Mining the Toxoplasma gondii genome for microRNA regulatory patterns

Abstract

Toxoplasma gondii is a parasite that causes mental retardation, blindness or nearblindness, and decreased psycho-motor performance if the patient is congenitally infected. There have been efforts to vaccinate humans against this parasite, yet it was not achieved. Therefore, a better understanding of Toxoplasma gondii can be provided by examining its microRNA regulation. MicroRNAs are known to regulate messenger RNAs and prevent translation. This results in different effects in different biological pathways. In this study, the Toxoplasma gondii genome was used to predict precursor and mature microRNAs, while experimentally validated microRNAs were taken into consideration. This was further explored in terms of microRNA targeting, with the known genes of Toxoplasma gondii. Furthermore, RNA Sequencing data of this organism was obtained and analysed in terms of gene expression and possible microRNA expression outcomes. Combining gene expression analyses with targeting predictions, it was possible to create a microRNA - gene interaction network. Gene expression analyses showed that there was no differentially expressed genes, microRNAs or interactions between two developmental stages of Toxoplasma gondii, tachyzoite and bradyzoite. This result was added to interactions to determine up and down regulations. Then, all of these interactions were connected where they intersect, to create a regulation network of microRNAs. This network was further explored and compared to random networks of the same size. It was seen that the biological network contains many larger sized cliques. This knowledge can be further analysed in future work, to create drug leads that will target vital pathways of Toxoplasma gondii.Toxoplasma gondii, doğuştan aktarıldığında zeka geriliği, körlük ya da psikomotor performansında düşüşlere sebebiyet vermektedir. İnsanları bu parazitten korumak adına aşı çalışmaları yapılmış, fakat başarılı olunamamıştır. Bu yüzden, mikroRNA düzenlemeleriyle Toxoplasma gondii’yle ilgili daha çok bilgi sağlanması amaçlanmıştır. MikroRNA'ların, haberci RNA’ları düzenleyerek protein oluşturmalarını engelledikleri bilinmektedir. Bu düzenleme, farklı biyolojik yolaklarda farklı etkilere sebebiyet vermiştir. Bu çalışmada, Toxoplasma gondii genomu, deneysel olarak doğrulanmış mikro-RNA’ları da göz önünde bulundurularak, öncü ve olgun mikroRNA’ların tahmininde kullanılmıtır. Bu, Toxoplasma gondii’nin bilinen genleriyle, mikroRNA hedeflemesi açısından da incelen-miştir. Bu organizmanın RNA dizileme verisi, gen ve olası mikroRNA ifadeleri incelenmek üzere elde edilmiş ve analiz edilmiştir. Gen ifadesi analizi, hedefleme tahminleriyle birleştirilerek mikroRNA - gen etkileşimleri çıkartılmıştır. Gen ifadesi analizi, Toxoplasma gondii’nin iki gelişme safhası olan tachyzoite ve bradyzoite arasında gen, mikroRNA veya etkileşim ifade farklılıklarının olmadığını göstermiştir. Bu sonuçlar etkileşimlere eklenerek yukarı ve aşağı düzenlemeler belirlenmiştir. Sonrasında bu etkileşimler, kesişim noktalarından bağlanarak mikroRNA düzenleyici ağı oluşturulmuştur. Bu ağ, aynı büyüklükteki rastlantısal ağlarla karşılaştırılmıştır. Biyolojik ağın daha büyük kliklere sahip olduğu görülmüştür. Bu bilgi gelecek çalışmalarla, Toxoplasma gondii’nin hayati yolaklarını hedefleyecek ilaç öncüleri yaratılması için incelenebilir.