Bacterial endometritis-induced changes in the endometrial proteome in mares: Potential uterine biomarker for bacterial endometritis

Abstract

Equine endometritis is one of the main causes of subfertility in the mare. Unraveling the molecular mechanisms involved in this condition and pinpointing proteins with biomarker potential could be crucial in both diagnosing and treating this condition. This study aimed to identify the endometritis-induced changes in the endometrial proteome in mares and to elucidate potential biological processes in which these proteins may be involved. Secondly, biomarkers related to bacterial endometritis (BE) in mares were identified. Uterine lavage fluid samples were collected from 28 mares (14 healthy: negative cytology and culture, and no clinical signs and 14 mares with endometritis: positive cytology and culture, in addition to clinical signs). Proteomic analysis was performed with a UHPLC-MS/MS system and bioinformatic analysis was carried out using Qlucore Omics Explorer. Gene Ontology enrichment and pathway analysis (PANTHER and KEGG) of the uterine proteome were performed to identify active biological pathways in enriched proteins from each group. Quantitative analysis revealed 38 proteins differentially abundant in endometritis mares when compared to healthy mares (fold changes >4.25, and q-value = 0.002). The proteins upregulated in the secretome of mares with BE were involved in biological processes related to the generation of energy and REDOX regulation and to the defense response to bacterium. A total of 24 biomarkers for BE were identified using the biomarker workbench algorithm. Some of the proteins identified were related to the innate immune system such as isoforms of histones H2A and H2B involvement in neutrophil extracellular trap (NET) formation, complement C3a, or gelsolin and profilin, two actin-binding proteins which are essential for dynamic remodeling of the actin cytoskeleton during cell migration. The other group of biomarkers were three known antimicrobial peptides (lysosome, equine cathelicidin 2 and myeloperoxidase (MPO)) and two uncharacterized proteins with a high homology with cathelicidin families. Findings in this study provide the first evidence that innate immune cells in the equine endometrium undergo reprogramming of metabolic pathways similar to the Warburg effect during activation. In addition, biomarkers of BE in uterine fluid of mares including the new proteins identified, as well as other antimicrobial peptides already known, offer future lines of research for alternative treatments to antibiotics.

La endometritis equina es una de las principales causas de infertilidad en la yegua. Desentrañar los mecanismos moleculares implicados en esta afección e identificar proteínas con potencial biomarcador podría ser crucial tanto para diagnosticar como para tratar esta patología. Este estudio tuvo como objetivo identificar los cambios inducidos por la endometritis en el proteoma endometrial en yeguas y dilucidar posibles procesos biológicos en los que estas proteínas pueden estar involucradas. En segundo lugar, se identificaron biomarcadores relacionados con la endometritis bacteriana (EB) en yeguas. Se recogieron muestras de líquido de lavado uterino de 28 yeguas (14 sanas: citología y cultivo negativos, y sin signos clínicos y 14 yeguas con endometritis: citología y cultivo positivos, además de signos clínicos). El análisis proteómico se realizó con un sistema UHPLC-MS/MS y el análisis bioinformático se realizó utilizando Qlucore Omics Explorer. Se realizó un enriquecimiento de ontología genética y un análisis de vías (PANTHER y KEGG) del proteoma uterino para identificar vías biológicas activas en proteínas enriquecidas de cada grupo. El análisis cuantitativo reveló 38 proteínas diferencialmente abundantes en yeguas con endometritis en comparación con yeguas sanas (cambios en veces> 4,25 y valor q = 0,002). Las proteínas reguladas positivamente en el secretoma de yeguas con BE estuvieron involucradas en procesos biológicos relacionados con la generación de energía y regulación REDOX y con la respuesta inmunitaria a bacterias. Se identificaron un total de 24 biomarcadores para BE utilizando el algoritmo del banco de biomarcadores. Algunas de las proteínas identificadas estaban relacionadas con el sistema inmunológico innato, como las isoformas de las histonas H2A y H2B, implicadas en la formación de la trampa extracelular de neutrófilos (NET), el complemento C3a, o la gelsolina y la profilina, dos proteínas de unión a actina esenciales para la remodelación dinámica del sistema inmunológico, y citoesqueleto de actina durante la migración celular. El otro grupo de biomarcadores eran tres péptidos antimicrobianos conocidos (lisosoma, catelicidina 2 equina y mieloperoxidasa (MPO)) y dos proteínas no caracterizadas con una alta homología con familias de catelicidinas. Los hallazgos de este estudio proporcionan la primera evidencia de que las células inmunes innatas en el endometrio equino experimentan una reprogramación de vías metabólicas similar al efecto Warburg durante la activación. Además, los biomarcadores de BE en el líquido uterino de yeguas, incluidas las nuevas proteínas identificadas, así como otros péptidos antimicrobianos ya conocidos, ofrecen futuras líneas de investigación para tratamientos alternativos a los antibióticos.