Les interactions hôte-parasite entre mollusques et trématodes se caractérisent par un polymorphisme de compatibilité qui se manifeste par la présence de couples compatibles (hôte susceptible et/ou parasite virulent) et de couples incompatibles (hôte résistant et/ou parasite avirulent) en populations naturelles. Afin d'appréhender les déterminants moléculaires responsables de cette compatibilité différentielle entre le mollusque Biomphalaria glabrata et le trématode parasite Echinostoma caproni, plusieurs études moléculaires comparatives ont été réalisées sur deux souches de B. Glabrata, susceptible et résistante à E. Caproni. Des travaux antérieurs ayant mis en évidence des différences plasmatiques et hémocytaires entre ces souches, nos approches moléculaires ont été menées dans un premier temps sur ces compartiments biologiques. Nous avons développé (i) une approche protéomique pour comparer le contenu protéique de leur plasma et hémocytes, (ii) une approche transcriptomique plus ciblée sur les transcrits correspondant à des gènes potentiellement impliqués dans les processus d'adhérence dans les hémocytes. Enfin, les résultats obtenus nous ont conduits à réaliser une approche transcriptomique plus globale par banques soustractives sur mollusques entiers de façon à identifier d'autres gènes exprimés par d'autres compartiments ou tissus. Ces travaux nous ont permis d'identifier toute une série de candidats différentiellement représentés entre mollusques susceptibles et résistants et potentiellement impliqués dans les différences de compatibilité entre souches. Parmi eux, on trouve des gènes potentiellement impliqués dans (i) la reconnaissance du parasite et les voies de signalisation (Calcium binding Protein, glycosidases et C-type lectin), (ii) la mobilité et l'adhérence (protéines à domaines Von Willebrand, cadhérine, dermatopontines et protéine de filament intermédiaire), (iii) la régulation de l'expression des gènes (histone H4), ou encore (iv) des gènes codant les effecteurs de la réponse immunitaire (inhibiteurs de protéases, protéases et aplysianin).

Submitted by Jorge Silva (jorgelmsilva@ufrrj.br) on 2017-06-06T18:14:40Z No. of bitstreams: 1 2015 - Vin?cius Menezes Tunholi Alves.pdf: 1609397 bytes, checksum: 1c31fd547893728f1c9c9165ee10137c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-06T18:14:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015 - Vin?cius Menezes Tunholi Alves.pdf: 1609397 bytes, checksum: 1c31fd547893728f1c9c9165ee10137c (MD5) Previous issue date: 2015-07-01 / FAPERJ / Angiostrongylus cantonensis Chen, 1935 was first described as a parasite of the pulmonary artery of Rattus norvegicus and Rattus rattus in Canton, China. This helminth is an etiological agent of eosinophilic meningoencephalitis, a zoonotic disease endemic to certain Asian countries, which has recently dispersed to Africa, North and South America, and Caribbean islands. Currently Brazil is considered an area of high risk for the establishment of human angiostrongyliasis, due mainly to the occurrence of naturally infected snails and rodents, acting respectively as definitive and intermediate hosts of this parasite, directly favoring the transmission dynamics of neural angiostrongyliasis. In its life cycle, snails act as intermediate hosts, allowing the development of infective larval forms in the definitive host. In recent years, the metabolic characteristics of experimentally infected snails have been studied in an effort to develop measures to control the pathologies transmitted by these organisms. However, there is little information on the relationship between A. cantonensis and the freshwater snail Biomphalaria glabrata, which is cause for concern, not only because of the importance of this parasite, but also due to the widespread distribution of this snail in Brazil. In this study, the metabolic alterations of B. glabrata resulting from experimental infection by A. cantonensis were evaluated. For this purpose, snails of the pigmented strain were used, reared in the laboratory since oviposition. Two overall groups were formed: control (C1, C2 and C3), with uninfected animals, and treated (I1, I2 and I3), with infected snails. Each subgroup was composed of 10 snails. The entire experiment was performed in duplicate, utilizing a total of 120 snails. After one, two and three weeks of infection, 20 snails from each group were dissected to collect the hemolymph and tissues. The spectrophotometric readings were performed with Doles commercial reagent kits. The biochemical measurement demonstrated that infection by A. cantonensis induced a significant reduction in the hemolymph concentrations of calcium after one week of infection, followed by an increase in the concentrations of this ion in the second week of infection. This situation was accompanied by intense mobilization of CaCO3 in the shell of the infected snails, possibly as an attempt to reestablish the acid-base equilibrium after its alteration during the parasites? development. The histopathology results also demonstrated morphological changes in the digestive gland of infected snails, mainly in the form of granulomatous reactions and areas of metastatic calcification. Variations in the reserves of neutral lipids stored in the digestive gland-gonad complex were also observed. Infection resulted in a significant decrease in the concentrations of cholesterol and an increase in the levels of fatty acid and triacylglycerol after the first two weeks of infection. The increase in the concentration of fatty acid was associated with an increase in lipase activity, indicating that A. cantonensis induces activation of a lipolytic process during development in its intermediate host. Finally, infection by A. cantonensis resulted in changes in the oxidative metabolism of B. glabrata. Besides depletion of the polysaccharide reserves stored in the digestive gland and cephalopodal mass, parasitism by A. cantonensis induced activation of the host?s anaerobic metabolism, resulting not only in an increase in activity of lactate dehydrogenase in the hemolymph, but also reduction of the levels of pyruvic acid and accumulation of lactate. This is an interesting adaptive response of the host to infection, enabling the host, through anaerobic metabolism, to generate energy while still maintaining its redox balance. Additionally, the reduction in the concentrations of oxalic acid in the final parasite development periods suggests its diversion to gluconeogenesis, indicating the involvement of this molecule as a precursor in the synthesis of glucose-6-phosphate. This metabolic condition was accompanied by a deletion in oxidative phosphorylation infected snails (1 and 2 weeks) after infection, suggesting a decrease in the number of mitochondria in the examined tissue, or suppression of enzymatic centers related to oxidative reactions. / O nemat?ide Angiostrongylus cantonensis foi primeiramente descrito como parasito de art?ria pulmonar de Rattus norvegicus e Rattus rattus em Canton, China. Este helminto tem sido mencionado como principal agente etiol?gico da meningoencefalite eosinof?lica humana, uma metazoonose end?mica no continente asi?tico e que recentemente, tem-se disseminado para ?frica, Norte e Sul da Am?rica e Ilhas do Caribe. Atualmente, o Brasil ? considerado ?rea de alto risco ao estabelecimento da angiostrongil?ase humana, justificado n?o somente pela presen?a de moluscos, mas tamb?m roedores naturalmente infectados, que atuam respectivamente como hospedeiros intermedi?rios e definitivos desse parasito, fatores que favorecem diretamente a din?mica de transmiss?o da angiostrongil?ase neural. Em seu ciclo de vida moluscos atuam como hospedeiros intermedi?rios, possibilitando a partir se sua infec??o, o desenvolvimento de formas larvais infectantes ao hospedeiro definitivo. Nos ?ltimos anos, a caracteriza??o de padr?es metab?licos de moluscos infectados experimentalmente, tem sido estudada como base para o desenvolvimento de medidas focadas principalmente no controle de patologias transmitidas por estes organismos. Por?m, quando nos referimos a modelos experimentais utilizando A. cantonensis e Biomphalaria glabrata, os dados ainda s?o escassos, o que preocupa, n?o apenas pela import?ncia do parasito, mas tamb?m pela ampla distribui??o da esp?cie B. glabrata no Brasil. Neste estudo, foram observadas altera??es no metabolismo mineral, lip?dico e oxidativo de B. glabrata, decorrentes da infec??o experimental por A. cantonensis. Para isso, foram utilizados moluscos da linhagem pigmentada criados desde a oviposi??o e mantidos em condi??es laborat?riais. Foram formados dois grupos: controle (C1, C2, C3) com animais n?o infectados e infectados (I1, I2 e I3). Os grupos eram compostos por 10 moluscos. Todo experimento foi feito em duplicata, utilizando um total de 120 moluscos. Ap?s 1, 2 e 3 semanas de infec??o, 20 moluscos de cada grupo eram dissecados para a coleta da hemolinfa e tecidos. As leituras espectrofotom?tricas foram realizadas a partir de kits comercias da marca Doles. As dosagens bioqu?micas demonstraram que a infec??o por A. cantonensis induziu uma diminui??o significativa nos conte?dos hemolinf?ticos de c?lcio ap?s primeira semana de infec??o, seguido por um aumento nas concentra??es desse ?on na segunda semana de estudo. Este cen?rio foi acompanhado por uma intensa mobiliza??o de CaCO3 na concha de moluscos infectados, possivelmente como tentativa em restabelecer o equil?brio ?cido-base alterado durante o desenvolvimento do parasito. Resultados histopatol?gicos demonstraram ainda altera??es morfol?gicas na gl?ndula digestiva de moluscos infectados, caracterizadas principalmente na forma de rea??es granulomatosas e ?reas de calcifica??o metast?tica. Varia??es nas reservas de lip?dios neutros estocados no complexo gl?ndula digestiva-g?noda foram tamb?m demonstradas. A infec??o resultou em um decr?scimo significativo nos conte?dos de colesterol e no aumento dos n?veis de ?cido graxo e triacilglicerol ap?s as duas primeiras semanas de infec??o. O aumento nos conte?dos de ?cido graxo foi associado ao aumento da atividade lip?sica, indicando que A. cantonensis induz de fato a ativa??o de um processo lipol?tico durante etapa de desenvolvimento em seu hospedeiro intermedi?rio. Por fim, a infec??o de A. cantonensis resultou em mudan?as no metabolismo oxidativo de B. glabrata. Al?m da deple??o de reservas polissacar?dicas estocadas na gl?ndula digestiva e massa cefalopodal, o parasitismo por A. cantonensis induziu a ativa??o do metabolismo anaer?bio de seu hospedeiro, resultando n?o apenas no aumento da atividade da lactato desidrogenase hemolinf?tica, mas tamb?m na redu??o dos n?veis de ?cido pir?vico e ac?mulo de lactato. Isso representa uma interessante resposta adaptativa do hospedeiro frente ? infec??o, possibilitando o hospedeiro a partir do metabolismo anaer?bio, gerar energia e ao mesmo tempo mant?m seu balan?o redox. Adicionalmente, a redu??o nas concentra??es de ?cido ox?lico observado nos per?odos finais do desenvolvimento parasit?rio, sugere o seu desvio para a gliconeog?nese, destacando o envolvimento dessa mol?cula como precursora na s?ntese de glicose-6-fosfato. Este cen?rio metab?lico foi acompanhado por uma supress?o na fosforila??o oxidativa de moluscos infectados (1 e 2 semanas) de infec??o, sugerindo uma diminui??o na quantidade de mitoc?ndrias no tecido analisado, ou ainda, na inibi??o de centros enzim?ticos relacionados ?s rea??es oxidativas.

La dynamique co-évolutive, présente dans les interactions durables hôte invertébré / parasite, conduit dans certains cas à un polymorphisme de compatibilité dont les bases moléculaires ne sont pas connues. Afin d'identifier les déterminants moléculaires de ce polymorphisme de compatibilité dans le modèle Schistosoma mansoni / Biomphalaria glabrata, nous avons développé une approche protéomique comparative des stades larvaires qui interagissent avec l'hôte invertébré. Ainsi, la comparaison, qualitative et quantitative, des protéomes des souches de parasites compatible et incompatible, nous a permis d'identifier une nouvelle famille d'antigènes chez S. mansoni. Les protéines de cette famille partagent les caractéristiques moléculaires des mucines. Elles possèdent un domaine contenant un nombre variable d'unités répétées en tandem (VNTR). Elles sont (i) exprimées spécifiquement dans les stades larvaires interagissant avec le mollusque, (ii) localisées dans la glande apicale des stades miracidia et sporocystes et (iii) sécrétées et relarguées avec les produits d'excrétion-sécrétion. Nous avons également montré que ces protéines de type mucine présentent un haut degré de polymorphisme et que des différences importantes existent entre les deux souches de S. mansoni. Ces différentes caractéristiques nous ont conduit à nommer les protéines de cette famille « S. mansoni Polymorphic Mucin », SmPoMuc. Nous avons ensuite montré que les SmPoMuc sont codées par une famille multigénique qui évolue selon le modèle de "birth and death". Les gènes codant les SmPoMuc sont transcrits indépendamment, et pour chaque gène, différents transcrits peuvent être obtenus par épissage. De plus, nos résultats suggèrent que ce polymorphisme pourrait avoir des conséquences sur le statut de glycosylation des SmPoMuc. Nos résultats supportent l'idée que S. mansoni a développé au cours de l'évolution des mécanismes complexes permettant de générer un haut niveau de polymorphisme des SmPoMuc. Par ailleurs, le fait que ce « chaos contrôlé » soit généré à partir d'un nombre limité de gènes est unique par rapport à ce qui a été décrit pour des variants polymorphes exprimés par d'autres parasites

La variabilité phénotypique est définie par la capacité d’une espèce donnée à produire des variants phénotypique à partir d’un seul génotype, sous l’influence de l’environnement. L’origine de la variabilité phénotypique constituait un débat entre les scientifiques jusqu’à l’heure actuelle. Il était généralement admis que les variations génétiques seraient la seule source de la variabilité phénotypique. Cependant, les études récentes montrent que des variations épigénétiques pourraient être une source alternative pour les variants phénotypiques, sans modifier la séquence de l’ADN. L’épigénétique est l’une des composante du « Dual inheritance system », une théorie qui évoque l’existence de deux systèmes d’héritabilité : la génétique et l’épigénétique. Dans les interactions hôte / parasite, les parasites exercent des pressions sélectives sur leurs hôtes et vice versa, conduisant à une véritable course aux armements entre les deux partenaires. Une telle interaction nécessite une adaptation rapide où chaque partenaire doit évoluer sa capacité d’exprimer de nouveaux variants phénotypiques. Schistosoma mansoni est un parasite humain responsable de la bilharziose intestinale. Cette maladie est classée au second rang mondial selon l’OMS. Le schistosome se caractérise par un cycle de vie qui est complexe nécessitant le passage par deux hôtes : l’hôte intermédiaire Biomphalaria glabrata et l’hôte définitif qui pourrait être l’homme ou les rongeurs. Nous nous sommes intéressés au cours de la thèse à l’interaction de S. mansoni avec B. glabrata. Cette thèse avait pour objectif de montrer l’implication des modifications épigénétiques dans la production des variants phénotypiques dans un contexte de coévolution de l’interaction entre S. mansoni et B. glabrata. Les deux principaux buts c’étaient : (i) Déterminer le poids relatif épigénétique / génétique dans l’expression des variants phénotypiques chez le parasite. (ii) Initier l’investigation autour des mécanismes épigénétiques chez l’hôte. Les résultats de nos travaux ont montré que les modifications des histones constituent en effet une origine des variants phénotypiques chez S. mansoni. Ces variants phénotypiques exprimés sont à la base d’une meilleure fitness voire d’une virulence pour le parasite. Finalement, l’étude de l’héritabilité des modifications épigénétiques a montré une transmission qui ne respecte pas les lois mendéliennes. En ce qui concerne B. glabrata, nous étions les premiers à mettre en évidence la méthylation de l’ADN chez ce mollusque. Au niveau du génome, 2% des cytosines totales sont méthylées. / Phenotypic variability is defined by the capacity of a given species to produce phenotypic variants from one genotype under the influence of the environment. There is several thinking about the origin of phenotypic variability. It was generally assumed that the genetic variations are the sole source of phenotypic variants. However, recent studies show that epigenetic variations can provide alternative source for phenotypic variants without change in DNA sequence. Epigenetic is one of the two components of the « Dual inheritance system », theory that evokes the existence of two inheritance system: genetics and epigenetics. In host / parasite interactions, parasites exert selective pressures on their hosts and vice versa, leading to a genuine arms race between both partners. Such interaction requires rapid adaptation where each partner has to evolve the capacity to express new phenotypic variants. We propose that epigenetic variations play an important role in the genesis of phenotypic variability. Schistosoma mansoni is a human parasite that causes intestinal schistosomiasis. Thisdisease is ranking second in the world according to the WHO. Schistosome is characterized by a life cycle that is complex requiring passage by two hosts: the intermediate host Biomphalaria glabrata and the definitive host that could be humansor rodents. During the PhD project, we are interested to the interaction of B. glabrata with S. mansoni. This PhD project aimed to show the involvement of epigenetic changes in the production of phenotypic variants in the context of coevolution of the interaction between S. mansoni and B. glabrata. The two main goals were: (i) To determine the relative weight epigenetic / genetic in the expression of phenotypic variants in the parasite. (ii) To initiate the investigation of epigenetic mechanisms in the host. The results have shown that histone modifications are indeed a source of phenotypic variants in S. mansoni. These phenotypic variants are the basis for better fitness and / or virulence of the parasite. Finally, studying the heritability of epigenetic changes showed a non-mendelian transmission. For B. glabrata, we were the first to highlight the DNA methylation in the snail. 2% of total cytosines are methylated in his genome.

Submitted by Jorge Silva (jorgelmsilva@ufrrj.br) on 2017-05-02T21:37:15Z No. of bitstreams: 1 2016 - Tatiane Cristina dos Santos Bonfim.pdf: 2465996 bytes, checksum: 94f74695ec8fd235bfbcd7f4a82aec87 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-02T21:37:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016 - Tatiane Cristina dos Santos Bonfim.pdf: 2465996 bytes, checksum: 94f74695ec8fd235bfbcd7f4a82aec87 (MD5) Previous issue date: 2016-02-25 / CNPq / The interaction between intermediate hosts and helminths can cause metabolic and reproductive changes in the host snail, they start using their reserves to maintain its vital functions, immune system activation, repair of tissue damage and also to supply the necessary energy for the parasites development. Investigations of co-infection by different helminths can provide essential information about the biology of their co-existence. Our aims are investigate the reproductive changes, evaluate the activity of lactate dehydrogenase and the concentrations of glucose in the hemolymph and glycogen in the digestive gland complex and cephalopedal mass, and also verify histological and histochemical changes of Biomphalaria glabrata experimentally co-infected with Echinostoma paraensei and Angiostrongylus cantonensis. Five groups of snails i.e. uninfected, with single and double infections, either E. paraensei first (E+A) or A. cantonensis first (A+E) were followed; three times a week during four weeks the numbers of egg masses, eggs and hatched snails were counted. Histological and histochemical samples of the ovotestis, albumen gland, digestive gland complex and cephalopedal mass were collected after four weeks as well samples for the biochemical analysis. The number of egg masses/snail, eggs/snail and hatched snails showed significant differences comparing the control group to all infected groups, especially in group E + A, with the majority of values of parameters analyzed lower than 50% of those observed for control snails. A significant decrease in glucose levels and glycogen content, in contrast an increase of lactate dehydrogenase activity was observed in the infected snails. These results indicate intense energy demand that takes the snail increasing the anaerobic degradation of carbohydrates in the infected snails to obtain energy in an attempt to maintain homeostasis. The histological analysis showed that presence of both parasites in the all organs analyzed and the parasites were associated with cell disorganization. / A intera??o entre hospedeiros intermedi?rios e helmintos pode causar altera??es metab?licas e reprodutivas no molusco hospedeiro, que come?am a usar suas reservas para manter as fun??es vitais, na elabora??o de resposta imunol?gica e repara??o de danos teciduais e tamb?m para compensar a drenagem de nutrientes/energia pelos parasitos em desenvolvimento. Investiga??es sobre as co-infec??es por helmintos de esp?cies diferentes podem fornecer informa??es essenciais sobre a biologia da sua co-exist?ncia, refletindo aspectos mais pr?ximos ?queles que encontramos em condi??es naturais. Nossos objetivos foram investigar as altera??es reprodutivas, avaliar a atividade da lactato desidrogenase e as concentra??es de glicose na hemolinfa e glicog?nio no complexo gl?ndula digestiva-g?nada e massa cefalopediosa, e tamb?m verificar altera??es histol?gicas e histoqu?micas de Biomphalaria glabrata experimentalmente co-infectados com Echinostoma paraensei e Angiostrongylus cantonensis. Cinco grupos de moluscos (n?o infectados, com infec??es simples (Echinostoma paraensei ou Angiostrongylus cantonensis) e dupla, seja E. paraensei primeiro (E + A) ou A. cantonensis primeiro (A + E)) foram acompanhados; tr?s vezes por semana durante quatro semanas o n?mero de massas de ovos, n?mero de ovos e n?mero de moluscos eclodidos foram contados. Amostras para a an?lise histol?gica e histoqu?mica do ovoteste, gl?ndula do alb?men, complexo gl?ndula digestiva e massa cefalopediosa foram coletadas ap?s quatro semanas, assim como amostras para a an?lise bioqu?mica. O n?mero de massas de ovos/molusco, ovos/molusco e moluscos eclodidos dos moluscos infectados apresentaram diferen?as significativas quando comparados com o grupo controle, especialmente no grupo E + A, cuja a maioria dos valores dos par?metros analisados foi inferior a 50% dos valores observados para os moluscos controle. Um decr?scimo significativo nos n?veis de glicose e de glicog?nio, em contraste com um aumento de atividade da lactato desidrogenase foi observado nos exemplares infectados. Estes resultados indicam que a demanda de energia intensa leva o molusco infectado ao aumento da degrada??o anaer?bia de carboidratos para obten??o de energia buscando atender ao aumento da demanda energ?tica, numa tentativa de manter a homeostase glic?mica, por?m redu??es significativas s?o observadas. As an?lises histol?gicas e histoqu?micas mostraram a presen?a de ambos os parasitos nos ?rg?os analisados associados com intensa desorganiza??o celular.

La dynamique co-évolutive qui joue dans les systèmes hôte-parasite conduit à une véritable course aux armements entre les deux protagonistes qui se traduit, dans certaines interactions comme celle qui est traitée dans cette thèse, par un polymorphisme de compatibilité dont les bases moléculaires sont méconnues. L'objectif de cette thèse était de progresser dans la connaissance des mécanismes moléculaires sous-jacents à ce polymorphisme de compatibilité dans l'interaction Biomphalaria glabrata/Schistosoma mansoni. Une approche protéomique comparative entre des souches de parasites compatibles et incompatibles nous a permis d'identifier des déterminants moléculaires clés de l'interaction exprimés par le parasite. Il s'agit d'une part de mucines hautement polymorphes potentiellement antigéniques, les "Schistosoma mansoni Polymorphic Mucin" (SmPoMucs), et d'autre part de molécules anti-oxydantes ("ROS scavengers"). Afin d'aborder la question de la course aux armements de manière complète, nous avons également recherché la "contre-partie moléculaire" exprimée par le mollusque et susceptible d'exprimer ce polymorphisme de compatibilité. Dans ce but, des approches de co-précipitation ont été menées. Elles ont permis de montrer que les SmPoMucs interagissaient avec des récepteurs immunitaires diversifiés du mollusque, les Fibrinogen-related Proteins (FREPs). Nous montrons ainsi pour la première fois dans une interaction parasite/hôte invertébré l'intervention d'un "système de type antigène-anticorps" impliquant un répertoire individuel polymorphe d'antigènes potentiels du parasite (les SmPoMucs) et un répertoire individuel diversifié de récepteurs immunitaires de son hôte (les FREPs). Nous avons également montré que le complexe immun formé par les deux dernières molécules citées incluait un troisième partenaire, une thioester-containing protein (TEP) qui appartient à une classe de molécules connue pour son rôle dans la fagocytose ou l'encapsulation. La présence de ce troisième partenaire au sein d'un même complexe renforce le rôle potentiellement immunitaire de ce complexe dans la reconnaissance et l'élimination du parasite. Au travers de cette thèse, nous nous sommes également intéressés à la course aux armements jouant sur les mécanismes effecteurs de l'immunité du mollusque. Dans notre modèle, les effecteurs responsables de la destruction du parasite sont principalement des espèces réactives de l'oxygène (ROS). Dans ce cas aussi, nous avons montré qu'il existe une concordance phénotypique entre la production de ROS par l'hôte et le niveau de "ROS scavengers" produits par le parasite pour contrecarrer la réaction de l'hôte. Ainsi, les mécanismes moléculaires responsables du polymorphisme de compatibilité dans l'interaction B. glabrata/S. mansoni s'appuieraient au moins sur deux facteurs d'une part sur la confrontation de répertoires de molécules polymorphes et/ou diversifiées en ce qui concerne les mécanismes de reconnaissance immunitaire, et d'autre part sur une adaptation réciproque quantitative en ce qui concerne certains mécanismes effecteurs de l'immunité.