肺炎球菌と上皮との相互作用に関与する分子経路の重要な制御が時間分解mRNAおよびmiRNAの発現プロファイリングによって明らかになった

Time-resolved mRNA and miRNA expression profiling reveals crucial coregulation of molecular pathways involved in epithelial-pneumococcal interactions.

• Haiyan Li
• Li Lin
• Lei Chong
• Shuge Gu
• Shunhang Wen
• Gang Yu
• Xiaoguang Hu
• Lin Dong
• Hailin Zhang
• Changchong Li

抄録

肺炎球菌は世界的に肺炎の主要な原因菌であるが、肺上皮との複雑な相互作用については十分に解明されていない。本研究では、肺炎球菌に感染したヒト肺胞上皮細胞の転写変化を時間分解的にモニターするために、RNAシーケンスとmicroRNA（miRNA）シーケンスの両方のアプローチを利用しました。感染プロセス中のすべての比較において、1330個の異なる発現（DE）遺伝子と45個のDE miRNAが同定された。クラスタリング解析の結果、すべてのDE遺伝子は6つのクラスターにグループ化され、そのうちのいくつかは主に炎症性または免疫応答に関与していた。さらに、標的遺伝子濃縮解析により、4つのクラスターのうち少なくとも1つに関連すると予測される11の転写因子が同定され、共通の転写因子による複数のプロセスまたはパスウェイの転写制御が明らかになった。特に、薬理学的治療により、病原体に曝された上皮細胞における標的遺伝子の最適な転写制御には、p65のリン酸化が重要であることが示唆された。さらに、ネットワークベースのクラスタリング解析により、DE miRNAによってネガティブに制御されているDE遺伝子を2つの機能モジュール（M1とM2）に分離したところ、M1では免疫応答やアポトーシスシグナル伝達経路が濃縮されていた。その結果、M1では免疫応答やアポトーシスに関連する複数のDE遺伝子が複数のmiRNAによって制御されており、複数の遺伝子が複数のmiRNAによって協調的に制御されていることが明らかになった。以上のことから、メッセンジャーRNAとmiRNAの時系列発現プロファイリングは、グローバルな転写変化に関する豊富な情報を提供し、宿主と病原体の相互作用の根底にある分子機構についての包括的な知見を提供するものである。

Streptococcus pneumoniae is a major causative agent of pneumonia worldwide and its complex interaction with the lung epithelium has not been thoroughly characterized. In this study, we exploited both RNA-sequencing and microRNA (miRNA)-sequencing approaches to monitor the transcriptional changes in human lung alveolar epithelial cells infected by S. pneumoniae in a time-resolved manner. A total of 1330 differentially expressed (DE) genes and 45 DE miRNAs were identified in all comparisons during the infection process. Clustering analysis showed that all DE genes were grouped into six clusters, several of which were primarily involved in inflammatory or immune responses. In addition, target gene enrichment analyses identified 11 transcription factors that were predicted to link at least one of four clusters, revealing transcriptional coregulation of multiple processes or pathways by common transcription factors. Notably, pharmacological treatment suggested that phosphorylation of p65 is important for optimal transcriptional regulation of target genes in epithelial cells exposed to pathogens. Furthermore, network-based clustering analysis separated the DE genes negatively regulated by DE miRNAs into two functional modules (M1 and M2), with an enrichment in immune responses and apoptotic signaling pathways for M1. Integrated network analyses of potential regulatory interactions in M1 revealed that multiple DE genes related to immunity and apoptosis were regulated by multiple miRNAs, indicating the coordinated regulation of multiple genes by multiple miRNAs. In conclusion, time-series expression profiling of messenger RNA and miRNA provides a wealth of information for global transcriptional changes, and offers comprehensive insight into the molecular mechanisms underlying host-pathogen interactions.

© 2020 The Authors. Immunology & Cell Biology published by John Wiley & Sons Australia, Ltd on behalf of Australian and New Zealand Society for Immunology, Inc.