Johne's disease in cattle caused by Mycobacterium avium subsp paratuberculosis: an in vitro model to study early response to infection

Abstract

La malattia di Johne o paratubercolosi è un’enterite cronica granulomatosa provocata dal Mycobacterium avium subsp paratubercolosis (MAP), che colpisce i ruminanti ed in particolare i bovini da latte ed ha un grande impatto economico a livello mondiale. Il MAP sembra anche avere un ruolo nella malattia umana di Crohn. Tale patogeno è capace di sopravvivere molto bene all’interno dei macrofagi dell’ospite dove previene la loro attivazione, blocca l’acidificazione e la maturazione del fagosoma, e interferisce con la presentazione degli antigeni al sistema immunitario. Al fine di analizzare la complessa interazione tra l’ospite e il patogeno, è stata valutata la risposta dopo 2h, 6h, e 24h di macrofagi derivati da monociti bovini (MDM), coltivati in vitro e infettati con il ceppo L1 di MAP utilizzando un approccio di RNA-Seq. L’analisi statistica dei dati di sequenza ha mostrato un aumento del numero di geni differenzialmente espressi durante l’esperimento in risposta all’infezione. Inoltre i geni sottoespressi negli MDM infettati sono stati individuati solo a 24h post-infezione. L’analisi dei pathway ha evidenziato tre network che sono associati alla risposta immunitaria e al processo infiammatorio. Inoltre lo studio dei geni sottoespressi a 24h ha mostrato il ruolo centrale del complemento e del complesso maggiore di istocompatibilità nella patogenesi della malattia.Johne’s disease (paratuberculosis) is a chronic granulomatous enteritis caused by Mycobacterium avium subsp paratubercolosis (MAP), affecting ruminants worldwide with a significant economic impact. MAP has also been speculated as a cause of human Crohn’s disease. MAP is a pathogen highly adapted for survival within host macrophages due to the organism's capacity to prevent macrophage activation, block phagosome acidification and maturation, and attenuate presentation of antigens to the immune system. The consequence is a very long silent infection and subclinical phases. To decipher the complex interaction between host and MAP, the response of in vitro bovine monocyte-derived macrophages (MDM) after 2h, 6h and 24h of infection with L1 strain of MAP was explored using RNA-Seq approach. Statistical analysis of sequence data revealed an increasing number of differentially expressed genes in MDM following infection through the three time points analysed. Furthermore down-regulated genes were only found at 24 h post-infection. Ingenuity Pathways Analysis of differentially expressed genes showed that “cell-mediated immune response” was the most significant network related to 2hpi dataset, “immune cell trafficking” for 6hpi, and “inflammatory response” for 24hpi. Finally the analysis of down-regulated genes at 24hpi confirmed the role of complement and major histocompatibility complex (MHC) in the pathogenesis of MAP in cattle