LPS/TLR2免疫軸によって制御されるマイクロRNAは、急性レプトスピラ症の診断のためのボナイドバイオマーカーとして

MicroRNAs Regulated by the LPS/TLR2 Immune Axis as Bona Fide Biomarkers for Diagnosis of Acute Leptospirosis.

• Charles Solomon Akino Mercy
• Natarajaseenivasan Suriya Muthukumaran
• Prema Velusamy
• Palanisamy Bothammal
• Krishnamoorthi Sumaiya
• Perumal Saranya
• Dianne Langford
• Santhanam Shanmughapriya
• Kalimuthusamy Natarajaseenivasan

抄録

レプトスピラ症は、その全身的な合併症のため、依然として重大な健康問題となっている。したがって、レプトスピラ症の早期診断のためには、より効果的なバイオマーカーが緊急に必要とされています。マイクロRNA（miRNA）は、進化的に保存された制御RNAであり、感染症の診断、予後、治療のためのバイオマーカーとして利用できる可能性を示している。本研究では、miRNome miRNAアレイを用いて、レプトスピラ症の早期診断のための真のバイオマーカーとなる可能性のある循環中のmiRNAを同定するために、不偏不党のスクリーニングを行った。レプトスピラリスリポ多糖体（LPS）はレプトスピラリス抗原であり、免疫学的および生物学的活性に重要な役割を果たしていることから、LPSを処理したものと処理していないもの（THP1細胞）および（BALB/cマウス）のサロゲートモデルを用いて、LPS特異的なmiRNAを同定しました。差動発現解析の結果、18個のmiRNAがTHP1細胞におけるLPS刺激と強く関連していることが明らかになった。そのうち、3つのmiRNA（miR-let-7b-5p、miR-144-3p、miR-21-5p）が高レベルで存在していることが確認された。その結果、同定されたmiRNAは、感度93.2％、特異度88.19％で、急性レプトスピラ感染症と他の熱性疾患を区別することができた。また、遺伝子機能濃縮とタンパク質-タンパク質相互作用（PPI）ネットワーク解析の結果、同定されたmiRNAは、疾患シグナル伝達、インターロイキンによるシグナル伝達、ストレス活性化プロテインキナーゼシグナル伝達カスケード、マイトジェン活性化プロテインキナーゼ（MAPK）シグナル伝達経路、トランスフォーミング成長因子β（TGF-β）刺激に対する細胞応答に重要な役割を果たしており、これらの生物学的プロセスの間には顕著な相互関係があることが明らかになった。この研究では、LPS/TLR2免疫軸によって異なる制御を受けるmiRNAを用いて、レプトスピラ症のmiRNAベースの診断法を考案しました。本研究では、レプトスピラ症の早期診断マーカーとして、循環安定型miRNA（miR-21-5p、miR-144-3p、miR-let-7b-5p）の役割を確立した。これらのmiRNAは急性レプトスピラ症の診断に用いられるほか、レプトスピラ感染症を他の細菌感染症やスピラ感染症と区別するためにも用いられることが、ヒトの臨床サンプルを用いて証明されている。このように、我々の知見は、一般的に誤診されているレプトスピラ症のような感染症の診断において、miRNAが重要な役割を果たしうることを示している。

Leptospirosis remains a significant human health issue due to its systemic complications. Therefore, biomarkers that are more effective are urgently needed for the early diagnosis of leptospirosis. MicroRNAs (miRNAs) are evolutionarily conserved regulatory RNAs that have shown the potential to be used as biomarkers for diagnosis, prognosis, and therapy of infectious diseases. In this study, we performed an unbiased screen using the miRNome miRNA array to identify circulating miRNAs with the potential to serve as authentic biomarkers for early diagnosis of leptospirosis. Because leptospiral lipopolysaccharide (LPS) is the predominant leptospiral antigen and plays a vital role in immunological and biological activities, we used LPS treated and untreated (THP1 cells) and (BALB/c mice) surrogate models to identify the LPS-specific miRNAs. Differential expression analysis revealed 18 miRNAs to be associated strongly with LPS stimulation in THP1 cells. Of these, three (miR-let-7b-5p, miR-144-3p, and miR-21-5p) were observed to be present at increased levels The identified miRNAs were validated for their biomarker potential using serum samples from leptospirosis-negative patients and patients with confirmed cases of leptospirosis. Identified miRNAs were able to discriminate the acute leptospiral infection from other febrile diseases with a test sensitivity and specificity of 93.2% and 88.19%, respectively. Gene functional enrichment and protein-protein interaction (PPI) network analysis revealed that the identified miRNAs play important roles in disease signal transduction, signaling by interleukins, the stress-activated protein kinase signaling cascade, the mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway, and the cellular response to a transforming growth factor β (TGF-β) stimulus with a notable interconnection between these biological processes. Here, we used miRNAs that are differentially regulated by the LPS/TLR2 immune axis to devise a miRNA-based diagnosis for leptospirosis. The study established the role of the circulating stable miRNAs (miR-21-5p, miR-144-3p, and miR-let-7b-5p) as an early diagnostic marker for leptospirosis. These miRNAs can be used to diagnose acute leptospirosis and also to differentiate leptospiral infection from other bacterial and spirochetal infections, as proved by the use of human clinical samples. Thus, our findings indicate that miRNAs can play a crucial role in the diagnosis of infectious diseases, like leptospirosis, that are generally misdiagnosed.

Copyright © 2020 Akino Mercy et al.