Mx Protein involvement in the innate immune system against viral infections in Senegalese Sole (Solea senegalensis)

La acuicultura es una actividad de gran interés económico y ecológico, que presenta un alto potencial de crecimiento, y cuyo desarrollo sostenible constituye la vía óptima de aprovechamiento de los recursos pesqueros sin perjuicio de las poblaciones naturales de las especies cultivadas. Hasta 1990 el cultivo de peces marinos en España estaba dominado por la dorada (Sparus aurata); sin embargo, la necesidad de diversificación ha llevado al cultivo de otras especies, entre las que destaca el lenguado senegalés (Solea senegalensis), que se ha convertido en una de las especies más prometedoras de la acuicultura del sur de Europa. Como consecuencia del creciente desarrollo de la acuicultura han surgido una serie de problemas, entre los que destaca la aparición de brotes epizoóticos de enfermedades infecciosas, que representan una de las mayores amenazas para el sistema comercial. Entre dichas enfermedades, las de etiología viral revisten gran trascendencia, debido a que: (i) provocan altas mortalidades; (ii) pueden inducir infecciones persistentes, lo que hace que los supervivientes de una epizootia puedan actuar como portadores asintomáticos eliminando partículas víricas durante largos periodos de tiempo; (iii) pueden producir infecciones duales, lo que afecta al diagnóstico y control de la enfermedad; y (iv) no existen tratamientos efectivos. En los últimos años se ha detectado un número creciente de virus que infectan a peces cultivados. En el caso concreto del lenguado senegalés se ha descrito la susceptibilidad al Virus de la Necrosis Pancreática Infecciosa (IPNV), al Virus de la Enfermedad de Linfocistis (LCDV), al Virus de la Necrosis Nerviosa Viral (VNNV) y al Virus de la Septicemia Hemorrágica Viral (VHSV), a este último sólo en infecciones experimentales. Ante esta situación, resulta prioritario mejorar la resistencia de los animales a las infecciones víricas, por lo que es necesario conocer tanto los procesos patológicos como la respuesta inmune del hospedador. El sistema inmune de teleósteos, al igual que el de vertebrados filogenéticamente superiores, está compuesto por el sistema inmune innato, natural o inespecífico, y el adquirido o específico. En peces, al contrario que en vertebrados superiores, el sistema inmune innato presenta una mayor importancia relativa que el adaptativo, constituyendo la primera línea de defensa frente a infecciones víricas. El sistema inmune innato incluye, entre otros mecanismos, la producción de interferones (IFN), que son glicoproteínas (citoquinas) secretadas principalmente por células del sistema inmune en respuesta a una variedad de inductores, especialmente virus. En teleósteos se han detectado hasta la fecha dos tipos de IFN, el IFN tipo I (IFN I) y el IFN tipo II, siendo la inducción del IFN I en respuesta a las infecciones víricas la más estudiada. La síntesis de IFN I se produce rápidamente tras la infección vírica, induciendo, a su vez, la transcripción de genes estimulados por IFN (ISG), como Mx, ISG15 y el gen que codifica a la Proteína Kinasa R (PKR), entre centenares de otros genes, en las células vecinas. La síntesis de proteínas antivirales se produce tras la unión del IFN I a receptores específicos, lo que activa la tirosina quinasa 2 (TYK2) y la Janus quinasa (JAK1), que fosforilan las proteínas activadoras de la transcripción 1 y 2 (STAT1 y STAT2). Los STAT activados penetran en el núcleo celular y, asociados a factor regulador de la transcripción del interferón 9 (IRF9), se unen a los elementos de respuesta estimulados por IFN (ISRE), presentes en los promotores de los ISG. Algunos de los ISG identificados en peces son los que codifican las proteínas ISG15, PKR, vig1, una proteína similar a la proteína con motivos tripartitos de mamíferos (TRIM), y la proteína Mx. Todos los ISG mencionados incrementan su nivel de transcripción en respuesta tanto a la inducción con ácido poliinosinico-policitidílico (poli I:C), como a la infección por algunos virus; sin embargo, su actividad antiviral en peces sólo está demostrada en el caso de la PKR de platija japonesa (Paralichthys olivaceus), la ISG15 de pez cebra (Danio rerio), que tiene actividad frente a distintos virus, y por último, las proteínas Mx, que han sido ampliamente estudiadas en diversas especies de teleósteos, y que tradicionalmente se han utilizado como modelo de actividad antiviral del sistema del IFN I, por lo que es el ISG en el que se centra esta tesis doctoral. Las proteínas Mx son GTPasas de alto peso molecular pertenecientes a la superfamilia de las dinaminas que están ampliamente caracterizadas en mamíferos, ya que juegan un papel fundamental en la respuesta antiviral activada por el IFN I. Todas las GTPasas de gran tamaño tienen la capacidad de auto-ensamblarse formando oligómeros y cooperar en la hidrólisis de GTP. Las proteínas Mx purificadas forman homo-oligómeros de alto peso molecular y se auto-ensamblan in vitro formando anillos o hélices, lo que parece ser crítico para su actividad GTPásica, su estabilidad, y el reconocimiento de las estructuras virales diana. Las proteínas Mx suelen presentar distintas isoformas que difieren tanto en su especificidad antiviral como en su localización intracelular. La localización diferencial de estas proteínas hace que necesariamente inhiban el ciclo vital del virus en diferentes fases. En relación a estos antecedentes, se propone como objetivo principal de esta tesis doctoral la caracterización funcional de la proteína SsMx, como modelo de la actividad del sistema mediado por IFN I. Para la consecución de este objetivo, se ha realizado el estudio de la regulación transcripcional de SsMx, lo que resulta esencial para entender las interacciones virus-hospedador que se establecen durante la infección vírica (capítulo 1 de la presenta tesis doctoral). Además, también se ha determinado el papel de la proteína SsMx frente a la infección vírica mediante el estudio in vitro de la especificidad antiviral (capítulo 2) y el estudio in vivo del papel del sistema del IFN I de lenguado senegalés frente a la infección con VHSV (capítulo 3)

The Senegalese Sole Mx gene promoter contains a variable microsatellite region involved in the transcriptional

Interferons (IFNs) play a key role against viral infections by stimulating the expression of IFN stimulated genes, such as Mx. The transcriptional regulation of these genes in fish are poorly understood. The sequencing of the Senegalese sole (Solea senegalensis) Mx gene promoter revealed the presence of a guanosine-citosine rich region that contains a microsatellite, sited close to the translation start codon. The aim of the current study has been to determine the functional role of this region and to study its variability.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

ARQUS ClusterMap: in-depth analysis of the status quo of research connections within the cluster - UGR Bibliometric Reports Part I

Publicación de la primera parte del Informe ARQUS correspondiente a los indicadores bibliométricos de las diferentes Universidades participantes. ARQUS es la Alianza Universitaria Europea que reúne a las universidades de Bergen, Granada, Graz, Leipzig, Lyon, Padua y Vilnius y que ha sido avalada por la Comisión Europea como parte del grupo de Alianzas pioneras en la Iniciativa Universitaria Europea. La principal ambición de la Alianza ARQUS es actuar conjuntamente como laboratorio de aprendizaje institucional para avanzar en el diseño, ensayo e implementación de un modelo innovador de cooperación interuniversitaria profunda. El objetivo de la Alianza es consolidar una estructura conjunta de gobernanza que facilite el desarrollo de políticas y planes de acción consensuados, consolidar estructuras participativas que faciliten la integración transversal a todos los niveles de las instituciones asociadas y compartir su experiencia con otras agrupaciones con el fin de comunicar el valor añadido que puede encontrar en su modelo de integración.Universidad de Granada. Vicerrectorado de Investigación y Transferenci

Senegalese sole (Solea senegalensis) ISG15: molecular characterization and in vivo interplay with viral infections

The interferon-stimulated gene 15 (Isg15) is strongly induced by type I interferon (IFN I), viral infection, and double-stranded RNA (poly I:C) in several fish species, suggesting that Isg15 protein could play a key role in fish innate immunity against viral diseases. Thus, the aim of the present study was to characterize the molecular structure and transcription pattern of the Senegalese sole (Solea senegalensis) Isg15 gene in response to viral infections. The molecular characterization shows that the Senegalese sole Isg15 gene codes for a typical Isg15 protein of 165 aa, containing two ubiquitin-like domains and one conserved LRLRGG conjugating motif at the C-terminal end. The untranslated 5´-end region exhibited the structure of an IFN-stimulated gene promoter, with two interferon stimulated response elements (ISRE). Pairwise alignments based on deduced amino acid sequences showed homologous relationships (72.5-74.2%) between the Isg15 of Senegalese sole and other pleuronectiforms. The Isg15 transcription has been studied in head kidneys of Senegalese sole inoculated with poly I:C and with different fish viruses: two Viral Haemorrhagic Septicaemia Virus (VHSV) isolates (highly pathogenic and non-pathogenic to sole), and one reassortant Viral Nervous Necrosis Virus (VNNV) isolate, composed of a RGNNV-type RNA1 and a SJNNV-type RNA2 (pathogenic to sole). These challenges showed that poly I:C induces Isg15 transcription from 3 to 72 h post-injection (p.i.), whereas the induction in response to viral infections started at 24-48 h p.i. The fast induction of Isg15 indicates the potential implication of this ISG in the antiviral state stablished by the IFN I system. On the other hand, the interaction between each virus and the IFN I system was evaluated in fish inoculated with poly I:C and subsequently (24 h later) challenged with the different viruses. This challenge showed a viral multiplication decrease in poly I:C treated animals compared with untreated fish. Besides, results showed that only both pathogenic isolates interfered negatively with the Isg15 stimulation triggered by poly I:C. These results suggest that the Isg15 might play an important role in host defense against RNA virus infection, and the pathogenic isolates used in this study may have mechanisms to evade or limit the Senegalese sole innate host defenses.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

Intelligent energy storage management trade-off system applied to Deep Learning predictions

The control of the electrical power supply is one of the key bases to reach the sustainable development goals set by United Nations. The achievement of these objectives encourages a dual strategy of creation and diffusion of renewable energies and other technologies of zero emission. Thus, meet the emerging necessities require, inevitably, a significant transformation of the building sector to improve the design of the electrical infrastructure. This improvement should be linked to advanced techniques that allows the identification of complex patterns in large amount of data, such as Deep Learning ones, in order to mitigate potential uncertainties. Accurate electricity and energy supply prediction models, in combination with storage systems will be reflected directly in efficiency improvements in buildings. In this paper, a branch of Deep Learning models, known as Standard Neural Networks, are used to predict electricity consumption and photovoltaic generation with the purpose of reduce the energy wasted, by managing the storage system using Reinforcement Learning technique. Specifically, Deep Reinforcement Learning is applied using the Deep Q-Learning agent. Furthermore, the accuracy of the predicted variables is measured by means of normalized Mean Bias Error (nMBE), and normalized Root Mean Squared Error (nRMSE). The methodologies developed are validated in an existing building, the School of Mining and Energy Engineering located on the Campus of the University of Vigo.Agencia Estatal de Investigación | Ref. TED2021-130677B-I00Financiado para publicación en acceso aberto: Universidade de Vigo/CISU

Machine learning and deep learning models applied to photovoltaic production forecasting

The increasing trend in energy demand is higher than the one from renewable generation, in the coming years. One of the greatest sources of consumption are buildings. The energy management of a building by means of the production of photovoltaic energy in situ is a common alternative to improve sustainability in this sector. An efficient trade-off of the photovoltaic source in the fields of Zero Energy Buildings (ZEB), nearly Zero Energy Buildings (nZEB) or MicroGrids (MG) requires an accurate forecast of photovoltaic production. These systems constantly generate data that are not used. Artificial Intelligence methods can take advantage of this missing information and provide accurate forecasts in real time. Thus, in this manuscript a comparative analysis is carried out to determine the most appropriate Artificial Intelligence methods to forecast photovoltaic production in buildings. On the one hand, the Machine Learning methods considered are Random Forest (RF), Extreme Gradient Boost (XGBoost), and Support Vector Regressor (SVR). On the other hand, Deep Learning techniques used are Standard Neural Network (SNN), Recurrent Neural Network (RNN), and Convolutional Neural Network (CNN). The models are checked with data from a real building. The models are validated using normalized Mean Bias Error (nMBE), normalized Root Mean Squared Error (nRMSE), and the coefficient of variation (R2). Standard deviation is also used in conjunction with these metrics. The results show that the models forecast the test set with errors of less than 2.00% (nMBE) and 7.50% (nRMSE) in the case of considering nights, and 4.00% (nMBE) and 11.50% (nRMSE) if nights are not considered. In both situations, the R2 is greater than 0.85 in all models.Universidade de Vigo | Ref. 00VI 131H 641021

Estimulación del sistema mediado por interferón tipo I de lenguado senegalés (Solea senegalensis) en respuesta a infecciones por nodavirus

El lenguado senegalés es susceptible a la infección por el Virus de la Necrosis Nerviosa Viral (VNNV). Los betanodavirus se clasifican en cuatro genotipos, siendo los genotiposSJNNV, RGNNV y virus recombinantes RGNNV-SJNNV los que causan mortalidad en lenguado. En condiciones experimentales es el recombinante el que provoca mayor mortalidad. Las diferencias en la tasa de mortalidad pueden indicar variaciones en la interacción entre los distintos genotipos y el sistema inmune de lenguado. El sistema del interferón tipo I es un componente esencial de la respuesta inmune frente a infecciones virales, induciendo la expresión de genes que codifican proteínas antivíricas, tales como la Mx, la ISG15 y la PKR. El objetivo del presente trabajo ha sido cuantificar la transcripción de Mx, ISG15 y PKR en respuesta a infecciones por SJNNV, RGNNV y un recombinante RG-SJ.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

Validation of two pmx-luciferase reporter systems to study virus - host interaction.

Viral diseases represent an important threat in aquaculture. Therefore, the development of strategies and tools to understand fish susceptibility, virus-host interaction, or to identify viral virulence markers is a priority. Fish possess an effective antiviral response mediated by type I interferon, IFN I, a cytokine that induces the expression of a set of genes, called IFN-stimulated genes (ISGs), which generate an antiviral state in infected and surrounding cells. Among ISGs, mx genes are considered markers of the IFN I response, since Mx proteins show direct antiviral activity and mx genes display strong and quick induction, which varies according to viral virulence. In addition, mx transcription is blocked by several viruses. Therefore, the level and time-course of mx induction reflect virus-host interaction. This idea prompted the development of in vitro experimental systems consisting of RTG-2 cells stably expressing luciferase under the control of mx promoters to study virus-host interplay. Specifically, Senegalese sole and sea bream mx promoters have been evaluated in this study. Both systems were inoculated with different doses of viral isolates relevant in aquaculture: Infectious Pancreatic Necrosis Virus, IPNV, Viral Haemorrhagic Septicaemia Virus, VHSV, and Nervous Necrosis Virus, NNV. Each isolate triggered a characteristic profile in each experimental system. The sensitivity of both experimental systems in detecting two NNV isolates in infected tissues was tested, and the NNV antagonistic activity was also characterized. The minimal viral dose required to detect pmx induction and/or blocking is a possible virulence marker for these isolates. Thus, both experimental systems have been validated and can be used to get more insight on virus-host interaction and contribute to fight viral infections in aquaculture. Acknowledgments This study has been supported by the Project UMA20-FEDERJA-020 (Regional Government).Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

Actividad antagonista de aislados del Virus de la Septicemia Hemorrágica Viral (VHSV) frente al sistema del interferón tipo I de lenguado senegalés

Senegalese sole (Solea senegalensis) is susceptible to marine Viral Haemorrhagic Septicaemia Virus (VHSV) isolates, but it is not affected by freshwater VHSV isolates. In addition, the sole type I interferon (IFN I) response is lower after infection with a marine VHSV isolate than in response to a freshwater isolate. In order to disclose the reasons of such differential response, in this study, the antagonistic activity of both kinds of VHSV isolates against IFN I system was characterised using an in vitro experimental system consisting of RTG-2 cells stably transfected with the luciferase gene under the control of the Senegalese sole mx promoter, which is one of the most induced interferon-stimulated genes. Our results showed that both isolates exert a dose-dependent negative effect on the response triggered by type I interferon, acting in the signal cascade pathway induced by IFN I, since the transcription of the gene coding for this cytokine is not affected. However, much higher levels of the non-pathogenic freshwater isolate were necessary to detect such antagonistic activity. Therefore, the inefficient antagonistic activity of the freshwater VHSV isolate might be involved in the lack of virulence of this isolate to Senegalese sole. Resumen El lenguado senegalés (Solea senegalensis) es susceptible a aislados marinos del Virus de la Septicemia Hemorrágica Viral (VHSV), pero no a aislados de agua dulce, frente a los cuales, además, hay una respuesta del sistema del interferón tipo I (IFN I) más intensa. Para averiguar las razones de esta respuesta diferencial, el objetivo que se plantea para el presente estudio es caracterizar y comparar la actividad antagonista de ambos aislados de VHSV frente al sistema del IFN I. Con este fin se utilizó un sistema experimental in vitro consistente en células RTG-2 transfectadas de forma estable con el gen de la luciferasa bajo el control del promotor del gen mx, que es uno de los genes inducidos por IFN I que más se estimulan en respuesta a infecciones víricas. Los resultados obtenidos muestran que ambos aislados de VHSV producen una interferencia negativa sobre la respuesta desencadenada por el IFN I. Dicha interferencia ocurre tras la síntesis de IFN I, y es dependiente de la dosis vírica. Sin embargo, para detectarla es necesario infectar las células con una dosis mucho más alta del aislado de agua dulce que del marino. Por lo tanto, la ineficiente actividad antagonista del aislado de agua dulce podría estar implicada en la no virulencia de este tipo de aislados en lenguado.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech