Among the top list of neglected tropical diseases sits schistosomiasis, a parasitic disease caused by the flatworm Schistosoma. The disease involves an intermediate snail host and the definitive human host with infection taking place through the skin in contaminated water, one of the reasons for its wide distribution. The diversity of the life cycle stages and the ability of the parasite to have adapted to quite different environments speak to the complexity of the organism. The underlying system that coordinates and controls all biological functions of the parasite is its nervous system. Signalling in the nervous system is accomplished by the release of neurotransmitters and signal transduction through specific receptors. Of the many neurotransmitters identified thus far in the parasite, serotonin (5-hydroxytryptamine: 5HT) is one of the most abundant. 5HT has been implicated in several biological functions in flatworms, including muscle contraction, motility and metabolism, but its mode of action is poorly understood. Here we provide molecular evidence for a serotonin-specific transporter (SERT) in Schistosoma mansoni as well as a serotonin specific receptor in the same organism. The transporter (SmSERT) was shown to share similar topology to SERTs from other organisms, namely 12 transmembrane regions with several predicted glycosylation sites. In a heterologous expression system, we show that it mediates the uptake of serotonin in a dose-dependent manner and is responsive to classical SERT inhibitors. The transporter is expressed in all life cycle stages tested (cercaria, schistosomulum, and adult) with upregulation occurring in the parasitic stages. Immunolocalization studies showed that the protein is expressed primarily in the nervous system of the parasite, both in central and peripheral neuronal structures. Using RNA interference (RNAi) to knockdown expression, we found strong increases in motility, suggesting that its primary function is in termination of serotonin signalling. The serotonin receptor (Sm5HTr) is the first as such cloned from parasitic flatworms. It shares homology with other 5HT receptors and most closely identifies with the 5HT7 class of receptors. Expression in mammalian cells found that it signals through upregulation of cAMP and not Ca2+. Immunolocalization in adults and larvae found that the receptor is enriched in the central and peripheral nervous system. Additional pharmacological assays using Sm5HTr agonists and antagonists suggest that the receptor may contribute to 5HT-induced stimulation of worm motility. Combined, these results show that there is a fully functional serotonergic system in the parasite S. mansoni and that these proteins play an important role in controlling signal transduction. The wide distribution of these proteins in the parasite nervous system and their apparent involvement in motor control makes them tempting targets for drug design. / Parmi la liste du haut des maladies tropicales négligées est assis la schistosomiase, une maladie parasitaire causée par le Schistosoma. La maladie implique un mollusque intermédiaires et hôte définitif de l'homme avec une infection en cours à travers la peau dans l'eau contaminée, l'une des raisons de sa large diffusion. La diversité des étapes du cycle de vie et de la capacité du parasite à avoir adapté à des environnements très différents parlent de la complexité de l'organisme. Le système sous-jacent qui coordonne et contrôle toutes les fonctions biologiques du parasite est son système nerveux. Signalisation dans le système nerveux est accompli par la libération des neurotransmetteurs et transduction du signal par récepteurs spécifiques. Parmi des nombreux neurotransmetteurs identifiés jusqu'à présent dans le parasite, la sérotonine (5-hydroxytryptamine : 5-HT) est l'un des plus abondants. 5HT a été impliqué dans plusieurs fonctions biologiques dans les vers plats, notamment contraction musculaire, la motilité et le métabolisme, mais son mode d'action est mal comprise. Ici nous fournir preuve moléculaire d'une transporteur de la sérotonine spécifique (SERT) au Schistosoma mansoni ainsi qu'un récepteur de la sérotonine spécifique dans le même organisme. Le transporteur (SmSERT) a été montré à partager la même topologie à SERT provenant d'autres organismes, à savoir 12 régions transmembranaire avec plusieurs sites de glycosylation prédits. Dans une expression hétérologue système, nous montrons qu'il négocie l'absorption de la sérotonine de manière dose-dépendante et est sensible aux inhibiteurs de SERT classiques. Le transporteur est exprimé dans toutes les étapes du cycle de vie testé (cercaria, schistosomula et adulte) avec regulation à la hausse survenant dans les stades parasitaires. Études immunolocalisation ont montré que la protéine est exprimée principalement dans le système nerveux du parasite, à la fois central et périphérique dans les structures neuronales. L'interférence ARN (ARNi) de rabattement d'expression, nous avons trouvé une forte augmentation de la motilité, suggérant que sa fonction principale est en cessation de signalisation de la sérotonine. Le récepteur de la sérotonine (Sm5htr) est le premier en tant que telle cloné à partir de vers plats parasitaires. Il partage homologie avec d'autres récepteurs 5HT et plus étroitement s'identifie à la classe des récepteurs 5-HT7. Expression dans des cellules de mammifères a constaté qu'il signale une regulation positive de l'AMPc et non de Ca2+. Immunolocalisation chez les adultes et les larves découvert que le récepteur est enrichi dans le système nerveux central et périphérique. D'autres essais pharmacologiques utilisant des agonistes et antagonistes suggèrent que le récepteur peut contribuer à la stimulation de la motilité du ver induite par la 5HT. Ensemble, ces résultats montrent qu'il existe un système sérotoninergique pleinement fonctionnel dans le parasite S. mansoni et que ces protéines jouent un rôle important dans le contrôle transduction du signal. La large diffusion de ces protéines dans le parasite système nerveux et leur implication apparente de commande de moteur fait d'eux des cibles tentantes dans la conception des médicaments.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.114120 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Patocka, Nicholas |
| Contributors | A Paula Ribeiro (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Institute of Parasitology) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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