Interação funcional, expressão de genes e filogenia entre proteínas de membrana de Rickettsia spp. e carrapatos

Abstract

A interface da relação parasito-hospedeiro entre carrapatos e espécies de Rickettsia endo simbiônticas é mediada por interações e mecanismos moleculares, ocorrendo através de genes e proteínas potencialmente codificadas nos genomas de ambos os organismos. Tratando-se de uma relação em nível molecular, buscamos predizer as interações, ativação da expressão de genes e coevolução entre os repertórios de proteínas destes organismos. Para avaliar a hipótese de interação, utilizamos sequências de proteínas de membrana devido a maior probabilidade de participar do processo de infecção. Estas sequências foram submetidas a abordagem de reconstrução do interatoma adotando como modelo, as proteínas provenientes dos genomas do Ixodes scapularis em resposta a infecção por Rickettsia amblyommatis. Com o auxílio de bancos de dados de interação proteína-proteína, utilizamos de métodos de alinhamentos de sequências e predição de domínios proteicos. Contra a base de dados PEIMAP, adotou-se do BLASTP. Para a base de dados SCOP, utilizada pelo PSIMAP, adotou-se o PSI-BLAST. Para a base de dados iPfam, utilizada pelo PFAM, adotou-se modelos ocultos de Markov. A partir disto, realizamos um cálculo de confiança assumindo independência entre os quatro métodos. Estes resultados foram concatenados e filtrados nos resultados do interatoma para a construção do interatoma de proteínas de membrana. As proteínas ortólogas e conservadas na rede do interatoma de proteínas de membrana foram avaliadas com o uso do aplicativo OrthoMcl adotando o BLASTP contra as proteínas do genoma de R. amblyommatis contra proteínas de outras espécies de Rickettsia. As proteínas ortólogas de membrana foram avaliadas quanto as características evolutivas através do método do Maximum Likelihood Tree para as inferências e construção de cladogramas e árvores de hipóteses filogenéticas. Em seguida, os resultados das redes do interatoma de proteínas de membrana e ortólogas serviram de base para realizamos a anotação de proteínas putativas provenientes de sequências de transcritos adquiridas com a montagem de novo do transcriptoma de glândulas salivares, intestinos e ovários de carrapatos. Os resultados das redes apresentaram estruturas fortemente modulares com altos números de componentes conexos. Esta análise de anotação das proteínas de interface da membrana de R. amblyommatis permitiu identificar famílias de proteínas sabidamente envolvidas na modulação da fisiologia da célula do carrapato I. scapularis. Os resultados obtidos para as análisesfilogenéticas destas proteínas sugerem haver divergências entre as espécies de Rickettsia que infectam carrapatos em relação a outras espécies encontradas em insetos, ou em outros hospedeiros correlacionados. A ocorrência da interação, os aspectos evolutivos e os níveis de expressão diferenciada de proteínas sugerem mecanismos moleculares conservados com maior capacidade de ocasionar mudanças nos padrões de expressão para as espécies de Rickettsia específicas ao carrapato em determinados órgãos e ou grupos de hospedeiros hematófagos com os quais, elas puderam coevoluir. Palavras-chave: Carrapatos. Rickettsia. Interatoma de Proteínas. Expressão de Genes. Filogenia de Proteínas de Membrana.

Dealing with this relationship on a molecular level, we aim to assess the interactions and co-evolution between the protein repertoires of these organisms. In order to assess the predicted interaction between the membrane protein repertoires related to the infection process, we propose to adopt the interatome approach to determine the pattern, as the proteins derived from Ixodes scapularis’s genomes in response to infection by Rickettsia amblyommatis. With the aid of databases of the protein-protein interaction, we used sequences alignment and domain prediction. Against the PEIMAP database, the BLASTP program was utilized. For the SCOP database, used by PSIMAP, the PSI-BLAST was adopted. For the iPfam database, used by PFAM, the hidden Markov was used. We performed a confidence calculation assuming independence among the four methods and assigned a new rate to each pair of interactions. These results were concatenated and the interatome results were filtered for the construction of the membrane protein interatome. The orthologous and conserved proteins in the interatom network of membrane proteins were evaluated using the OrthoMcl application adopting the BLASTP against the proteins of the genome of R. amblyommatis versus proteins of other species of Rickettsia. The orthologous membrane proteins were evaluated for the evolutionary traits by the Maximum Likelihood Tree method for inferences and construction of cladograms and phylogenetic trees by adding several groups of species of Rickettsia. to the initial model. Afterwards, the interatomic networks of membrane proteins and orthologs results served as the basis for the annotation of putative proteins. For achieve this goal we performed a new assemblage for the Amblyomma aureolatum and Amblyomma sculptum species in response to Rickettsia spp. infection to examine the level of expression and abundance of data from the transcriptome of salivary glands, intestines and ovaries. The results of the networks presented strongly modular structures with high numbers of related components. This annotation analysis of the membrane interface proteins of R. amblyommatis allowed to identify families of proteins known to be involved in the modulation of the cell physiology of the I. scapularis tick. Theresults obtained for the phylogenetic analysis of these proteins suggest that there are divergences between species of Rickettsia, which infect ticks with regard to other species found in insects, or in other correlated hosts. The occurrence of interaction, evolutionary aspects and levels of differentiated expression of proteins revealed conserved molecular mechanisms with greater capacity to cause changes in expression patterns for Rickettsia spp. specific to the tick or particular groups of hosts which they could co-evolve with. Keywords: Ticks. Rickettsia. Protein Interaction. Gene Expression. Membrane Protein Phylogeny.