Proteinové molekuly z exkrečně-sekrečních produktů rybího parazita Eudiplozoon nipponicum (Monogenea) a jejich význam v procesu trávení krve a modulaci imunitní odpovědi hostitele

Mgr. et Mgr. Jana Ilgová, Ph.D.

Doctoral thesis

Protein molecules from excretory-secretory products of fish parasite Eudiplozoon nipponicum and their function in blood digestion and modulation of the immune response of the host

Abstract:

Žábra kapra obecného jsou často parazitována larvami a dospělci krev sajícího parazita Eudiplozoon nipponicum (Monogenea: Polyopisthocotylea). Přestože zástupci třídy Monogenea sami osobě obvykle nezpůsobují svým hostitelům závažné zdravotní komplikace, ryba s narušenou povrchovou strukturou žaber či epitelem na povrchu těla čelí zvýšenému riziku vzniku sekundárních mikrobiálních infekcí s řadou negativních důsledků. Přímý životní cyklus těchto parazitů a také četný kontakt hostitelů v přeplněných akvakulturách, napomáhají jejich rychlé populační expanzi. Paraziti jsou bezesporu důležitým faktorem přirozené selekce. V průběhu dlouhodobé koevoluce se svými hostiteli si vyvinuli řadu morfologických, fyziologických, behaviorálních a molekulárních adaptací, které jim umožňují přežít a úspěšně se rozmnožovat. Zároveň také v průběhu evoluce zvýhodňovali ty hostitele, kteří dovedli zmírňovat patogenitu a mortalitu vyvolanou parazitem. Látky produkované parazity jsou zcela zásadní pro jejich invazi, výživu, eliminaci cytotoxických molekul hostitele a vyhýbání se jeho imunitní odpovědi. Pomáhají udržet homeostázu a prostředí příznivější pro život parazita. Typickým výsledkem takové molekulární komunikace mezi parazitem a hostitelem je mírný průběh infekce bez výrazné patologie, který zajišťuje dlouhodobé přežití parazita. Předložená dizertační práce se zaměřuje na protein podílející se na molekulární komunikaci žábrohlístů a jejich hostitelů. V porovnání s množstvím molekul medicínsky a ekonomicky významných parazitů, jich bylo dosud u monogeneí studováno zanedbatelné množství. Tato práce sumarizuje dostupné informace o popsaných molekulách, tj. o několika cysteinových a serinových proteázách a jejich inhibitorech. Zasazuje je do kontextu biologických procesů důležitých pro přežití a fitness monogeneí, jako jsou vyhledání hostitele a přichycení, příjem potravy, trávení a ovlivňování imunitního systému hostitele. Práce obsahuje dvě publikace věnované charakterizaci inhibitoru cysteinových proteáz (stefinu) druhu E. nipponicum. Tento protein, přítomný v exkrečně-sekrečních produktech parazita je jedinečný díky dvěma nezávislým inhibičním místům. Kromě proteáz podobných papainu inhibuje také asparaginyl-endoproteázy (tzv. legumainy). Jeho vliv na regulaci trávení hemoglobinu byl potvrzen v in vitro podmínkách. Zároveň bylo pozorováno jeho imunosupresivní působení, které se projevilo potlačením exprese prozánětlivých a protizánětlivých cytokinů produkovaných prasečími makrofágy, které byly předem stimulovány lipopolysacharidy (LPS). Ovlivněním funkcí imunitního systému tak může tento inhibitor přispívat k závažnějšímu průběhu sekundárních mikrobiálních infekcí.

Abstract:

The gills of common carp often harbour the larval and adult stages of haematophagous monogenean Eudiplozoon nipponicum (Polyopisthocotylea). Though monogeneans alone do not considerably compromise the health status of their hosts, fish with interrupted epithelial barriers faces the risk of a bacterial challenge with possibly harmful consequences. Their direct life-cycles and overcrowding living conditions of the fish in aquacultures facilitate rapid population expansion. Parasites are indeed important factors of natural selection. During long-time coevolution with their hosts, they have evolved diverse morphological, physiological, behavioural and molecular adaptations. At the same time, they have been selecting for the hosts able to counteract their harmful effects. Proteins secreted by parasites are crucial for the invasion, nutrition, elimination of hosts’ cytotoxic molecules and evasion of the host immune response. They are paramount for maintaining homeostasis and creating less harmful milieu. A typical result of this molecular cross-talk is a sublethal state of illness in the host which ensures the long-term survival of the parasites. The present thesis focuses on monogenean proteins involved in molecular communication of the parasite with the fish host. Comparing to an array of molecules investigated from medically or economically important parasites, research reported on just a handful of proteins derived from monogeneans. This thesis summarises current knowledge of these compounds, – i.e. several cysteine and serine peptidases, their inhibitor and annexins – and relate them with aspects critical for the survival and fitness of monogeneans, such as invasion, feeding and communication with the host’s immune system. It includes two original publications which address structural and functional characteristics of cysteine peptidase inhibitor (stefin) of E. nipponicum. This protein present in excretory/secretory products is unique, given its two independent inhibitory sites. First inhibits papain-like cysteine peptidases and second blocks the activity of asparaginyl endopeptidases (legumains). Its effect on the regulation of haemoglobin digestion was observed by biochemical methods in vitro. Additionally, a general immunosuppressive impact on cytokine expression in vitro was detected. It was manifested via downregulation the expression of pro- and anti-inflammatory cytokines by porcine macrophages stimulated by lipopolysaccharides (LPS). This might indicate possible effects of this inhibitor in enhancing secondary microbial infections.

Keywords

Parasite, Monogenea, Cystatin, Serpin, Peptidases, Immunomodulation, Blood digestion, Excretory-secretory products, Parazit, Peptidázy, Imunomodulace, Trávení krve, Exkrečně-sekreční produkty

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 25. 6. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 21. 8. 2020
• Supervisor: RNDr. Martin Kašný, Ph.D.
• Reader: prof. Kurt Buchmann, Mgr. Irma Schabussová, PhD.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Ecological and Evolutionary Biology / Parasitology