Identificación de los perfiles de expresión génica y moléculas candidatas a biomarcadores para el control de la leishmaniasis

Resumen

Las leishmaniasis son enfermedades zoonóticas, endémicas en muchas partes del mundo, que afectan a 1,3 millones de personas anualmente. Comprender los procesos inmunológicos y patológicos que intervienen en la infección es crucial para desarrollar nuevos tratamientos y vacunas eficaces frente a la enfermedad. Los modelos de experimentación animal, como el ratón, son importantes en el estudio de las interacciones entre el parásito y el sistema inmunitario del hospedador. El estudio de la expresión génica a gran escala se revela como útil para la identificación de patrones globales y la caracterización de los mecanismos subyacentes a la respuesta inmunitaria temprana, lo que puede servir para la identificación de biomarcadores y la investigación de estrategias de inmunomodulación. Se utilizó qPCR de alto rendimiento en tiempo real (High-throughput real-time qPCR) como plataforma para el análisis de 223 genes relacionados con la respuesta inmunitaria y el metabolismo en los órganos diana de Leishmania: hígado y bazo de ratones BALB/c. Este análisis también se realizó en macrófagos ex vivo, como principal diana celular del parásito. La estrategia de análisis transcripcional combinada con el análisis estadístico multivariante permitió identificar patrones globales en la infección por Leishmania infantum. En el hígado, se observó una respuesta inmunitaria inespecífica en el día 1 post-infección caracterizada por la sobreexpresión de mediadores implicados en la señalización del interferón, quimiotaxis celular, y marcadores de inhibición, mientras que en el día 10 se detectó una respuesta inmunitaria más definida, caracterizada por la sobreexpresión de mediadores en la vía de señalización de IL-12. En el bazo, los cambios más significativos se observaron a los 5 días post-infección, con la infraexpresión de genes implicados en procesos metabólicos y quimiotaxis leucocitaria. Posteriormente, a los 10 días post-infección, la sobreexpresión de marcadores de inhibición sugirió la inducción de mecanismos de agotamiento de células T, lo que favoreció la replicación parasitaria. La expresión sostenida del gen Il21 permitió identificarlo como un candidato a biomarcador temprano de infección por L. infantum en el bazo. Además, se realizó la identificación de otros posibles candidatos a biomarcadores de infección por L. infantum, a través de comparaciones en la expresión de genes estudiados inicialmente en hígado y bazo y empleando conjuntos de datos de expresión génica de repositorios públicos. Por último, se estudió la influencia de un estímulo metabólico (ácido itacónico) previo a la infección por L. infantum de macrófagos ex vivo, revelando la inhibición de la actividad antiparasitaria de los macrófagos activados (M1) como resultado del efecto inmunomodulador del itaconato. SUMMARY Leishmaniases are zoonotic diseases, endemic in many parts of the world, affecting around 1.3 million people annually. Understanding the immunological and pathological processes involved in infection is crucial for developing effective treatments and vaccines. Experimental animal models, such as the mouse, are important in the study of host-parasite interactions. The study of gene expression on a large scale is useful in identifying global patterns and gene signatures that characterize the mechanisms underlying the early immune response, which can be used to identify useful biomarkers and to investigate immunomodulatory strategies. High-throughput real-time qPCR was used as a platform for the analysis of 223 genes related to immune response and metabolism in Leishmania target organs, like liver and spleen of BALB/c mice. This analysis was also performed in ex vivo macrophages, as the main cellular target of the parasite. The transcriptional analysis strategy combined with multivariate statistical analysis allowed the identification of global patterns in Leishmania infantum infection. In the liver, a nonspecific immune response was observed on day 1 post-infection, characterized by the upregulation of mediators involved in interferon signaling, cell chemotaxis, and inhibitory markers, while on day 10 post-infection a more defined immune response was detected, characterized by upregulation of mediators in the IL-12 signaling pathway. In the spleen, the most significant changes were observed at 5 days post-infection, with downregulation of genes involved in metabolic processes and leukocyte chemotaxis. Subsequently, at 10 days post-infection, the upregulation of inhibitory markers suggested the induction of T-cell exhaustion mechanisms, which favored parasite replication. Sustained expression of Il21 gene revealed this gene as a candidate early biomarker of L. infantum infection in the spleen. In addition, identification of other potential candidate biomarkers of L. infantum infection was performed by comparing the expression of genes initially studied in liver and spleen and using gene expression datasets from public repositories. Finally, the influence of a metabolic stimulus (itaconic acid) prior to infection by L. infantum of ex vivo macrophages was studied, revealing the inhibition of the antiparasitic activity of activated macrophages (M1) as a result of the immunomodulatory effect of itaconate.