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Aug 30, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 16579(2022) 이 기사 인용

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목화쥐(Sigmodon)는 호흡기 바이러스 병원체, 특히 호흡기 세포융합 바이러스(RSV)에 대한 표준 전임상 소형 동물 모델입니다. 그러나 참조 게놈이나 공개된 전사체가 없으면 코튼 랫트에서 유전자 발현 분석이 필요한 연구는 심각하게 제한됩니다. 본 연구의 목적은 일반적으로 동물 모델로 사용되는 두 종의 목화쥐(Sigmodon fulviventer 및 Sigmodon hispidus)의 여러 조직에서 포괄적인 전사체를 생성하고 유전자 발현 변화와 RSV 감염에 대한 면역 반응을 비교 및 ​​대조하는 것이었습니다. 두 종. 전사체는 contig N50 > 1600을 갖는 각 종의 폐, 비장, 신장, 심장 및 내장에서 조립되었습니다. contig의 주석은 각 종에 대해 거의 120,000개의 유전자 주석을 생성했습니다. 그런 다음 S. fulviventer 및 S. hispidus의 전사체를 사용하여 RSV 감염에 대한 면역 반응을 평가했습니다. 우리는 RSV 감염과 관련된 여러 유전자(예: Mx2, I27L2, LY6E, Viperin, Keratin 6A, ISG15, CXCL10, CXCL11, IRF9)와 이전에 설명되지 않은 새로운 유전자를 포함하여 상당히 차등적으로 발현되는 238개의 독특한 유전자를 식별했습니다. RSV 연구(LG3BP, SYWC, ABEC1, IIGP1, CREB1). 이 연구는 코튼 랫트 모델의 향후 유전자 발현 분석 연구를 위한 자원으로 두 가지 포괄적인 전사체 참고 자료를 제시할 뿐만 아니라 분자 경로의 기계적 특성화를 위한 유전자 서열을 제공합니다. 전반적으로, 우리의 결과는 숙주 유전학이 숙주-바이러스 상호 작용에 미치는 영향에 대한 일반화 가능한 통찰력을 제공할 뿐만 아니라 RSV 치료 및 예방을 위한 새로운 숙주 치료 표적을 식별합니다.

호흡기 세포융합 바이러스(RSV)는 2세 미만 어린이는 물론 면역력이 저하된 개인과 노인에게서 하기도 감염(LRTI)의 주요 원인으로, LRTI 3,300만 건, 병원 입원 320만 건, 거의 320만 건의 병원 입원을 초래합니다. 매년 전 세계적으로 120,000명이 사망합니다1. 현재 승인된 RSV 백신은 없으며 단 하나의 예방적 단클론 항체(Palivizumab)만 있으며 비용으로 인해 고위험 어린이에게만 사용이 제한됩니다2,3. RSV LRTI 사례의 93%와 RSV 사망률의 99%가 개발도상국에서 발생하므로 효과적인 백신과 저렴한 예방약의 필요성이 중요합니다1. 1960년대 포르말린 불활성화 RSV 백신의 실패로 인해 바이러스에 노출된 백신 접종자의 질병이 강화되어 수십 년 동안 새로운 RSV 백신 개발이 방해를 받았습니다4-6. 그러나 최근에는 다양한 개발 단계에 있는 14개의 백신 후보와 RSV에 대한 대체 항바이러스 전략(재조합 항체7, 나노바디8, 소분자 억제제 및 유사체9)을 사용하여 RSV 예방제를 개발하려는 새로운 노력이 있습니다10. 이는 RSV에 대한 백신 및 약물 개발을 위한 적절한 전임상 모델의 중요한 필요성을 강조합니다.

목화쥐(Sigmodon 속)는 RSV 감염에 대해 대부분의 실험용 쥐보다 100배 더 허용적이고 RSV가 상하부 모두를 감염시키기 때문에 생쥐 및 다른 동물에 비해 RSV 감염에 대한 "최적 표준" 동물 모델로 간주됩니다. 인간과 유사한 호흡기관11-13. 목화쥐는 또한 FDA가 승인한 두 가지 RSV 치료제(RespiGam®, Palivizumab®)14-17의 효능을 정확하게 예측했습니다. RSV 외에도 목화쥐는 인플루엔자 A 바이러스18,19, 파라인플루엔자 바이러스20,21, 홍역22, 인간 메타뉴모바이러스23, 장내 바이러스 D6824 및 인간 라이노바이러스25와 같은 중요한 다른 인간 호흡기 바이러스를 연구하는 데 사용되었습니다. 유사한 인간 질병 특징26. 불행히도, 코튼 랫트의 전사체 변화를 비교하는 연구는 모든 코튼 랫트 종에 대해 공개적으로 이용 가능한 참조 게놈이 부족하기 때문에 제한적이었습니다. 이전에 우리는 S. hispidus27에서 RSV에 의해 유도된 폐 조직 전사체를 발표했습니다. 그러나 해당 연구에서 우리는 한 가지 조직 유형에서만 발현을 분석했으며 이는 단 하나의 목화쥐 종(S. hispidus)으로 제한되었습니다. 이전 연구에서 알 수 있듯이 S. fulviventer 및 S. hispidus 특이성은 바이러스 병원체(예: 파라인플루엔자 바이러스28, HIV29) 및 미생물 군집 구조30에 따라 질병 심각도가 다릅니다. 이 연구의 주요 목적은 두 종 모두에 대한 포괄적인 전사체를 개발하고 RSV 감염 시 유전자 발현 변화를 비교 및 ​​대조하는 것이었습니다.

 1600 (which exceeds N50 of other published transcriptome assemblies35,36,37). The Ex90N50, which is the N50 but limited to the top 90% of total normalized transcripts, was 2503 (S. fulviventer, #transcripts = 108,995) and 2162 (S. hispidus, #transcripts = 240,587) (Table 1)./p> 2, Euclidean distance) within individual tissue samples of both (C) S. fulviventer and (D) S. hispidus. (E) Principal component analysis (PCA) of expressed transcripts within healthy tissue of both species. (F) Taxonomic source of gene annotations determined by NCBI BlastX. Data represents annotations of S. fulviventer transcriptome; S. hispidus not shown but varies by ~ 1% in all categories except "other"./p> 70% is indicative of good quality. We also assessed transcriptome completeness by searching for evolutionarily-conserved BUSCO40 groups from the vertebrata_odb10 lineage dataset (total n = 3354) within our dataset. The S. fulviventer assembly had 92.7% complete BUSCOs (Complete:3109 [Complete&Single:785, Complete&Duplicated:2324], Fragmented:154, Missing:91), and S. hispidus had 90.2% complete BUSCOs (Complete:3025 [Complete&Single:2599, Complete&Duplicated:426], Fragmented:194, Missing:135). All assembly quality statistics are also shown in Table 1. Final reference transcriptome assemblies for each species are made available as supplementary file 1 (S. hispidus) and supplementary file 2 (S. fulviventer)./p> 30,000 annotated proteins per species (~ 17,000 proteins after filtering duplicate annotations). Proteins were further annotated based on protein domains (> 5000), transmembrane helices (> 18,000), and signaling proteins (> 7700). All annotation statistics can be found in Table 1, and the full annotation report can be viewed in supplementary file 3./p>|1.0|) of S. fulviventer (blue) and S. hispidus (red), of which several genes were successfully annotated using Trinotate (as indicated in boxes). *p ≤ 0.05, **p ≤ 0.01, ***p ≤ 0.001, ****p ≤ 0.0001./p> 7), AMPure XP Beads for cleanup steps (Beckman, cat. No. A63881), and NEBNext Multiplex Oligos for Illumina (Set 1, cat no: E7600S) for pooling samples. Sequencing was performed using Illumina NovaSeq6000 2 × 150 bp sequencing at the Vanderbilt Technologies for Applied Genomics (VANTAGE) core facility./p> 1 was used to filter the low-quality assembled transcripts to use for differential expression analysis. The Ex90N50 was calculated using the Trinity contig_ExN50_statistic.pl script./p> 1 were used for downstream differential expression analysis (S. fulviventer = 270,451, S. hispidus = 474,882). Raw count matrices at the gene level for each species can be found in supplementary file 7 DESeq2 package38 was used within the pipeline to by compare experimental group (RSV-infected lungs) containing biological replicates with the corresponding control group (uninfected lungs). Genes with a p < 0.05, adjusted p < 0.05 ("q"/false discovery rate/Benjamini-Hochberg), and a log2 fold change >|1| were treated as differentially expressed. We used the goseq package in Bioconductor to detect differentially abundant GO terms44. GOs with a p < 0.05 and adjusted p < 0.05 ("q"/false discovery rate/Benjamini-Hochberg) were treated as differentially expressed./p>|1.0|)./p>