ルンプフィッシュのインターロイキン-1リガンドと受容体分子解析、系統分類、遺伝子発現、トランスクリプトーム解析

Interleukin-1 Ligands and Receptors in Lumpfish ( L.): Molecular Characterization, Phylogeny, Gene Expression, and Transcriptome Analyses.

• Håvard Ø Eggestøl
• Harald S Lunde
• Tim Martin Knutsen
• Gyri T Haugland

抄録

インターロイキン(IL)-1ファミリーは、免疫系の調節因子として基本的な役割を果たしています。本研究では、IL-1βが細菌曝露後に最も高頻度に発現する遺伝子の一つであることを明らかにした。本研究では、IL-1シグナル伝達経路の解析を行い、IL-1β型I型・II型、IL-18、新規IL-1ファミリーメンバー(nIL-1F)の4つのリガンドをmRNAと遺伝子レベルで同定・同定した。また、ヒトツノハゼにおける２つのＩＬ-１βは、ＩＬ-１β１（タイプＩＩ）およびＩＬ-１β２（タイプＩ）と呼ばれている。さらに、277種のIL-1リガンドを網羅的に系統解析した結果、nIL-1FはIL-1βと共通して先祖代々の遺伝子である可能性が高いことが明らかになった。このことから、nIL-1Fはこれまで示唆されていたようにテレポストにのみ存在しているわけではないことが示唆された。エクソン-イントロン構造、イントロン相、系統、およびシンテニーを解析した結果、IL-1βはI型とII型に分離されていることが明らかになった。系統解析の結果、ほとんどのテレポストはI型とII型の両方を持っていることが明らかになった。さらに、白血球と16の異なる組織におけるIL-1リガンドの転写レベルと、7種類のリガンドによる刺激に対する反応を決定しました。さらに、IL-1受容体IL-1R1、IL-1R2、IL-1R4（ST2/IL-33受容体/IL-1RL）、IL-1R5（IL-18R1）、およびDIGIRRとIL-1R3（IL-RAcP）の部分配列を同定した。本研究では、ヒトの免疫分子の同定と自然免疫応答の記述は、比較研究や進化論的研究にとって興味深いものであり、ヒトのIL-1リガンドと受容体の機能解析をさらに進めるための基礎となるものであると考えられる。さらに、現在では養殖サケの海シラミ駆除用のクリーナーフィッシュとして大量に養殖されているため、ワクチン接種のような効率的な免疫予防法を設計するための基礎として、主要な免疫分子、シグナル伝達経路、自然免疫応答についての詳細な知識が必要とされています。

The interleukin (IL)-1 family play a fundamental role as immune system modulators. Our previous transcriptome-analyses of leukocytes from lumpfish ( L.) showed that IL-1β was among the most highly upregulated genes following bacterial exposure. In the present study, we characterized IL-1 signaling pathways, identified and characterized four ligands of the IL-1 family in lumpfish; IL-1β type I and type II, IL-18, and the novel IL-1 family members (nIL-1F), both at mRNA and gene levels. The two IL-1β in lumpfish is termed IL-1β1 (type II) and IL-1β2 (type I). Furthermore, a comprehensive phylogenetic analysis of 277 IL-1 ligands showed that nIL-1F, in common with IL-1β, likely represents an ancestral gene, as representatives for nIL-1F were found in cartilaginous and lobe-finned fish, in addition to teleosts. This shows that nIL-1F is not exclusively present in teleosts as previously suggested. Our analyses of exon-intron structures, intron phases, phylogeny and synteny clearly show the separation of IL-1β into groups; type I and type II, which likely is a result of the third whole genome duplication (3R WGD). The phylogenetic analysis shows that most teleosts have both type I and type II. Furthermore, we have determined transcription levels of the IL-1 ligands in leukocytes and 16 different tissues, and their responses upon stimulation with seven different ligands. In addition, we have identified the IL-1 receptors IL-1R1, IL-1R2, IL-1R4 (ST2/IL-33 receptor/IL-1RL), IL-1R5 (IL-18R1), and partial sequences of DIGIRR and IL-1R3 (IL-RAcP). Identification of immune molecules and description of innate responses in lumpfish is interesting for comparative and evolutionary studies and our study constitutes a solid basis for further functional analyses of IL-1 ligands and receptors in lumpfish. Furthermore, since lumpfish are now farmed in large numbers to be used as cleaner fish for removal of sea lice on farmed salmon, in-depth knowledge of key immune molecules, signaling pathways and innate immune responses is needed, as the basis for design of efficient immune prophylactic measures such as vaccination.

Copyright © 2020 Eggestøl, Lunde, Knutsen and Haugland.