Anopheles gambiae and Drosophila melanogaster. Science. 2002, 298: 149-159. 10.1126/science.1077061. Kanzok SM, Fechner A, Bauer H, Ulschmid JK, Muller HM, Botella-Munoz J, Schneuwly S, Schirmer R, Becker K: Substitution of the thioredoxin system for glutathione reductase in Drosophila melanogaster. Science. 2001, 291: 643-646. 10.1126/science.291.5504.643. Dillon RJ, Ivens AC, Churcher C, Holroyd N, Quail MA, Rogers ME, Soares MB, Bonaldo MF, Casavant TL, Lehane MJ, Bates PA: Analysis of ESTs from Lutzomyia longipalpis sand flies and their contribution toward understanding the insect-parasite relationship. Genomics. 2006, 88: 831-840. 10.1016/j.ygeno.2006.06.011. Jaramillo-Gutierrez G, Rodrigues J, Ndikuyeze G, Povelones M, Molina-Cruz A, Barillas-Mury C: Mosquito immune responses and compatibility between Plasmodium parasites and anopheline mosquitoes. BMC Microbiol. 2009, 9: 154-10.1186/1471-2180-9-154. Narasimhan S, Sukumaran B, Bozdogan U, Thomas V, Liang X, Deponte K, Marcantonio N, Koski RA, Anderson JF, Kantor F, Fikrig E: A tick antioxidant facilitates the Lyme disease agent's successful migration from the mammalian host to the arthropod vector. Cell Host Microbe. 2007, 2: 7-18. 10.1016/j.chom.2007.06.001. Molina-Cruz A, DeJong RJ, Charles B, Gupta L, Kumar S, Jaramillo-Gutierrez G, Barillas-Mury C: Reactive oxygen species modulate Anopheles gambiae immunity against bacteria and Plasmodium. J Biol Chem. 2008, 283: 3217-3223. Sant'Anna MR, Alexander B, Bates PA, Dillon RJ: Gene silencing in phlebotomine sand flies: Xanthine dehydrogenase knock down by dsRNA microinjections. Insect Biochem Mol Biol. 2008, 38: 652-660. 10.1016/j.ibmb.2008.03.012. Dunkov B, Georgieva T: Insect iron binding proteins: Insights from the genomes. Insect Biochem Mol Biol. 2006, 36: 300-309. 10.1016/j.ibmb.2006.01.007. Ramalho-Ortigao JM, Traub-Cseko YM: Molecular characterization of Llchit1, a midgut chitinase cDNA from the leishmaniasis vector Lutzomyia longipalpis. Insect Biochem Mol Biol. 2003, 33: 279-287. 10.1016/S0965-1748(02)00209-6. Sadlova J, Volf P: Peritrophic matrix of Phlebotomus duboscqi and its kinetics during Leishmania major development. Cell Tissue Res. 2009, 337: 313-325. 10.1007/s00441-009-0802-1. Dinglasan RR, Devenport M, Florens L, Johnson JR, McHugh CA, Donnelly-Doman M, Carucci DJ, Yates JR, Jacobs-Lorena M: The Anopheles gambiae adult midgut peritrophic matrix proteome. Insect Biochem Mol Biol. 2009, 39: 125-134. 10.1016/j.ibmb.2008.10.010. Lehane MJ: Peritrophic matrix structure and function. Annu Rev Entomol. 1997 Devenport M, Alvarenga PH, Shao L, Fujioka H, Bianconi ML, Oliveira PL, Jacobs-Lorena M: Identification of the Aedes aegypti peritrophic matrix protein AeIMUCI as a heme-binding protein. Biochemistry. 2006, 45: 9540-9549. 10.1021/bi0605991. Anderson JM, Oliveira F, Kamhawi S, Mans BJ, Reynoso D, Seitz AE, Lawyer P, Garfield M, Pham M, Valenzuela JG: Comparative salivary gland transcriptomics of sandfly vectors of visceral leishmaniasis. BMC Genomics. 2006, 7: 52-10.1186/1471-2164-7-52. Volf P, Volfova V: Establishment and maintenance of sand fly colonies. J Vector Ecol. 2011, 36- Francischetti IM, Calvo E, Andersen JF, Pham VM, Favreau AJ, Barbian KD, Romero A, Valenzuela JG, Ribeiro JM: Insight into the Sialome of the Bed Bug, Cimex lectularius. J Proteome Res. 2010, 9: 3820-3831. 10.1021/pr1000169. Huang X, Madan A: CAP3: A DNA sequence assembly program. Genome Res. 1999, 9: 868-877. 10.1101/gr.9.9.868. Ewing B, Hillier L, Wendl MC, Green P: Base-calling of automated sequencer traces using phred. I. Accuracy assessment. Genome Res. 1998, 8: 175-185. Ewing B, Green P: Base-calling of automated sequencer traces using phred. II. Error probabilities. Genome Res. 1998, 8: 186-194. Altschul SF, Madden TL, Schaffer AA, Zhang J, Zhang Z, Miller W, Lipman DJ: Gapped BLAST and PSI-BLAST: a new generation of protein database search programs. Nucleic Acids Res. 1997, 25: 3389-3402. 10.1093/nar/25.17.3389. Ashburner M, Ball CA, Blake JA, Botstein D, Butler H, Cherry JM, Davis AP, Dolinski K, Dwight SS, Eppig JT, Harris MA, Hill DP, Issel-Tarver L, Kasarskis A, Lewis S, Matese JC, Richardson JE, Ringwald M, Rubin GM, Sherlock G: Gene ontology: tool for the unification of biology. The Gene Ontology Consortium. Nat Genet. 2000, 25: 25-29. 10.1038/75556. Tatusov RL, Fedorova ND, Jackson JD, Jacobs AR, Kiryutin B, Koonin EV, Krylov DM, Mazumder R, Mekhedov SL, Nikolskaya AN, Rao BS, Smirnov S, Sverdlov AV, Vasudevan S, Wolf YI, Yin JJ, Natale DA: The COG database: an updated version includes eukaryotes. BMC Bioinformatics. 2003, 4: 41-10.1186/1471-2105-4-41. Epub; 2003 Sep 11 Schultz J, Copley RR, Doerks T, Ponting CP, Bork P: SMART: a web-based tool for the study of genetically mobile domains. Nucleic Acids Res. 2000, 28: 231-234. 10.1093/nar/28.1.231. Bateman A, Birney E, Durbin R, Eddy SR, Howe KL, Sonnhammer EL: The Pfam protein families database. Nucleic Acids Res. 2000, 28: 263-266. 10.1093/nar/28.1.263. Bendtsen JD, Nielsen H, von HG, Brunak S: Improved prediction of signal peptides: SignalP 3.0. J Mol Biol. 2004, 340: 783-795. 10.1016/j.jmb.2004.05.028. Sonnhammer EL, von HG, Krogh A: A hidden Markov model for predicting transmembrane helices in protein sequences. Proc Int Conf Intell Syst Mol Biol. 1998, 6: 175-182. Julenius K, Molgaard A, Gupta R, Brunak S: Prediction, conservation analysis, and structural characterization of mammalian mucin-type O-glycosylation sites. Glycobiology. 2005, 15: 153-164. Larkin MA, Blackshields G, Brown NP, Chenna R, McGettigan PA, McWilliam H, Valentin F, Wallace IM, Wilm A, Lopez R, Thompson JD, Gibson TJ, Higgins DG: Clustal W and Clustal X version 2.0. Bioinformatics. 2007, 23: 2947-2948. 10.1093/bioinformatics/btm404. Abascal F, Zardoya R, Posada D: ProtTest: selection of best-fit models of protein evolution. Bioinformatics. 2005, 21: 2104-2105. 10.1093/bioinformatics/bti263. Schmidt HA, Strimmer K, Vingron M, von HA: TREE-PUZZLE: maximum likelihood phylogenetic analysis using quartets and parallel computing. Bioinformatics. 2002, 18: 502-504. 10.1093/bioinformatics/18.3.502. Tamura K, Dudley J, Nei M, Kumar S: MEGA4: Molecular Evolutionary Genetics Analysis (MEGA) software version 4.0. Mol Biol Evol. 2007, 24: 1596-1599. 10.1093/molbev/msm092.