Caracterización de un modelo celular diseñado para el tamizaje genético mediante RNA de interferencia en el complejo macrófago – infectado por Leishmania (Viannia) braziliensis

Abstract

Las leishmaniasis son un grupo de enfermedades causadas por diferentes especies de parásitos del género Leishmania. En el desarrollo de la enfermedad el establecimiento de la infección es obligatorio y se da en parte, por la supervivencia y replicación del parásito en el macrófago. Por lo anterior es importante estudiar los mecanismos moleculares implicados en la interacción macrófago-Leishmania. La mayoría de los trabajos realizados sobre el efecto de la infección de Leishmania en la expresión de genes del macrófago se ha desarrollado con especies del subgénero Leishmania y en momentos iniciales de la infección. El objetivo de este trabajo fue identificar en la etapa del establecimiento de la infección, los genes y los procesos biológicos del macrófago potencialmente importantes en la interacción macrófago - L. braziliensis y caracterizar un modelo celular que permita la evaluación funcional de los genes identificados. El perfil de expresión de genes diferencialmente expresados entre macrófagos no infectados e infectados, se determinó por ensayos de microarreglos y los procesos biológicos por análisis de enriquecimiento funcional. Se evaluó el modelo celular: macrófagos derivados de la línea celular U937, en términos de su capacidad para ser modificado genéticamente, permitir el silenciamiento de genes por RNA de interferencia (shRNA) y permitir la identificación de cambios fenotípicos de infección, causados por dicho silenciamiento genético. Para lo anterior se expresó y silenció el gen gfp y se silenciaron los genes lmna y gro-β. El silenciamiento de los genes fue evaluado midiendo los niveles de expresión de la proteína por western blot y el efecto del silenciamiento, evaluando el fenotipo de infección de los macrófagos en términos de carga parasitaria y porcentaje de macrófagos infectados en las líneas silenciadas y en las líneas control. El proceso de silenciamiento fue exitoso para los tres genes estudiados obteniendo reducción del 88.9% en los niveles de GFP, del 87,5% en los niveles de LMNA y del 74,4% para Gro-β. El modelo celular permitió evidenciar cambios en la susceptibilidad de la infección de los macrófagos infectados por L. braziliensis, como consecuencia del silenciamiento genético. Los ensayos de microarreglos permitieron identificar 218 genes diferencialmente expresados entre macrófagos no infectados e infectados con L. (V.) braziliensis, y con base en los ensayos de enriquecimiento funcional se determinó que la biosíntesis de esteroles, específicamente la del colesterol era el principal proceso asociado. Los genes asociados a la biosíntesis del colesterol estaban regulados negativamente. Este es el primer estudio que reporta el perfil de expresión génica de macrófagos infectados por L. (V.) braziliensis y el proceso biológico principalmente asociado durante el establecimiento de la infección.

Abstrat. The leishmaniasis are a group of diseases caused by different species of parasites of the genus Leishmania. In the development of the disease the establishment of infection is mandatory and is given partially by the survival and replication of the parasite in the macrophage. Therefore, it is important to study the molecular mechanisms involved in the interaction of macrophage-leishmania. Most of the work carried out on the effect of Leishmania infection in macrophage gene expression has been developed with species of the subgenus Leishmania and early moments of infection. The objective of this study was to identify, in the time of the establishment of infection, the macrophage´s genes and biological processes potentially important in the interaction macrophage - L. (V.) braziliensis; and characterize a cellular model that allows the functional evaluation of the genes identified. The expression profile of genes differentially expressed between macrophages uninfected and infected was determined by microarrays assays and biological processes by performance of functional enrichment analysis. The cellular model was assessed in terms of in terms of its ability to be genetically modified, if it allows gene silencing by RNA interference (shRNA) and if it allows the identification of phenotypic changes of infection, caused by gene silencing. In order to evaluate the parameters mentioned above, expression and silencing of gfp gene was performed as well as silencing of lmna and gro-β genes. The silencing of these genes was assessed by measuring the levels of protein expression by western blot and the effect of silencing process was evaluated identifying the phenotype of infection of macrophages in terms of parasite load and percentage of macrophages infected in silenced lines and control lines. The silencing process was successful for the three genes studied to obtaining reduction of 88.9% in levels of GFP, 87.5% in levels of LMNA and 74.4% to Gro-β. The cell model allowed identification of changes in the susceptibility of infection of macrophages infected by L. (V.) braziliensis, as a result of the gene silencing. The microarray assays helped identify 218 differentially expressed genes between macrophages uninfected and infected with L. (V.) braziliensis. Functional enrichment analysis determined that the biosynthesis of sterols, specifically the cholesterol, was the main associated process. The genes associated with cholesterol biosynthesis were downregulated. This is the first study that reports the profile of gene expression in macrophages infected with L. (V.) braziliensis and the main biological process associated during the establishment of the infection.