Interacción transcriptómica ectoparásito-hospedero modulación de la expresión génica durante la infestación de Caligus Rogercresseyi sobre Salmo salar.

Abstract

La interacción parásito-hospedero comienza una vez que el parásito identifica a su hospedador, el hospedador activa su mecanismo de respuesta generando un ambiente hostil al parásito para evitar la infección. En la actualidad, los estudios transcriptómicos permiten establecer una visión global de las vías de señalización molecular que son alteradas durante la interacción parásito-hospedero. El observar los perfiles de expresión génica durante una infección en ambos actores posibilita la identificación de moléculas asociadas al proceso de interacción. Sin embargo, conocer sólo como cambia la transcripción de ciertos genes no permite explicar por completo el proceso de interacción. Los mecanismos posttranscripcionales asociados a RNA no-codificantes sugieren una participación activa de este tipo de transcritos durante la interacción parásito-hospedero, regulando la expresión de genes expresados en respuesta al parásito. El objetivo de este estudio fue identificar mediante una aproximación transcriptómica, los procesos biológicos mediadores de la interacción parásitohospedero y evaluar como estos son modulados a nivel post-transcripcional por ARN no codificantes, utilizando como modelo de estudio la interacción entre Caligus rogercresseyi y salmónidos. Para ello se realizaron ensayos de infestación con C. rogercresseyi, en dos especies de salmónidos (salmón del Atlántico y salmón Coho), desde los cuales se tomaron muestras de piel y riñón anterior 7 y 14 días post-infección (dpi) para secuenciación de transcriptoma. Durante el periodo de infestación se observó que salmón Coho presentaba mayor nivel de resistencia al ectoparásito que salmón del Atlántico. Desde el análisis de transcriptoma fue posible identificar diferentes mecanismos de respuesta a la infestación entre salmón del Atlántico y Coho. En salmón del Atlántico se observó regulación de las vías de respuesta asociadas a receptores tipo Toll con un alto nivel de expresión tlr22a2. Además, se observó una respuesta inmune de tipo nutricional reflejada en los altos niveles de regulación de transportadores de hierro como ferritina, haptoglobina, entre otros. Adicionalmente, en C. rogercresseyi infectando salmón del Atlántico se observaron altos nivel de expresión de Cr_ferritina, sugiriendo mecanismos de competencia por hierro entre el parásito y su hospedero. Por otra parte, en salmón Coho se observaron altos niveles de respuesta proinflamatoria en presencia de C. rogercresseyi, así como aumento en la expresión de genes asociados a la vía de degradación del grupo Hemo, e incremento de los niveles de estrés oxidativo. Este hecho sugiere un ambiente desfavorable para el ectoparásito, explicando la significativa reducción de carga de C. rogercresseyi en salmón Coho luego de 7 días en comparación con salmón del Atlántico. Adicionalmente, para comprender los mecanismos regulatorios de la respuesta a la infestación por C. rogercresseyi, se realizó un análisis de transcriptos no-codificante en peces infectados y controles. Desde los datos de secuenciación de transcriptoma se identificaron 4.140 y 2.123 lncRNAs asociados a la infestación por C. rogercresseyi para salmón del Atlántico y Coho, respectivamente. Luego de localizar los lncRNAs en el genoma de cada especie de salmón, se observó que los lncRNAs expresados en salmón del Atlántico durante la infestación regularían genes asociados a respuesta inmune y estrés, mientras que lo lncRNAs identificados en salmón Coho modularían genes involucrados en procesos de reparación de tejidos e interacción celular. Adicionalmente, se caracterizó el miRNoma de salmón del Atlántico infestado con C. rogercresseyi. Observando gran abundancia de miRNA a los 7 y 14 dpi en riñon anterior y piel, respectivamente. Las familia de los miRNA mir-21 significativa reducción de carga de C. rogercresseyi en salmón Coho luego de 7 días en comparación con salmón del Atlántico. Adicionalmente, para comprender los mecanismos regulatorios de la respuesta a la infestación por C. rogercresseyi, se realizó un análisis de transcriptos no-codificante en peces infectados y controles. Desde los datos de secuenciación de transcriptoma se identificaron 4.140 y 2.123 lncRNAs asociados a la infestación por C. rogercresseyi para salmón del Atlántico y Coho, respectivamente. Luego de localizar los lncRNAs en el genoma de cada especie de salmón, se observó que los lncRNAs expresados en salmón del Atlántico durante la infestación regularían genes asociados a respuesta inmune y estrés, mientras que lo lncRNAs identificados en salmón Coho modularían genes involucrados en procesos de reparación de tejidos e interacción celular. Adicionalmente, se caracterizó el miRNoma de salmón del Atlántico infestado con C. rogercresseyi. Observando gran abundancia de miRNA a los 7 y 14 dpi en riñon anterior y piel, respectivamente. Las familia de los miRNA mir-21 y mir-181 fueron las más abundantes y regularían genes asociados a la respuesta a C. rogercresseyi, como alas, mmp13, crr3 y tlr22a2. Por otra parte, desde estudios de transcriptoma de miRNA de C. rogercresseyi se identificó un miRNA como posible regulador de genes de respuesta inmune de salmón del Atlántico como tlr22, ifn-g y cd83, sugiriendo un mecanismo interacción parásito-hospedero modulado por miRNAs del ectoparásito. Finalmente, se evaluó una vacuna contra C. rogercresseyi, utilizando como antígeno la proteína ferritina clonada desde el ectoparásito. Los peces inmunizados mostraron una reducción de la carga parasitaria de Caligus de un 97 %. Además las hembras obtenidas desde los peces inmunizados presentaron deformación de sus sacos ovigeros y cambios de expresión de los genes asociados a reproducción. En el presente estudio, utilizando una aproximación transcriptómica se evidencian diferencias en los mecanismos de respuesta a C. rogercresseyi entre salmón del Atlántico y Coho. Estos mecanismos además, varían con respecto a lo publicado para salmones infestados por Lepeophteirus salmonis. Además, dentro de los mecanismos de interacción parásito/hospedero, la respuesta inmune nutricional asociada a la regulación de hierro, se presenta como una importante estrategia para combatir la presencia de C. rogercresseyi. Adicionalmente, se describe el posible rol de los ARNs no codificantes en el proceso de respuesta a Caligus como modulares de las vías de señalización relevantes para la respuesta del hospedador. También se plantea el posible rol de miRNA en el proceso de interacción Caligus-salmón, lo que requiere ser validado mediante ensayos funcionales. Finalmente, este trabajo propone una vacuna con alta eficacia para el control de la Caligidosis, la cual podría ser de gran utilidad para los programas de control de Caligidosis que afecta ampliamente la industria salmonera en Chile.