Genetic variation in the interleukin 4 promoter in relation to nematode infection in the bank vole (Myodes glareolus)

Abstract

Abstract

In nature, the coexistence of parasites and hosts has been an important factor in evolution of the immune system, which can be found in all plants and animals. As parasitic infections are by definition affect overall fitness of the host, it is important for the host to be able to counteract the detrimental effects of infections. To ensure this, signaling molecules, known as cytokines, ensure proper regulation of the different immune cells in order to optimize the immune response in relation to specific parasitic species. One such cytokine is Interleukin-4 (IL-4), a crucial molecule for mounting a proper adaptive immune response against nematode parasite infections. Its main roles includes inducing and maintaining a TH2 response, alternative activation of macrophages and acts a key factor for worm expulsion from the gut. Other studies have found that the occurrence of single nucleotide polymorphisms (SNPs) in the promoter region of cytokine genes can affect the gene expression, and thus have a significant impact on the resulting immune response. Here I investigated the variation in the promoter region for IL-4 in a natural population of bank voles (Myodes glareolus) in Southern Sweden. I found three different haplotypes, the most common haplotype occurred at a frequency of 73.3%, one haplotype contained two insertions and occurred at 12.7% in the population, the last haplotype was found to occur in 14% of sampled voles, and had one single nucleotide polymorpnhism. I also determined infection status with nematodes based on fecal egg counts. In my samples I found three nematode species, Capillaria, Trichuris and Heligmosomoides. The three species were found in samples from three different locations, and occurred at frequencies of 10%, 18% and 24% respectively in the 71 fecal samples analyzed.
Voles homozygote for the insertion in the promoter region had lower overall infection prevalence of nematodes accounted for in this study when compared to infection prevalence found among the most prevalent haplotype.
The results of this study provide new insight into the significance of variation in genetic structure in a population in context to helminthic infections.

Abstract (Swedish)

Parasitter og cytokiner i en naturlig populasjon

I naturen finner vi utallige eksempler på arter som har spesialisert seg på å utnytte andre arter for næring, trygghet og overlevelse. Denne spesialiseringen kalles parasitisme, og har ofte en kostnad for verten i form av redusert helse og livskvalitet. Hos däggdjur, er en stor parasittgruppe innvollsparasitter. nematoder som lever i tarmene og suger blod, eller tar til seg næring fra det verten spiser. For å minimere skadevirkningene fra en parasittinfeksjon er det viktig at verten har et bra forsvarssystem, immunsystemet, en kombinasjon av forskjellige celler i kroppen som har som mål å utrydde og fjerne skadelige organismer fra verten, og beskytte mot sykdom. Innenfor en populasjon av en hvilken som helst verts art ute i naturen vil det finnes forskjeller blant individene i hvor kraftig infisert de blir av eventuelle parasitter som finnes i området. Forskjellene i infeksjonsintensitet kan være som følge av mutasjoner i immunsystemet som påvirker evnen til å respondere i forhold til infeksjonen. Dersom immunsystemet ikke fungerer optimalt vil ikke verten kunne fjerne eller regulere parasittinfeksjonen og får økt risiko for andre påfølgende infeksjoner fra andre patogene arter. Mutasjoner i genene som koder for immunsystemet kan også gi økt effektivitet med tanke på signalering og dermed også immunrespons.

Jeg var interessert i å finne ut hvilke parasittarter som finnes i skogssork (Myodes glareolus), fanget ute i Revingehed utenfor Lund, og hvordan infeksjonsprevalensen ble påvirket i forhold til mutasjoner i genene som kodet for et spesifikt signalmolekyl (Interleukin-4), som er viktig med tanke på immuncellenes evne til å kommunisere og til å fjerne parasitter.
Ved å ekstrahere DNA fra biopsiprov tatt fra de fangede sorkene og sammenlikne med verdier for parasitt egg ekstrahert fra avføringsprøver fra de samme sorkene, fant jeg at det var tre parasitterende innvollsmask i området, Trichuris, Heligmosomoides og Capillaria. Artsbestemning av parasitteggene ble gjennomført ved å sammenlikne prøver i mikroskop, undersøke karakterer og sammenlikne med identifikasjonsbøker. Ved å undersøke interleukin-4 gen sekvensene i dataprogrammer og sammenlikne med sekvenser fra nærliggende arter fant jeg at det fantes 3 genetiske grupperinger i området, hvorav en gruppering på ni individer hadde signifikant lavere prevalens av parasitter i forhold til resterende studiegrupp, denne grupperingen hadde innsatte DNA baser i sekvensen og dette påvirket tydeligvis cytokinutrykket. En gruppering på 10 individer hadde en enkelt bassubstitisjon men dette gav ingen signifikant effekt på parasittprevalens i forhold til den mest vanlige genotypen i området.
Studien viser at den genetiske sammensetningen av immunsystemet er viktig i forhold til vert/parasittinteraksjoner i en naturlig populasjon i forhold til prevalens av parasitter. Metoden kan utvikles til å gi oss mer informasjon om spredning av parasitter blant naturlige populasjoner av däggdjur.

Handledare: Lars Råberg.
Examensarbete för masterexamen 30 hp i molekylær ekologi. 2012
Biologiska institutionen, Lunds universitet

• author: Myhren, Bror Jonathan
• supervisor: Lars Råberg; Dagmar Clough
• organization: Degree Projects in Biology
• course: BIOM34 20121
• year: 2012
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Biology and Life Sciences
• language: English
• id: 3616117
• date added to LUP: 2013-03-22 12:36:28
• date last changed: 2013-03-22 12:36:28