Imunidade intestinal em camarões Litopenaeus vannamei: expressão gênica espacial e o efeito da via de infecção pelo WSSV

Abstract

Os camarões praticam canibalismo de animais doentes e moribundos, sendo a via oral uma importante via de infecção e entrada de patógenos, como o vírus da síndrome da mancha branca (WSSV). A exemplo dos insetos, o epitélio intestinal dos camarões deve possuir respostas imunológicas especializadas e regionalizadas que não são ainda conhecidas. Nesse contexto, o presente estudo avaliou o efeito da via de entrada do WSSV (oral ou sistêmica) sobre o perfil transcricional de genes associados à imunidade e a sua expressão espacial no intestino médio (IM) de camarões juvenis Litopenaeus vannamei. A expressão da maioria dos genes avaliados (47 no total) não foi diferencial em função a via de entrada do vírus. Contudo, quatro genes tiveram sua expressão reprimida pelo desafio oral: os PAMs Litvan ALF-A (4,4x fold change), Litvan ALF-C (4,8x) e Litvan ALF-G (6,4x) e o gene pertencente à via Toll de sinalização celular, LvToll2 (4,7x). A entrada do vírus no organismo pela via sistêmica esteve associada com a modulação dos genes Litvan ALF-A (-2,3x) e LvproPO1 (2,8x). Além disso, a expressão espacial de 37 genes foi avaliada nas porções anterior, medial e posterior do IM. Nos animais naïve, 22% dos genes apresentaram expressão diferencial em uma das regiões do IM (Litvan ALF-G, Lvan-Stylicin1, Lvan-Stylicin2, LvIAP3, LvToll3, LvToll4, LvPPAE2 e Lva2M-2). Após o desafio dos animais com o WSSV, a expressão de 81% dos genes foi consideravelmente reprimida (PAMs, homeostasia, defesa antiviral, sistema proPO, via Toll, inibidores de proteases e PRPs), com três genes registrando níveis de expressão não quantificáveis (LvToll3, LvToll4 e Lva2M1) e outros sendo reprimidos em todas as porções do IM: LvPEN4 (2x a 5x), LvproPO1 (4x a 6x), LvPPAE2 (5x a 12x) e Lva2M-2 (2x a 41x). Contudo, 19% dos transcritos foram induzidos pela infecção viral, estando eles relacionados à inibição de apoptose (2x LvIAP3), homeostasia (2,9x LvHHAP), defesa antiviral (2,3x LvDcr1) e sinalização celular (2x LvHMGBa). A região anterior do IM apresentou modulação exclusiva de alguns genes (Litvan ALF-A, Litvan ALF-B, Litvan ALF-C, Litvan ALF-G, LvDscam, LvIAP3 e LvDOME), assim como a região medial (LvHHAP, LvClot, LvTGII e LvSid-1) e a posterior (Litvan PEN 1/2). A região anterior do IM de camarões demonstrou ser um importante sítio de expressão de moléculas antimicrobianas contra patógenos que adentram o camarão pela via oral. Estudos sobre a imunidade intestinal dos peneídeos podem auxiliar na compreensão da interação patógeno-hospedeiro e no desenvolvimento de novas estratégias para o controle de enfermidades nos cultivos.

Abstract: Shrimp practices cannibalism of moribund and infected animals, and the oral route is the most usual access to pathogen entry, such as the white spot syndrome virus (WSSV). As occurs in insects, the shrimp's intestinal epithelium should have specialized and regionalized immune responses that are currently unknown. In this study, we evaluated the effect of the WSSV entry route (oral or systemic) on the transcriptional profile of immune-related genes and their spatial expression in the midgut from juvenile shrimp Litopenaeus vannamei. Nevertheless, the viral entry route was not associated with the modulation of most of the evaluated genes, the oral challenge decreased the expression of three antimicrobial peptide genes: Litvan ALF- A (4.4x fold change), Litvan ALF-C (4.8x), and Litvan ALF-G (6.4x), and the Toll receptor gene, LvToll2 (4.7x); the WSSV challenge by systemic route changed the expression of Litvan ALF-A (-2.3x) and LvproPO1 (2.8x). Additionally, we investigated the spatial expression of 37 immune-related genes in the midgut (anterior, medial, and posterior region) from naïve animals (basal expression) and WSSV infected shrimp (48 h post-oral challenge). Around 20% of the genes showed differential expression in the midgut regions from unchallenged shrimp (Litvan ALF-G, Lvan-Stylicin1, Lvan-Stylicin2, LvIAP3, LvToll3, LvToll4, LvPPAE2 and Lva2M-2). Regarding the WSSV challenged shrimp, 81% of transcripts were quite repressed in, at least, one of the midgut regions (AMP, homeostasis, antiviral defense, proPO system, Toll signaling pathway, protease inhibitors, and PRP), including genes unable to be quantified (LvToll3, LvToll4, and Lva2M1). Some few genes were repressed in all midgut regions, as the LvPEN4 (2x a 5x), LvproPO1 (4x a 6x), LvPPAE2 (5x a 12x) and Lva2M-2 (2x a 41x). The WSSV infection promoted the induction of 19% of evaluated genes, whose transcripts were related to apoptosis inhibition (2x LvIAP3), homeostasis (2.9x LvHHAP); antiviral defense (2.3x LvDcr1) and cell signaling (2x LvHMGBa). Exclusive gene expression was particularly uncovered in the anterior midgut region (Litvan ALF-A, Litvan ALF-B, Litvan ALF-C, Litvan ALF-G, LvDscam, LvIAP3, and LvDOME), as well as in the medial (LvHHAP, LvClot, LvTGII, and LvSid-1) and posterior region (Litvan PEN 1/2). In conclusion, the anterior midgut region revealed to be an essential site to the expression of antimicrobial molecules against pathogens that invade the shrimp orally. Studies addressing the intestinal immunity can help to understand the host-pathogen interaction and support new strategies to disease control in shrimp farming.