Mikro-RNA og deres rolle i laksens immunforsvar mot virussykdom

Nardos Tesfaye Woldemariam

• Alder: 35 år
• Tittel på oppgave: MicroRNAs and their role in virus disease and immune response in Atlantic salmon
• Sted: Institutt for naturvitenskapelige helsefag, OsloMet – Storbyuniversitetet
• Veiledere: Førsteamanuensis Rune Andreassen (ph.d.), Bjørn Høyheim, Hilde Sindre (ph.d.)
• Dato for disputas: 6. mai 2021
• Utdanning (år): Bioingeniør (OsloMet, 2014), Mastergrad i biomedisin (OsloMet, 2016)

Virussykdommer er en av de største utfordringene i lakseoppdrettsnæringen, og påvirker både fiskehelse og produksjon. Mikro-RNA (miRNA) er små, ikke-kodende RNA-molekyler som regulerer genuttrykk til proteinkodende gener (mRNA). De spiller blant annet en nøkkelrolle i regulering av immunrespons ved virussykdom. For atlanterhavslaksen har miRNA assosiert med virussykdom ikke vært undersøkt tidligere. Kunnskap om dette er viktig for å få en bedre forståelse av samspillet mellom vert og virus, responsmekanismer, og for å kunne utvikle molekylære verktøy for å bekjempe sykdommer.

Hvorfor ble studien gjennomført?

Målet med doktorgradsarbeidet var å skaffe ny kunnskap om miRNA-gener i laks, med særlig fokus på deres rolle i regulering av immunforsvaret ved virussykdom. Den første identifiseringen og karakteriseringen av miRNA-gener i laks ble utført i 2013, basert på en tidlig versjon av laksens genomsekvens, men i 2016 ble en forbedret versjon tilgjengelig. Ved bruk av denne kunne en ny karakterisering av miRNA utføres. Den oppdaterte artsspesifikke miRNA-referansen er en viktig ressurs som kan benyttes i ekspresjonsstudier av miRNA i laks, også ved virussykdom. Siden funksjonen til de enkelte miRNA kan defineres ut ifra hvilken effekt de har på målgenene, var målet å identifisere gener og signalveier i immunsystemet som reguleres av miRNA.

Hvilke metoder brukte du og hvorfor?

For å kunne studere miRNA og deres funksjon er det først og fremst nødvendig å identifisere alle miRNA som finnes i arten man studerer. Det ble tatt prøver av ulike organer fra frisk fullvokst fisk og fra embryoer i ulike utviklingsstadier. I tillegg ble det det benyttet materiale fra fisk som var smittet med ulike fiskevirus. Høykapasitetssekvensering (HTS) og bioinformatikkverktøyet miRDeep2 ble brukt for å identifisere miRNA med kjente nukleotidsekvenser og for å identifisere nye og hittil ukjente miRNA. Disse miRNA-sekvensene ble brukt som referanse for å undersøke deres genuttrykk ved virusinfeksjoner ved hjelp av DESeq2-pakken fra Bioconductor. Ekspresjonsendringer ble verifisert med kvantitative PCR-metoder (RT-qPCR) med spesifikke primere lik miRNA-sekvensene som undersøkes. For in-silico prediksjoner av potensielle målgener ble det brukt bioinformatiske verktøy, som benytter ulike algoritmer for å finne delvis komplementære sekvenser (der miRNA kan binde seg sekvensspesifikt til 3’UTR-delen av mRNA). For bedre tolkning av funksjonen til miRNA ble signalveier som de potensielle målgener deltar i hentet fra databasen KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes).

Hvilken betydning kan dette ha for fagfeltet?

Vi har identifisert rundt hundre nye miRNA-gener, og dermed bidratt til en betydelig økning i antallet miRNA karakterisert i laks. En gruppe miRNA med endret uttrykk ved virusinfeksjoner ble også identifisert. Ekspresjonsendringene i miRNA var dynamiske, med økning eller reduksjon, avhengig av tid etter smitte og sykdomsfase. Predikerte målgener var blant annet gener og signalveier involvert i immunrespons og inflammasjon. Våre funn tyder på at miRNA kan bidra til å finjustere aktiveringen av den antivirale immunresponsen tidlig i infeksjonsforløpet, samt til å hemme betennelsesreaksjoner slik at de ikke blir patologiske for verten senere i infeksjonen.
Doktorgradsarbeidet resulterte i ny kunnskap om miRNA i laks, og bidrar til å belyse deres rolle ved virussykdom. De virusresponderende miRNA kan videre undersøkes som potensielle biomarkører for infeksjon eller betennelse.