Russian Journal of Infection and ImmunityRussian Journal of Infection and ImmunityИнфекция и иммунитет2220-76192313-7398SPb RAACI145410.15789/2220-7619-ACA-1454ORIGINAL ARTICLESОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИResearch ArticleA comparative analysis of miRNA expression in human lung epithelial cells during infection with influenza virus and RNAse treatmentСравнительный анализ экспрессии микроРНК в эпителиальных клетках легких человека при заражении вирусом гриппа и обработке РНКазойhttps://orcid.org/0000-0002-2608-8325BaichurinaIrina A.БайчуринаИрина Алексеевна
Russian Federation

Junior Researcher, Institute of Fundamental Medicine and Biology

младший научный сотрудник института фундаментальной медицины и биологии

letovaira1995@mail.ruhttps://kpfu.ru/main?p_id=40904https://orcid.org/0000-0001-7445-2091MarkelovaM. I.МаркеловаМ. И.
Russian Federation

PhD Student, Researcher, Institute of Fundamental Medicine and Biology

аспирант, научный сотрудник института фундаментальной медицины и биологии

mimarkelova@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-6543-688XShah MahmudR.Шах МахмудР.
Russian Federation

PhD (Biology), Associate Professor, Senior Researcher, Institute of Fundamental Medicine and Biology

к.б.н., доцент, старший научный сотрудник института фундаментальной медицины и биологии

raihan.shah@kpfu.ruKazan (Volga Region) Federal UniversityФГАОУ ВО Казанский (Приволжский) федеральный университет12042022130520221222632701004202025122021Copyright ©; 2022, Baichurina I.A., Markelova M.I., Shah Mahmud R.Copyright ©; 2022, Байчурина И.А., Маркелова М.И., Шах Махмуд Р.2022Baichurina I.A., Markelova M.I., Shah Mahmud R.Байчурина И.А., Маркелова М.И., Шах Махмуд Р.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://iimmun.ru/iimm/article/view/1454

The influenza virus is capable of causing an acute respiratory infection that affects 5 to 20% of the human population annually. The spread of the influenza virus epidemic occurs within a short period of time due to its high contagiousness. In addition, the annual circulation of the virus among livestock and waterfowl increases for new strains a risk of zoonotic transmission to human populations with unestablished yet immunity. In addition, several high virulence pandemic strains have emerged in the past, and the threat of a new pandemic strain is constantly present. The identification of the physiological and molecular aspects related to influenza A can help developing therapeutic approaches to lower side effects associated with the disease caused by this virus. The RNA profile in human cells changes after exposure to influenza virus. Currently, scientists have been increasingly paying attention to study of microRNAs capable of regulating gene expression. Thus, microRNAs may play a critical role in a wide range of biological processes and have been previously shown to be important effectors in multilayered host-pathogen interplay. The study of the quantitative and qualitative miRNA composition is an important tool for diagnosing and treating various diseases at an early stage. The aim of this work is to analyze the microRNA profile for investigating an effect of influenza A (H1N1) virus on human lung epithelial adenocarcinoma cells. The microRNA fraction was isolated by using phenol-chloroform extraction and analyzed with high-throughput sequencing on the SOLiD 550xl wildfire platform using bioinformatic methods. The study examined 129 mature microRNAs from uninfected cells treated with Bacillus pumilus RNAse as well as cells infected with the influenza A (H1N1) virus. It was found that uninfected cells treated with RNase contained 2-fold more different microRNAs that can participate in suppressing carcinogenesis. The peak expression in influenza virus-infected cells is observed for miR-6884-5p. For cells treated with RNase, the peak expression is observed for miR-3923 that was higher by 400-fold than in cells infected with the influenza virus. We hypothesize that intact viruses or their intracellular components are able to alter cellular metabolism by skewing it to decreased resistance to carcinogenesis processes.

Вирус гриппа способен вызывать острую респираторную инфекцию, которая ежегодно затрагивает от 5 до 20% человеческой популяции. Распространение эпидемии вируса гриппа происходит за короткое время из-за высокого уровня контагиозности. Помимо этого, ежегодная циркуляция вируса среди домашнего скота и водоплавающих птиц увеличивает риск зоонозной передачи новых штаммов в человеческую популяцию, у которой ранее не был сформирован иммунитет. Кроме того, в прошлом появилось несколько пандемических штаммов с высокой вирулентностью, и постоянно присутствует угроза возникновения нового пандемического штамма. Идентификация физиологических и молекулярных аспектов гриппа А может помочь в разработке терапевтических подходов для снижения побочных эффектов, связанных с заболеванием, вызванным этим вирусом. Профиль РНК в клетках человека изменяется после воздействия вируса гриппа. В настоящее время ученые все чаще уделяют внимание исследованию молекул микроРНК, которые способны регулировать экспрессию генов. Таким образом, микроРНК способны играть решающую роль в широком спектре биологических процессов, и ранее было показано, что они являются важными эффекторами в сложных сетях взаимодействия «хозяин–патоген». Изучение количественного и качественного состава микроРНК является важным инструментом для диагностики и лечения различных заболеваний на ранней стадии. Целью работы является анализ профиля микроРНК для изучения воздействия вируса гриппа А (H1N1) на эпителиальные клетки аденокарциномы легких человека. Фракция микроРНК была получена с помощью фенол-хлороформной экстракции и проанализирована с помощью высокопроизводительного секвенирования на платформе SOLiD 550xl wildfire и биоинформатических методов. В работе было исследовано 129 зрелых микроРНК из неинфицированных клеток, обработанных РНКазой Bacillus pumilus и клеток, инфицированных вирусом гриппа А (H1N1). Установлено, что в неинфицированных клетках, обработанных РНКазой, присутствует в 2 раза больше различных микроРНК, которые могут участвовать в подавлении канцерогенеза. Наибольшая экспрессия в клетках, инфицированных вирусом гриппа, наблюдается для miR-6884-5p. Для клеток, обработанных РНКазой, наибольшая экспрессия наблюдается для miR-3923, практически в 400 раз больше, чем в клетках, зараженных вирусом гриппа. Мы предполагаем, что интактные вирусы или их внутриклеточные компоненты способны изменять клеточный метаболизм в сторону снижения устойчивости к процессам канцерогенеза.

microRNAeukaryotic cellsinfluenza viruscancerbiomarkersequencingмикроРНКклетки эукариотвирус гриппаракбиомаркерсеквенированиеСубсидияThe subsidy0671-2020-0058Летова И.А., Мадумаров С.А., Сысоева М.А., Шах Махмуд Р.З. Ускоренный и эффективный метод выделения микроРНК из плазмы крови человека // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2019. Т. 9, № 1. C. 53–59. [Letova I.A., Madumarov S.A., Sysoyeva M.A., Shah Mahmud R.Z. Accelerated and efficient method for isolating microRNA from human blood plasma. Izvestiya vuzov. Prikladnaya khimiya i biotekhnologiya = Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology, 2019, vol. 9, no. 1, pp. 53–59. (In Russ.)] doi: 10.21285/2227-2925-2019-9-1-53-59Макарова Ю.А., Крамеров Д.А. Некодирующие РНК // Биохимия. 2007. Т. 72, № 11. C. 1427–1448. [Makarova Yu.A., Kramerov D.A. Non-coding RNA. Biokhimiya = Biochemistry, 2007, vol. 72, no. 11, pp. 1427–1448. (In Russ.)]Anders S., Huber W. Differential expression of RNA-Seq data at the gene level — the DESeq package. Heidelberg: European Molecular Biology Laboratory (EMBL), 2012, p. 24.Boudouresque F., Siret C., Dobric A., Silvy F., Soubeyran P., Iovanna J., Lombardo D., Berthois Y. Ribonuclease MCPiP1 contributes to the loss of micro-RNA-200 family members in pancreatic cancer cells. Oncotarget, 2018, vol. 9, no. 89, pp. 35941–35961. doi: 10.18632/oncotarget.26310Carr S.B., Adderson E.E., Hakim H., Xiong X.P., Yan X.W., Caniza M. Clinical and demographic characteristics of seasonal influenza in pediatric patients with cancer. Pediatr. Infect. Dis. J., 2012, vol. 31, no. 11, pp. 202–207. doi: 10.1097/INF.0b013e318267f7d9Chen C.J., Heard E. Small RNAs derived from structural non-coding RNAs. Methods, 2013, vol. 63, no. 1, pp. 76–84. doi: 10.1016/ j.ymeth.2013.05.001Chomczynski P., Sacchi N. Single-step method of RNA isolation by acid guanidinium thiocyanate phenol chloroform extraction. Anal. Biochem., 1987, vol. 162, no. 1, pp. 156–159. doi: 10.1016/0003-2697(87)90021- 2Correia C.N., Nalpas N.C., McLoughlin K.E., Browne J.A., Gordon S.V., MacHugh D.E., Shaughnessy R.G. Circulating microRNAs as potential biomarkers of infectious diseases. Front. Immunol., 2017, vol. 8: 118. doi: 10.3389/fimmu.2017.00118Iheagwara U.K., Beatty P.L., Van P.T., Ross T.M., Minden J.S., Finn O.J. Influenza virus infection elicits protective antibodies and T cells specific for host cell antigens also expressed as tumor associated antigens: a new view of cancer immunosurveillance. Cancer Immunol. Res., 2014, vol. 2, no. 3, pp. 263–273. doi: 10.1158/2326-6066.CIR-13- 0125Ilinskaya O.N., Singh I., Dudkina E., Ulyanova V., Kayumov A., Barreto G. Direct inhibition of oncogenic KRAS by Bacillus pumilus ribonuclease (binase). Biochim. Biophys. Acta, 2016, vol. 1863, pp. 1559–1567. doi: 10.1016/j.bbamcr.2016.04.005Jadideslam G., Ansarin K., Sakhinia E., Babaloo Z., Abhari A., Ghahremanzadeh K., Khalili M., Radmehr R., Kabbazi A. Diagnostic biomarker and therapeutic target applications of miR-326 in cancers: a systematic review. J. Cell. Physiol., 2019, vol. 234, no. 12, pp. 21560–21574. doi: 10.1002/jcp.28782Kotecha R.S., Wadia U.D., Jacoby P., Ryan A.L., Blyth C.C., Keil A.D., Gottardo N.G., Cole C.H., Barr I.G., Richmond P.C. Immunogenicity and clinical effectiveness of the trivalent inactivated influenza vaccine in immunocompromised children undergoing treatment for cancer. Cancer Med., 2016, vol. 5, no. 2, pp. 285–293. doi: 10.1002/cam4.596Kozomara A., Griffiths-Jones S. miRBase: annotating high confidence microRNAs using deep sequencing data. Nucleic Acids Res., 2014. vol. 42, no. D1, pp. 68–73. doi: 10.1093/nar/gkt1181Kuznetsova I., Arnold T., Aschacher T., Schwager C., Hegedus B., Garay T., Stukova M., Pisareva M., Pleschka S., Bergmann M., Egorov A. Targeting an oncolytic influenza A virus to tumor tissue by elastase. Mol. Ther. Oncolytics, 2017, vol. 7, pp. 37–44. doi: 10.1016/j.omto.2017.09.002Langmead B. Aligning short sequencing reads with Bowtie. Curr. Protoc. Bioinform., 2010, vol. 11: 11.7. doi: 10.1002/0471250953.bi1107s32Li X., Deng S.J., Zhu S., Jin Y., Cui S.P., Chen J.Y., Xiang C., Li Q.Y., He C., Zhao S.F., Chen H.Y., Niu Y., Liu Y., Deng S.C., Wang C.Y., Zhao G. Hypoxia-induced lncRNA-NUTF2P3-001 contributes to tumorigenesis of pancreatic cancer by derepressing the miR-3923/KRAS pathway. Oncotarget, 2016, vol. 7, pp. 6000–6014. doi: 10.18632/oncotarget.6830Liao Y., Smyth G.K., Shi W. Feature counts: an efficient general purpose program for assigning sequence reads to genomic features. Bioinformatics, 2014, vol. 30, no. 7, pp. 923–930. doi: 10.1093/bioinformatics/btt656Lin J., Chen Y. T., Xia J., Yang Q. MiR674 inhibits the neuraminidase-stimulated immune response on dendritic cells via down-regulated Mbnl3. Oncotarget, 2016, vol. 7, no. 31, pp. 48978–48994. doi: 10.18632/oncotarget.9832Makeeva A., Rodriguez-Montesinos J., Zelenikhin P., Nesmelov A., Preissner K.T., Cabrera-Fuentes H.A., Ilinskaya O.N. Antitumor macrophage response to Bacillus pumilus ribonuclease (binase). Mediators Inflamm., 2017, vol. 2017: 4029641. doi: 10.1155/2017/4029641Monteleone N.J., Lutz C.S. miR-708-5p: a microRNA with emerging roles in cancer. Oncotarget, 2017, vol. 8, no. 41, pp. 71292–71316. doi: 10.18632/oncotarget.19772Ortiz-Quintero B. Cell-free microRNAs in blood and other body fluids, as cancer biomarkers. Cell Proliferation, 2016, vol. 49, no. 3, pp. 281–303. doi: 10.1111/cpr.12262Rivera A., Barr T., Rais M., Engelmann F., Messaoudi I. MicroRNAs regulate host immune response and pathogenesis during influenza infection in rhesus macaques. Viral Immunol., 2016, vol. 29, no. 4, pp. 212–217. doi: 10.1089/vim.2015.0074Romano G., Veneziano D., Acunzo M., Croce C.M. Small non-coding RNA and cancer. Carcinogenesis, 2017, vol. 38, no. 5, pp. 485–491. doi: 10.1093/carcin/bgx026Russell S.J., Peng K.W. Viruses as anticancer drugs. Trends Pharmacol. Sci., 2007, vol. 28, no. 7, pp. 326–333. doi: 10.1016/ j.tips.2007.05.005Shah Mahmud R., Mostafa A., Müller C., Kanrai P., Ulyanova V., Sokurenko Y., Dzieciolowski J., Kuznetsova I., Ilinskaya O., Pleschka S. Bacterial ribonuclease binase exerts an intra-cellular anti-viral mode of action targeting viral RNAs in influenza a virus infected MDCK-II cells. Virol. J., 2018, vol. 15, no. 1: 5. doi: 10.1186/s12985-017-0915-1Tasian S.K., Park J.R., Martin E.T., Englund J.A. Influenza-associated morbidity in children with cancer. Pediatr. Blood Cancer, 2008, vol. 50, no. 5, pp. 983–987. doi: 10.1002/pbc.21472Ulyanova V., Shah Mahmud R., Dudkina E., Vershinina V., Domann E., Ilinskaya O. Phylogenetic distribution of extracellular guanyl-preferring ribonucleases renews taxonomic status of two Bacillus strains. J. Gen. Appl. Microbiol., 2016, vol. 62, no. 4, pp.181–188. doi: 10.2323/jgam.2016.02.005Vert A., Castro J., Ribó M., Benito A., Vilanova M. A nuclear-directed human pancreatic ribonuclease (PE5) targets the metabolic phenotype of cancer cells. Oncotarget, 2016, vol. 7, no. 14, pp. 18309–18324. doi: 10.18632/oncotarget.7579Wang B., Li J.D., Sun M., Sun L.H., Zhang X.Y. MiRNA Expression in breast cancer varies with lymph node metastasis and other clinicopathologic features. IUBMB life, 2014, vol. 66, no. 5, pp. 371–377. doi: 10.1002/iub.1273Wang R., Zhang Y.-Y., Lu J.-S., Xia B.-H., Yang Z.-X., Zh X.-D., Zhou X.-W., Huang P.-T. The highly pathogenic H5N1 influenza A virus down-regulated several cellular MicroRNAs which target viral genome. J. Cell Mol. Medicine, 2017, vol. 21, no. 11, pp. 3076–3086. doi: 10.1111/jcmm.13219Yanagawa-Matsuda A., Mikawa Y., Habiba U., Kitamura T., Yasuda M., Towfik-Alam M., Kitagawa Y., Minowa K., Shindoh M., Higashino F. Oncolytic potential of an E4-deficient adenovirus that can recognize the stabilization of AU-rich element containing mRNA in cancer cells. Oncol. Rep., 2019, vol. 41, no. 2, pp. 954–960. doi: 10.3892/or.2018.6865