Alveolar and cystic echinococcosis, caused by Echinococcus multilocularis and Echinococcus
granulosus respectively, are severe zoonotic diseases with limited treatment
options. The sole curative treatment is the surgical removal of the complete parasite
material. Due to late diagnosis, chemotherapeutic treatment often is the only treatment
option. Treatment is based on benzimidazoles, which merely act parasitostatic
and often display strong side effects. Therefore, new therapeutic drugs are urgently
needed.
Evolutionarily conserved signalling pathways are known to be involved in hostparasite
cross-communication, parasite development and survival. Moreover, they
represent potential targets for chemotherapeutic drugs. In this context the roles of
the serotonin- and cAMP-signalling pathways in Echinococcus were studied.
Genes encoding serotonin receptors, a serotonin transporter and enzymes involved in
serotonin biosynthesis could be identified in the E. multilocularis and E. granulosus
genomes indicating that these parasites are capable of synthesizing and perceiving
serotonin signals. Also the influence of exogenous serotonin on parasite development
was studied. Serotonin significantly increased metacestode vesicle formation
from primary cells and re-differentiation of protoscoleces. Inhibition of serotonin
transport with citalopram significantly reduced metacestode vesicle formation from
primary cells and caused death of protoscoleces and metacestodes. Furthermore, it
could be shown that serotonin increased phosphorylation of protein kinase A substrates.
Taken together, these results show that serotonin and serotonin transport
are essential for Echinococcus development and survival. Consequently, components
of the serotonin pathway represent potential drug targets.
In this work the cAMP-signalling pathway was researched with focus on G-protein
coupled receptors and adenylate cyclases. 76 G-protein coupled receptors, including
members of all major families were identified in the E. multilocularis genome.
Four genes homologous to adenylate cyclase IX were identified in the E. multilocularis
genome and three in the E. granulosus genome. While glucagon caused
no significant effects, the adenylate cyclase activator forskolin and the adenylate
cyclase inhibitor 2’, 5’ didesoxyadenosine influenced metacestode vesicle formation
from primary cells, re-differentiation of protoscoleces and survival of metacestodes.
It was further shown that forskolin increases phosphorylation of protein kinase A
substrates, indicating that forskolin activates the cAMP-pathway also in cestodes.
These results indicate that the cAMP signalling pathway plays an important role in
Echinococcus development and survival.
To complement this work, the influence of different media and additives on E. granulosus protoscoleces was investigated. Anaerobic conditions and the presence of FBS
prolonged protoscolex survival while different media influenced protoscolex activation
and development.
Taken together, this work provided important insights into developmental processes
in Echinococcus and potential drug targets for echinococcosis chemotherapy. / Alveoläre und zystische Echinokokkose, hervorgerufen durch Echinococcus multilocularis
und Echinococcus granulosus, sind schwere zoonotische Erkrankungen mit
eingeschränkten Behandlungsmöglichkeiten. Die einzig kurative Therapie besteht in
der chirurgischen Entfernung des gesammten Parasitenmaterials. Aufgrund später
Diagnosestellung stellt Chemotherapie oft die einzige Behandlungsmöglichkeit dar.
Die derzeitige Therapie basiert auf Benzimidazolen, welche nur parasitostatisch
wirken und oft schwere Nebenwirkungen hervorrufen. Neue Medikamente werden
daher dringend benötigt.
Evolutionär konservierte Signalwege sind bekanntermaßen an Wirt-Parasit Kreuzkommunikation,
Parasitenentwicklung und deren Überleben beteiligt. Darüber hinaus
stellen sie auch mögliche Angriffspunkte für Chemotherapeutika dar. In diesem
Zusammenhang wurden die Rollen des Serotonin- und des cAMP-Signalwegs in
Echinococcus untersucht.
Gene für Serotoninrezeptoren, einen Serotonintransporter und für Enzyme, die in
der Serotoninsynthese involviert sind, konnten in den E. multilocularis und E. granulosus
Genomen identifiziert werden, was darauf schließen lässt, dass diese Parasiten
in der Lage sind, Serotonin selbst herzustellen und zu sensieren. Des Weiteren
wurde der Einfluss von exogenem Serotonin auf die Parasitenentwicklung untersucht.
Serotonin förderte die Bildung von Metazestodenvesikeln aus Primärzellen und die
Rückdifferenzierung von Protoskolizes signifikant. Die Hemmung des Serotonintransports
mit Citalopram reduzierte die Bildung von Metazestodenvesikeln aus
Primärzellen signifikant und führte zum Absterben von Protoskolizes undMetazestoden.
Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass Serotonin die Posphorylierung von
Proteinkinase A Substraten erhöht. Zusammengefasst zeigen diese Ergebnisse, dass
Serotonin und Serotonintransport essentiell f¨ur die Entwicklung und das Überleben
von Echinococcus sind. Folglich stellen Komponenten des Serotoninsignalwegs potentielle
Angriffspunkte für Medikamente dar.
In dieser Arbeit wurde der cAMP-Signalweg mit Schwerpunkt auf G-Protein gekoppelte
Rezeptoren und Adenylatzyklasen untersucht. 76 G-Protein gekoppelte Rezeptoren, inclusive Mitglieder aller Hauptfamilien, wurden im E. multilocularis-Genom
identifiziert. Vier Homologe zur Adenylatzyklase IX wurden im E. multilocularis-
Genom und drei im E. granulosus-Genom identifiziert. Während Glukagon keine signifikanten
Effekte hervorrief, beeinflussten der Adenylatzyklase-Aktivator Forskolin
und der Adenylatzyklase-Inhibitor 2’, 5’-Didesoxyadenosin die Bildung von Metazestodenvesikeln
aus Primärzellen, die Rückdifferenzierung von Protoskolizes und
das Überleben vonMetazestoden. Zudem wurde gezeigt, dass Forskolin die Phosphorylierung
von Proteinkinase A-Substraten erhöht. Dies bestätigt, dass Forskolin den
cAMP-Signalweg aktiviert. Diese Ergebnisse legen nahe, dass der cAMP-Signalweg
eine wichtige Rolle in der Entwicklung und dem Überleben von Echinococcus spielt.
Um diese Arbeit zu vervollständigen, wurde der Einfluss von verschiedenen Medien
und Zusätzen auf E. granulosus Protoskolizes untersucht. Anaerobe Bedingungen
und die Anwesenheit von FBS verlängerten das Überleben von Protoskolizes,
während verschiedene Medien die Aktivierung und die Entwicklung von Protoskolizes
beeinflussten.
Insgesamt gibt diese Arbeit wichtige Einblicke in Entwicklungsprozesse von Echinococcus
und zeigt potentielle Angriffspunkte für Medikamente auf.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:13924 |
| Date | January 2015 |
| Creators | Herz, Michaela |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/doku/lic_mit_pod.php, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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