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Transmembrane transporters of the liver fluke Fasciola hepatica

Sandra Pichler

Art der Arbeit

Masterarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Zentrum für Molekulare Biologie

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Masterstudium Molekulare Biologie

Betreuer*in

Harald Sitte

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DOI

10.25365/thesis.35163

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29592.73749.854754-8

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Fasciola hepatica, ein endoparasitärer Plattwurm der Klasse Trematoda, Stamm Platyhelminthes, auch bekannt als großer Leberegel, ist verantwortlich für die Krankheit Fasziolose. Durch aktives Durchdringen der Darmwand und anschließender Migration in die Leber besiedelt der Leberegel schlussendlich die Gallengänge seines Endwirtes. Aufgrund dieser Erkrankung, welche eine große Bedeutung bei Weiderindern und Schafen spielt, entstehen finanzielle Verluste durch nicht verwertbare Fleischprodukte, oder schlecht genährter Tiere. Auch die Bedrohung für den Menschen nimmt einen immer größeren Stellenwert ein. Aufgrund von fehlender präventiver medizinischer Vorsorge, wie zum Beispiel Impfungen gibt es momentan nur den Ansatzpunkt der Chemotherapie in Form des Anthelmintikums Triclabendazol, welches unter dem Markennamen Fasinex® verkauft wird. Dieses Medikament gehört der Gruppe der Benzimidazole an, welche dadurch charakterisiert sind, dass sie gegen β-Tubulin und daher am mitotischen Spindelapparat und dem Mikrotubulisystem wirken und diese Strukturen zerstören. Interessanterweise ist Triclabendazol das einzig bekannte Medikament, das gegen Fasciola hepatica Wirkung zeigt, zusätzlich mit dem großen Vorteil, dass es alle vorkommenden Entwicklungsstadien innerhalb des Endwirts bekämpft. Allerdings wurde im Laufe der Zeit eine erhöhte Zahl an Resistenzen gegen dieses Medikament beobachtet. Verschiedene Hypothesen versuchen diese aufkeimende Resistenz zu erklären. Eine vielversprechende Erklärung basiert auf einer publizierten Teilsequenz eines ABC Transporters (vom englischen ATP binding cassette) von Reed et al. aus dem Jahr 1998, die eine hohe Homologie zum humanen P-glycoprotein aufweist. Triclabendazol könnte als Substrat für einen oder sogar mehrere verschiedene ABC Transporter von F.hepatica dienen. Ungeachtet der Homologie zu P-gP handelte es sich bei dieser Teilsequenz um einen Halbtransporter. Daher war es von Interesse herauszufinden, ob diese Sequenz vollständig war, oder nicht. Zusätzlich war es notwendig andere Transporter zu identifizieren. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnten zwei komplette cDNAs von Fasciola hepatica identifiziert, kloniert und exprimiert werden, welche für zwei verschiedene Transmembrantransporter kodieren – FhMDR und FhepSLC6 (Taurin Transporter Homolog). FhMDR als repräsentatives Mitglied der ABC Transporter der Unterfamilie B, ist jener Transporter der eine Schlüsselrolle in den Mechanismen der Resistenzentwicklung einnehmen könnte. Funktionellen Eigenschaften von FhMDR wurden mittels eines auf FACS basierendem Rhodamine123 Experiments getestet, welches für den humanen MDR Transporter schon gut etabliert ist. Der zweite identifizierte Transporter erwies sich aufgrund seiner Sequenzhomologie als Taurintransporter (SLC6). Obwohl es nicht zu erwarten war, dass Taurin eine Rolle in der Resistenzentwicklung gegen Triclabendazol spielt, war es trotzdem von großem Interesse zu erforschen wie dieser Transporter funktioniert, welche Substrate er transportieren kann und welche möglichen Antagonisten auf diesen Transporter einwirken können

Abstract

(Englisch)

Fasciola hepatica is an endoparasitic flatworm of the class Trematoda in the phylum Platyhelminthes. It is also known as the common liver fluke or sheep liver fluke for its eponymous action: the worm actively invades the liver and colonizes the bile duct of its end host. This infestation is referred to as fascioliasis. Beside its threat to human health, the infestation of livestock leads to large financial losses. As vaccinations against this parasite are not yet available, chemotherapy with anthelmintic drugs is the only way to currently control the disease. The drug of choice against Fasciola hepatica infection is triclabendazole (TCBZ) marketed as Fasinex®. This benzimidazole derivative acts on all developmental stages within the end host- from the immature juvenile, to the juvenile and finally adult fluke. TCBZ is the only anthelmintic drug which is specifically available against this fluke. During the last 20 years, resistance has emerged against triclabendazole in specimen isolated from cattle and sheep of various countries. Many hypotheses were put forth to address the mechanisms underlying resistance. An attractive explanation was provided by the discovery of an ATP binding cassette (ABC) transporter, which showed high homology to P-glycoprotein (P-gP) or MDR1 (multidrugresistance) of the ABC B transporter family. In this scenario, triclabendazole is a substrate for one or several fluke ABC transporters; their overexpression or mutation increases the efflux of triclabendazole. In spite of its homology to mammalian orthologues of the B subfamily of ABC transporters, the reported F. hepatica ABC transporter was only a half-transporter, i.e., conceptual translation of the available sequence predicted 6 transmembrane helices and one nucleotide binding domain. Accordingly, it was of interest to explore the possibility that the published sequence was incomplete. In addition, it is likely that several transporters determine the ability of F. hepatica to survive in the hostile environment of the bile. Accordingly, it was reasonable to search for additional transporters. In fact, two full-length cDNAs were identified that encoded two different transmembrane transporter of F. hepatica – FhMDR and FhepSLC6. FhMDR is a member of the ATP-binding cassette transporter of the subfamily B. This assignment is based on its homology to the human P-glycoprotein (MDR1/ABCB1). I also attempted to examine the functional properties of heterologously expressed FhMDR using rhodamine123 as a fluorescent substrate. FhepSLC6 encodes a transmembrane transport protein with high homology to the human taurine transporter (SLC6). Thus, the substrate specificity of this transporter was also explored upon heterologous expression and compared to that of the human taurine transporter.

Autor*innen

Sandra Pichler

Haupttitel (Englisch)

Transmembrane transporters of the liver fluke Fasciola hepatica

Paralleltitel (Deutsch)

Transmembrantransporter des Leberegels Fasciola hepatica

Publikationsjahr

2014

Umfangsangabe

IX, 84 S. : graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Harald Sitte

Klassifikation

42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie

AC Nummer

AC12187635

Utheses ID

31174

Studienkennzahl

UA | 066 | 834 | |

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Schlagwörter