Gene Co-Expression Network Analysis of Trypanosoma brucei in Tsetse Fly Vector
- 1. Jomo Kenyatta University of Agriculture and Technology
- 2. University of Nairobi
Description
Abstract Background Trypanosoma brucei species are motile protozoan parasites that are cyclically transmitted by tsetse fly (genus Glossina ) causing human sleeping sickness and nagana in livestock in sub-Saharan Africa. African trypanosomes display digenetic life cycle stages in the tsetse fly vector and in their mammalian host. Experimental work on insect-stage trypanosomes is challenging due to the difficulty in setting up successful in vitro cultures. Therefore, there is limited knowledge on the trypanosome biology during its development in the tsetse fly. Consequently, this limits the development of new strategies for blocking parasite transmission in the tsetse fly. Methods In this study, RNA-Seq data of insect-stage trypanosomes were used to construct a T. brucei gene co-expression network using weighted gene co-expression analysis (WGCNA) method. The study identified significant enriched modules for genes that play key roles during the parasite's development in tsetse fly. Further, potential 3' untranslated region (UTR) regulatory elements for genes that clustered in the same module were identified using Finding Informative Regulatory Elements (FIRE) tool. Results A fraction of gene modules (12 out of 27 modules) in the constructed network were found to be enriched in functional roles associated with cell division, protein biosynthesis, mitochondrion, and cell surface. Additionally, 12 hub genes encoding proteins such as RNA-binding protein 6 (RBP6), Arginine kinase 1 (AK1), brucei alanine rich protein (BARP), among others, were identified for the 12 significantly enriched gene modules. In addition, the potential regulatory elements located in the 3' untranslated regions of genes within the same module were predicted. Conclusions The constructed gene co-expression network provides a useful resource for network-based data mining to identify candidate genes for functional studies. This will enhance understanding of the molecular mechanisms that underlie important biological processes during parasite's development in tsetse fly. Ultimately, these findings will be key in the identification of potential molecular targets for disease control.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
ملخص الخلفية أنواع المثقبية البروسية هي طفيليات أولية متحركة تنتقل دوريًا عن طريق ذبابة تسي تسي (جنس جلوسينا ) مسببة مرض النوم البشري والناغانا في الماشية في أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى. تعرض المثقبيات الأفريقية مراحل دورة الحياة الجينية في ناقل ذبابة تسي تسي وفي مضيفها الثديي. يمثل العمل التجريبي على المثقبيات في مرحلة الحشرات تحديًا بسبب صعوبة إنشاء مزارع ناجحة في المختبر. لذلك، هناك معرفة محدودة ببيولوجيا المثقبيات أثناء تطورها في ذبابة تسي تسي. وبالتالي، فإن هذا يحد من تطوير استراتيجيات جديدة لمنع انتقال الطفيليات في ذبابة تسي تسي. الطرق في هذه الدراسة، تم استخدام بيانات RNA - Seq من المثقبيات في مرحلة الحشرات لبناء شبكة التعبير المشترك لجين T. brucei باستخدام طريقة تحليل التعبير المشترك للجين المرجح (WGCNA). حددت الدراسة وحدات مخصبة كبيرة للجينات التي تلعب أدوارًا رئيسية أثناء تطور الطفيلي في ذبابة تسي تسي. علاوة على ذلك، تم تحديد العناصر التنظيمية المحتملة للمنطقة غير المترجمة (UTR) للجينات التي تتجمع في نفس الوحدة باستخدام أداة العثور على العناصر التنظيمية الإعلامية (FIRE). النتائج تم العثور على جزء صغير من وحدات الجينات (12 من أصل 27 وحدة) في الشبكة المبنية لإثرائها في الأدوار الوظيفية المرتبطة بانقسام الخلايا، والتخليق الحيوي للبروتين، والميتوكوندريون، وسطح الخلية. بالإضافة إلى ذلك، تم تحديد 12 جينًا محوريًا ترميز البروتينات مثل بروتين ربط الحمض النووي الريبي 6 (RBP6)، وكيناز الأرجينين 1 (AK1)، وبروتين بروسي ألانين الغني (BARP)، من بين أمور أخرى، لـ 12 وحدة جينية غنية بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك، تم التنبؤ بالعناصر التنظيمية المحتملة الموجودة في المناطق الثلاث غير المترجمة للجينات داخل نفس الوحدة. توفر شبكة التعبير الجيني المشترك المبنية موردًا مفيدًا لاستخراج البيانات القائمة على الشبكة لتحديد الجينات المرشحة للدراسات الوظيفية. وهذا سيعزز فهم الآليات الجزيئية التي تكمن وراء العمليات البيولوجية الهامة أثناء تطور الطفيليات في ذبابة تسي تسي. في نهاية المطاف، ستكون هذه النتائج أساسية في تحديد الأهداف الجزيئية المحتملة لمكافحة الأمراض.Translated Description (French)
Résumé Contexte Les espèces de Trypanosoma brucei sont des parasites protozoaires mobiles qui sont transmis cycliquement par la mouche tsé-tsé (genre Glossina ), causant la maladie du sommeil chez l'homme et le nagana chez le bétail en Afrique subsaharienne. Les trypanosomes africains présentent des stades de cycle de vie digénétiques chez le vecteur de la mouche tsé-tsé et chez leur hôte mammifère. Le travail expérimental sur les trypanosomes au stade insecte est difficile en raison de la difficulté à mettre en place des cultures in vitro réussies. Par conséquent, les connaissances sur la biologie du trypanosome au cours de son développement chez la mouche tsé-tsé sont limitées. Par conséquent, cela limite le développement de nouvelles stratégies pour bloquer la transmission des parasites chez la mouche tsé-tsé. Méthodes Dans cette étude, les données ARN-Seq des trypanosomes au stade insecte ont été utilisées pour construire un réseau de co-expression du gène de T. brucei en utilisant une méthode d'analyse de co-expression du gène pondéré (WGCNA). L'étude a identifié des modules enrichis significatifs pour les gènes qui jouent des rôles clés lors du développement du parasite chez la mouche tsé-tsé. En outre, les éléments régulateurs potentiels de la région 3' non traduite (UTR) pour les gènes qui se sont regroupés dans le même module ont été identifiés à l'aide de l'outil Finding Informative Regulatory Elements (FIRE). Résultats Une fraction des modules géniques (12 sur 27 modules) dans le réseau construit s'est avérée enrichie en rôles fonctionnels associés à la division cellulaire, à la biosynthèse des protéines, à la mitochondrie et à la surface cellulaire. De plus, 12 gènes hub codant pour des protéines telles que la protéine 6 de liaison à l'ARN (RBP6), l'arginine kinase 1 (AK1), la protéine riche en alanine de brucei (BARP), entre autres, ont été identifiés pour les 12 modules génétiques significativement enrichis. De plus, les éléments régulateurs potentiels situés dans les régions 3' non traduites des gènes au sein du même module ont été prédits. Conclusions Le réseau de co-expression de gènes construit fournit une ressource utile pour l'exploration de données en réseau afin d'identifier les gènes candidats pour des études fonctionnelles. Cela améliorera la compréhension des mécanismes moléculaires qui sous-tendent les processus biologiques importants pendant le développement du parasite chez la mouche tsé-tsé. En fin de compte, ces résultats seront essentiels dans l'identification des cibles moléculaires potentielles pour le contrôle des maladies.Translated Description (Spanish)
Resumen Antecedentes Las especies de Trypanosoma brucei son parásitos protozoarios móviles que se transmiten cíclicamente por la mosca tsetsé (género Glossina ) que causa la enfermedad del sueño en humanos y nagana en el ganado en el África subsahariana. Los tripanosomas africanos muestran etapas digenéticas del ciclo de vida en el vector de la mosca tsetsé y en su huésped mamífero. El trabajo experimental en tripanosomas en etapa de insecto es desafiante debido a la dificultad de establecer cultivos in vitro exitosos. Por lo tanto, existe un conocimiento limitado sobre la biología del tripanosoma durante su desarrollo en la mosca tsetsé. En consecuencia, esto limita el desarrollo de nuevas estrategias para bloquear la transmisión del parásito en la mosca tsetsé. Métodos En este estudio, se utilizaron datos de ARN-Seq de tripanosomas en estadio de insecto para construir una red de coexpresión génica de T. brucei utilizando el método de análisis de coexpresión génica ponderada (WGCNA). El estudio identificó módulos enriquecidos significativos para los genes que juegan un papel clave durante el desarrollo del parásito en la mosca tsetsé. Además, los posibles elementos reguladores de la región 3' no traducida (UTR) para los genes que se agruparon en el mismo módulo se identificaron utilizando la herramienta Finding Informative Regulatory Elements (FIRE). Resultados Se encontró que una fracción de los módulos de genes (12 de 27 módulos) en la red construida estaban enriquecidos en roles funcionales asociados con la división celular, la biosíntesis de proteínas, las mitocondrias y la superficie celular. Además, se identificaron 12 genes hub que codifican proteínas como la proteína de unión a ARN 6 (RBP6), la arginina quinasa 1 (AK1), la proteína rica en alanina brucei (BARP), entre otras, para los 12 módulos génicos significativamente enriquecidos. Además, se predijeron los posibles elementos reguladores ubicados en las regiones no traducidas 3'de los genes dentro del mismo módulo. Conclusiones La red de coexpresión de genes construida proporciona un recurso útil para la minería de datos basada en redes para identificar genes candidatos para estudios funcionales. Esto mejorará la comprensión de los mecanismos moleculares que subyacen a importantes procesos biológicos durante el desarrollo del parásito en la mosca tsetsé. En última instancia, estos hallazgos serán clave en la identificación de posibles dianas moleculares para el control de enfermedades.Files
s13071-021-04597-6.pdf
Files
(2.6 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:5a2fc48762a0e8344306cd9d8250fb69
|
2.6 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تحليل شبكة التعبير الجيني المشترك للمثقبية البروسية في ناقل ذبابة تسي تسي
- Translated title (French)
- Analyse du réseau de co-expression génique de Trypanosoma brucei dans le vecteur mouche tsé-tsé
- Translated title (Spanish)
- Análisis de la red de coexpresión génica de Trypanosoma brucei en vector de mosca tsetsé
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4247714418
- DOI
- 10.21203/rs.3.rs-78868/v1