Efeito das variações de temperatura na expressão gênica no intestino médio de Aedes aegypti e suas implicações para a interação com Zika virus

Abstract

The continuous discovery of new pathogens and the emergence of new transmission forms reveal a constant threat to public health. Added to that, climate change can to be an aggravating factor on pathogen transmission. Vector-borne infections represent a major public health challenge and however, we are only just beginning to understand the complexity underlying mosquito–pathogen interactions and how abiotic factors, as temperature affect these interactions. To understand better the temperature effects on vector physiology and its effects on mosquito-pathogen, we compared the transcriptome of mosquito midgut samples from mosquitoes exposed to Zika virus (ZIKV) and non-exposed mosquitoes housed at three different temperatures (20, 28, and 36°C) during 24 and 48 hours of exposure. Initially, the quantification of viral RNA copy number does not show difference between 24 and 48 h post-exposure at 20°C, suggesting that ZIKV replication is limited by cold-induced changes to the mosquito midgut environment. Genes encoding proteins involved in blood digestion, ROS metabolism and mosquito immunity were the ones that showed the greatest change in expression at 20ºC. From these results, we hypothesize that temperature variation affects the blood digestion process, modulating the generation of reactive oxygen species (ROS) in the midgut. We show that temperature variation affects both the expression of genes involved in blood digestion and the rate of digestion. Additionally, due to temperature effects on ROS levels and the expression of antioxidant proteins in the midgut, lower temperatures (20°C) result in a longer state of oxidative stress when compared to other temperatures (28 and 36°C). Finally, alternative splicing events were investigate under different temperatures. Interestingly, among listed genes, we found Trypsin (TRY), Ferritin (FER), Thioredoxin (TRX) and Peptidoglycan recognition protein LC (PGRP-LC), genes previously shown to have their expression modulated by temperature. Our results reveal the physiological processes that are impacted by temperature variation and suggest how the immune response is modulated against Zika virus infection.Keywords: Aedes aegypti. Temperature. Zika virus. Transcriptome. Alternative Splicing.

Efeito das variações de temperatura na expressão gênica no intestino médio de Aedes aegypti e suas implicações para a interação com Zika virus. Orientador: Tiago Antônio Mendes. Coorientador: Gustavo Ferreira Martins. A descoberta contínua de novos patógenos e o surgimento de novas formas de transmissão revelam uma ameaça constante à saúde pública. Somado a isso, as mudanças climáticas podem ser um fator agravante na transmissão de patógenos. Os patógenos transmitidos por vetores representam um grande desafio à saúde pública e, no entanto, estamos apenas começando a entender a complexidade subjacente às interações mosquito-patógeno e como os fatores abióticos, como a temperatura, afetam essas interações. Para entender melhor os efeitos da temperatura na fisiologia do vetor e seus efeitos na interação mosquito-patógeno, comparamos o transcriptoma de amostras do intestino médio de mosquitos expostos ao Zika virus (ZIKV) e mosquitos não expostos alojados em três temperaturas diferentes (20, 28 e 36°C) durante 24 e 48 horas de exposição. Inicialmente, a quantificação do número de cópias de RNA viral não mostrou diferença entre 24 e 48h pós-exposição a 20°C, sugerindo que a replicação do ZIKV é limitada por alterações induzidas por temperaturas mais baixas no ambiente do intestino médio. Genes que codificam proteínas envolvidas com a digestão de sangue, metabolismo de ROS e imunidade do mosquito foram os que apresentaram maior alteração de expressão pela temperatura de 20ºC. A partir desses resultados, hipotetizamos que a variação de temperatura afeta o processo de digestão do sangue, modulando a geração de espécies reativas de oxigênio (ROS) no intestino médio. Mostramos que a variação de temperatura afeta tanto a expressão de genes envolvidos na digestão do sangue quanto a taxa de digestão. Além disso, devido aos efeitos da temperatura nos níveis de ROS e à expressão de proteínas antioxidantes no intestino médio, temperaturas mais baixas (20°C) resultam em um estado de estresse oxidativo mais longo quando comparado a outras temperaturas (28 e 36°C). Finalmente, eventos de splicing alternativos foram investigados sob diferentes temperaturas. Curiosamente, entre os genes listados, encontramos Tripsina, Ferritina, Tiorredoxina e a proteína de reconhecimento de Peptidoglicano LC, genes previamente demonstrados ter suaexpressão modulada pela temperatura. Nossos resultados revelam os processos fisiológicos que são impactados pela variação de temperatura e sugerem como a resposta imunológica é modulada frente a infecção pelo Zika virus. Palavras-chave: Aedes aegypti. Temperatura. Zika virus. Transcriptoma. Splicing Alternativo