Transcriptomic analysis of asymptomatic and symptomatic severe Turkish patients in SARS-CoV-2 infection
Sadrettin Pence1, Burcu Caykara1, Halime Hanim Pence2, Saban Tekin3, Birsen Cevher Keskin4, Ali Tevfik Uncu5, Ayse Ozgur Uncu6, Erman Ozturk71Department of Physiology, Istanbul Medeniyet University Faculty of Medicine, Istanbul, Turkey2Department of Biochemistry, Health Sciences University Faculty of Medicine, Istanbul, Turkey
3Department of Medical Biology, Health Sciences University, Faculty of Medicine, Istanbul, Turkey; TUBITAK, Marmara Research Center, Gene Engineering and Biotechnology Institute, Kocaeli, Turkey
4TUBITAK, Marmara Research Center, Gene Engineering and Biotechnology Institute, Kocaeli, Turkey
5Department of Molecular Biology and Genetics, Necmettin Erbakan University Faculty of Science, Konya, Turkey
6Department of Biotechnology, Necmettin Erbakan University Faculty of Science, Konya, Turkey
7Division of Hematology, Department of Internal Diseases, Istanbul Medeniyet University Faculty of Medicine, Istanbul, Turkey
OBJECTIVE: Coronavirus disease 2019 (COVID-19), leading to mild infection (MI), acute respiratory distress syndrome or death in different persons. Although the basis of these variabilities has not been fully elucidated, some possible findings have been encountered. In the present study, we aimed to reveal genes with different expression profiles by next-generation sequencing of RNA isolated from blood taken from infected patients to reveal molecular causes of different response.
METHODS: Two healthy, severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2)-negative control individuals (NCI), two SARS-CoV-2-positive patients who have MI, and two patients who have critical infection (CI) were included in the study. Total RNA was extracted from blood samples and sequenced. Raw RNA-Seq data were analyzed on Galaxy platform for the identification of differentially expressed genes and their pathway involvements.
RESULTS: We found that 199 and 521 genes were downregulated in whole blood of COVID-19-positive CI patients compared to NCI and MI patients, respectively. We identified 21 gene ontology pathways commonly downregulated in CI patients compared to both NCI and MI, mostly associated with innate and adaptive immune responses. Three hundred and fifty-four and 600 genes were found to be upregulated compared to NCI and MI, respectively. Upregulated six pathways included genes that function in inflammatory response and inflammatory cytokine release.
CONCLUSION: The transcriptional profile of CI patients deviates more significantly from that of MI in terms of the number of differentially expressed genes, implying that genotypic differences may account for the severity of SARS-CoV-2 infection and inflammatory responses through differential regulation of gene expression. Therefore, further studies that involve whole genome analysis coupled with differential expression analysis are required in order to determine the dynamics of genotype – gene expression profile associations.
Asemptomatik ve Ciddi SARS-CoV-2 İnfeksiyonu Olan Hastalarda Transkripsiyon Analizi
Sadrettin Pence1, Burcu Caykara1, Halime Hanim Pence2, Saban Tekin3, Birsen Cevher Keskin4, Ali Tevfik Uncu5, Ayse Ozgur Uncu6, Erman Ozturk71İstanbul Medeniyet Üniversitesi Tıp Fakültesi, Fizyoloji Anabilim Dalı, İstanbul2Sağlık Bilimleri Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Biyokimya Anabilim Dalı, İstanbul
3Sağlık Bilimleri Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı, İstanbul; TÜBİTAK, Marmara Araştırma Merkezi, Gen Mühendisliği ve Biyoteknoloji Enstitüsü, Kocaeli
4TÜBİTAK, Marmara Araştırma Merkezi, Gen Mühendisliği ve Biyoteknoloji Enstitüsü, Kocaeli
5Necmettin Erbakan Üniversitesi, Fen Fakültesi, Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü, Konya
6Necmettin Erbakan Üniversitesi, Fen Fakültesi, Biyoteknoloji Bölümü, Konya
7İstanbul Medeniyet Üniversitesi Tıp Fakültesi, Hematoloji Anabilim Dalı, İstanbul
Giriş: Coronavirus hastalığı 2019 (COVID-19) farklı kişilerde hafif enfeksiyona, akut solunum sıkıntısı sendromuna veya ölüme yol açabilmektedir. Bu değişkenliklerin temeli tam olarak aydınlatılamasa da bazı olası bulgular saptanmıştır. Mevcut çalışmada, enfekte hastalardan alınan kan örneklerinden izole edilen RNA'nın yeni nesil dizilemesi ile farklı ekspresyon profillerine sahip genleri ortaya çıkararak, farklı yanıtın moleküler nedenlerini ortaya koymayı amaçladık.
Gereç ve Yöntemler: İki sağlıklı, şiddetli akut solunum yolu sendromu koronavirüsü 2 (SARS-CoV-2) negatif kontrol bireyi (NKB), hafif enfeksiyonu (HE) olan iki SARS-CoV-2 pozitif hasta ve kritik enfeksiyonu (KE) olan iki hasta çalışmaya dahil edildi. Total RNA, kan örneklerinden ekstrakte edildi ve dizilendi. Ham RNA-seq verileri, farklı şekilde eksprese edilen genlerin ve bunların yolak katılımlarının tanımlanması için Galaxy platformunda analiz edildi.
Sonuçlar: COVID-19 pozitif KE hastalarının tam kanında sırasıyla NKB ve HE hastalarına kıyasla 199 ve 521 genin down regüle olduğu bulundu. Hem NKB hem de HE ile karşılaştırıldığında KE hastalarında yaygın olarak down regüle olmuş, çoğunlukla doğuştan gelen ve adaptif immün yanıtlarla ilişkili 21 gen ontolojisi (GO) yolağı belirlendi. Sırasıyla NKB ve HE ile karşılaştırıldığında 354 ve 600 genin upregüle olduğu bulundu. Upregule olan altı yol, inflamatuar yanıtta ve inflamatuar sitokin salınımında işlev gören genleri içeriyordu.
Tartışma: KE hastalarının genlerindeki transkripsiyonel profil, HE hastalarınınkinden ifade edilen genlerin sayısına göre daha farklıdır. Gen ekspresyon profilindeki bu farklılıkların genetik altyapı ile ilişkili olması mümkün olup, genotipik farklılıklar SARS-CoV2 enfeksiyonunda görülen enflamatuar ve immün yanıtın şiddetindeki değişiklikleri açıklayabilir. Bu nedenle, genotip – gen ekspresyon profili ilişkilerinin dinamiklerini belirlemek için diferansiyel ekspresyon analizi ile birleştirilmiş tüm genom analizini içeren ileri çalışmalara ihtiyaç vardır. (NCI-2021-12-7/R1)
Manuscript Language: English