Aufbau einer Transkriptom-Datenbank des medizinischen Blutegels und ihre Anwendung zur Identifizierung von Blutegel-Homologen neuraler und angeborener Immungene
Construction of a medicinal leech transcriptome database and its application to the identification of leech homologs of neural and innate immune genes
Molekularbiologische Grundlagenstudie in der Zeitschrift BMC genomics (2010)
Abstract
BACKGROUND: The medicinal leech, Hirudo medicinalis, is an important model system for the study of nervous system structure, function, development, regeneration and repair. It is also a unique species in being presently approved for use in medical procedures, such as clearing of pooled blood following certain surgical procedures. It is a current, and potentially also future, source of medically useful molecular factors, such as anticoagulants and antibacterial peptides, which may have evolved as a result of its parasitizing large mammals, including humans. Despite the broad focus of research on this system, little has been done at the genomic or transcriptomic levels and there is a paucity of openly available sequence data. To begin to address this problem, we constructed whole embryo and adult central nervous system (CNS) EST libraries and created a clustered sequence database of the Hirudo transcriptome that is available to the scientific community. RESULTS: A total of approximately 133,000 EST clones from two directionally-cloned cDNA libraries, one constructed from mRNA derived from whole embryos at several developmental stages and the other from adult CNS cords, were sequenced in one or both directions by three different groups: Genoscope (French National Sequencing Center), the University of Iowa Sequencing Facility and the DOE Joint Genome Institute. These were assembled using the phrap software package into 31,232 unique contigs and singletons, with an average length of 827 nt. The assembled transcripts were then translated in all six frames and compared to proteins in NCBI's non-redundant (NR) and to the Gene Ontology (GO) protein sequence databases, resulting in 15,565 matches to 11,236 proteins in NR and 13,935 matches to 8,073 proteins in GO. Searching the database for transcripts of genes homologous to those thought to be involved in the innate immune responses of vertebrates and other invertebrates yielded a set of nearly one hundred evolutionarily conserved sequences, representing all known pathways involved in these important functions. CONCLUSIONS: The sequences obtained for Hirudo transcripts represent the first major database of genes expressed in this important model system. Comparison of translated open reading frames (ORFs) with the other openly available leech datasets, the genome and transcriptome of Helobdella robusta, shows an average identity at the amino acid level of 58% in matched sequences. Interestingly, comparison with other available Lophotrochozoans shows similar high levels of amino acid identity, where sequences match, for example, 64% with Capitella capitata (a polychaete) and 56% with Aplysia californica (a mollusk), as well as 58% with Schistosoma mansoni (a platyhelminth). Phylogenetic comparisons of putative Hirudo innate immune response genes present within the Hirudo transcriptome database herein described show a strong resemblance to the corresponding mammalian genes, indicating that this important physiological response may have older origins than what has been previously proposed.
Abstract aus PubMed (NCBI) für den zitierten Eintrag, in der Originalsprache wiedergegeben. Maßgeblich ist die Fassung der Originalpublikation.
Das Abstract wird nicht übersetzt, damit die eigene Wortwahl der Autoren erhalten bleibt.
Zusammenfassung
Vom medizinischen Blutegel Hirudo medicinalis wurden aus zwei gerichtet klonierten cDNA-Bibliotheken (ganze Embryonen, adultes ZNS) rund 133 000 EST-Klone sequenziert und zu 31 232 einzigartigen Contigs und Singletons assembliert (mittlere Länge 827 nt). Datenbankvergleiche ergaben 15 565 Treffer in NR und 13 935 in GO. Die Suche nach Homologen angeborener Immungene lieferte fast hundert evolutionär konservierte Sequenzen, die Säugetiergenen stark ähneln; das deutet laut Autoren darauf hin, dass diese Immunantwort ältere Ursprünge haben könnte als bislang angenommen.
Warum dies für die Hirudotherapie relevant ist
Diese Studie erstellte die erste bedeutende Expressed-Sequence-Tag(EST)-Transkriptomdatenbank für Hirudo medicinalis, indem etwa 133.000 Klone aus cDNA-Banken von Gesamtembryonen und dem zentralen Nervensystem adulter Tiere sequenziert und zu über 31.000 einzigartigen Transkripten assembliert wurden. Diese Ressource ist von unmittelbarer Bedeutung für die Hirudotherapie und das Speichelsekretom des Egels, da sie eine durchsuchbare genetische Plattform zur Identifizierung von Genen bietet, die potenziell therapeutische Moleküle kodieren – wie Antikoagulanzien und antibakterielle Peptide – und fast einhundert evolutionär konservierte Homologe von Genen der angeborenen Immunität aufdeckt, die alle bekannten Immunwege umfassen. Die phylogenetischen Analysen legen nahe, dass diese Immun-Gene des Egels unerwartet tiefe evolutionäre Ursprünge mit ihren Säugetier-Pendants gemeinsam haben. Die Arbeit ist jedoch rein transkriptomisch und rechnerischer Natur; sie validiert keines der identifizierten Genprodukte funktionell, profiliert kein Speicheldrüsengewebe spezifisch und stellt Sequenzhomologie fest anstelle einer bestätigten biologischen Aktivität der Moleküle von größtem therapeutischem Interesse.
Zitation
Literaturangabe (Vancouver-Stil)
Macagno ER, Gaasterland T, Edsall L, Bafna V, Soares MB, Scheetz T, et al. Construction of a medicinal leech transcriptome database and its application to the identification of leech homologs of neural and innate immune genes. BMC Genomics. 2010;11:407. doi:10.1186/1471-2164-11-407. PMID: 20579359
Die bibliografischen Angaben (Autoren, Band, Seiten, DOI) stammen aus dem PubMed-Eintrag.
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