Геномика и протеомика возбудителя описторхоза Opisthorchis felineus

Возбудитель описторхоза, печеночный сосальщик Opisthorchis felineus (Rivolta, 1884) – один из наиболее распространенных видов гельминтов человека и животных на территории России. Вместе с близкородственными видами печеночных трематод O. viverrini (Poirier, 1886) и Clonorchis sinensis (Loos, 1907), ареалы которых расположены в Юго-Восточной Азии и на Дальнем Востоке, О. felineus составляет триаду эпидемиологически значимых трематод семейства Opisthorchiidae. Половозрелые особи (мариты) O. felineus паразитируют в гепатобилиарной системе теплокровных и при длительной инвазии провоцируют развитие тяжелых осложнений, включая малигнизацию эпителия желчных протоков. Высокая медицинская значимость O. felineus привлекает внимание исследователей, работающих в различных областях биологии и медицины. Так, в последнее время активно проводятся исследования молекулярной биологии этого представителя паразитических плоских червей. В настоящем обзоре кратко суммированы результаты исследований геномики и протеомики O. felineus, являющиеся, на наш взгляд, существенным вкладом в решение вопросов структурно-функциональной организации геномов многоклеточных паразитов со сложным жизненным циклом и изучение молекулярных механизмов взаимодействия паразит–хозяин. Приведены сравнительные данные по количеству генов и размерам ядерных геномов ряда плоских червей, распределению длин интронов, а также анализу синтении геномов описторхид O. felineus, O. viverrini и C. sinensis. Отдельное внимание уделено обсуждению особой формы процессинга РНК, известной как транс-сплайсинг, широко представленной в геноме O. felineus. В статье приводятся анализ литературных данных по генам системы метаболизма ксенобиотиков, сравнению представленности генов этой системы между различными видами паразитических и свободноживущих плоских червей и обзор литературы по наличию и уровню экспрессии генов гранулинов – потенциальных промоторов неоплазии холангиоцитов. Данные по геномике и протеомике O. felineus пополняют базу знаний, обеспечивающую исследование проблем эволюции трематод, патогенеза печеночных гельминтозов и гельминт-ассоциированного канцерогенеза.

геномика, трематоды, Opisthorchis felineus, транс-сплайсинг, микроинтроны, протеомика, опероны, экспрессия генов

1. Bartley D.J., Morrison A.A., Dupuy J., Bartley Y., Sutra J.F., Menez C., Alvinerie M., Jackson F., Devin L., Lespine A. Influence of Pluronic 85 and ketoconazole on disposition and efficacy of ivermectin in sheep infected with a multiple resistant Haemonchus contortus isolate. Vet. Parasitol. 2012;187:464-472. DOI 10.1016/j.vetpar.2012.02.011.

2. Beer S.A. The Biology of the Opisthorchiasis Agent. Moscow: KMK Publ., 2005. (in Russian)

3. Belshaw R., Bensasson D. The rise and falls of introns. Heredity. 2006; 96:208-213. DOI 10.1038/sj.hdy.6800791.

4. Berriman M., Haas B.J., LoVerde P.T., Wilson R.A., Dillon G.P., Cerqueira G.C., Mashiyama S.T., Al-Lazikani B., Andrade L.F., Ashton P.D., Aslett M.A., Bartholomeu D.C., Blandin G., Caffrey C.R., Coghlan A., Coulson R., Day T.A., Delcher A., De- Marco R., Djikeng A., Eyre T., Gamble J.A., Ghedin E., Gu Y., Hertz-Fowler C., Hirai H., Hirai Y., Houston R., Ivens A., Johnston D.A., Lacerda D., Macedo C.D., McVeigh P., Ning Z., Oliveira G., Overington J.P., Parkhill J., Pertea M., Pierce R.J., Protasio A.V., Quail M.A., Rajandream M.A., Rogers J., Sajid M., Salzberg S.L., Stanke M., Tivey A.R., White O., Williams D.L., Wortman J., Wu W., Zamanian M., Zerlotini A., Fraser-Liggett C.M., Barrell B.G., El-Sayed N.M. The genome of the blood fluke Schistosoma mansoni. Nature. 2009;460:352- 358. DOI 10.1038/nature08160.

5. Cai X.Q., Liu G.H., Song H.Q., Wu C.Y., Zou F.C., Yan H.K., Yuan Z.G., Lin R.Q., Zhu X.Q. Sequences and gene organization of the mitochondrial genomes of the liver flukes Opisthorchis viverrini and Clonorchis sinensis (Trematoda). Parasitol. Res. 2012;110:235-243. DOI 10.1007/s00436-011-2477-2.

6. Cwiklinski K., Dalton J.P., Dufresne P.J., La Course J., Williams D.J., Hodgkinson J., Paterson S. The Fasciola hepatica genome: gene duplication and polymorphism reveals adaptation to the host environment and the capacity for rapid evolution. Genome Biol. 2015;16:71. DOI 10.1186/s13059-015-0632-2.

7. Ershov N.I., Mordvinov V.A., Prokhortchouk E.B., Pakharukova M.Y., Gunbin K.V., Ustyantsev K., Genaev M.A., Blinov A.G., Mazur A., Boulygina E., Tsygankova S., Khrameeva E., Chekanov N., Fan G., Xiao A., Zhang H., Xu X., Yang H., Solovyev V., Lee S.M., Liu X., Afonnikov D.A., Skryabin K.G. New insights from Opisthorchis felineus genome: update on genomics of the epidemiologically important liver flukes. BMC Genomics. 2019;20:399. DOI 10.1186/s12864-019-5752-8.

8. Gouveia M.J., Pakharukova M.Y., Laha T., Sripa B., Maksimova G.A., Rinaldi G., Brindley P.J., Mordvinov V.A., Amaro T., Santos L.L., Costa J.M.C.D., Vale N. Infection with Opisthorchis felineus induces intraepithelial neoplasia of the biliary tract in a rodent model. Carcinogenesis. 2017;38:929-937. DOI 10.1093/carcin/bgx042.

9. Keiser J., Utzinger J. Food-borne trematodiases. Clin. Microbiol. Rev. 2009;22(3):466-483. DOI 10.1128/CMR.00012-09.

10. Laing R., Kikuchi T., Martinelli A., Tsai I.J., Beech R.N., Redman E., Holroyd N., Bartley D.J., Beasley H., Britton C., Curran D., Devaney E., Gilabert A., Hunt M., Jackson F., Johnston S.L., Kryukov I., Li K., Morrison A.A., Reid A.J., Sargison N., Saunders G.I., Wasmuth J.D., Wolstenholme A., Berriman M., Gilleard J.S., Cotton J.A. The genome and transcriptome of Haemonchus contortus, a key model parasite for drug and vaccine discovery. Genome Biol. 2013;14:R88. DOI 10.1186/gb-2013-14-8-r88.

11. Lindblom T.H., Dodd A.K. Xenobiotic detoxification in the nematode Caenorhabditis elegans. J. Exp. Zool. A. Comp. Exp. Biol. 2006; 305(9):720-729. DOI 10.1002/jez.a.324.

12. Lvova M.N., Duzhak T.G., Tsentalovitch Y.P., Katokhin A.V., Mordvinov V.A. Secretome of the adult liver fluke Opisthorchis felineus. Parazitologiya = Parasitology. 2014;48(3):169-184. (in Russian)

13. Matouskova P., Vokral I., Lamka J., Skalova L. The role of xenobiotic- metabolizing enzymes in anthelmintic deactivation and resistance in helminths. Trends Parasitol. 2016;32:481-491. DOI 10.1016/j.pt.2016.02.004.

14. Mordvinov V.A., Ershov N.I., Pirozhkova D.S., Pakharukov Y.V., Pakharukova M.Y. ABC transporters in the liver fluke Opisthorchis felineus. Mol. Biochem. Parasitol. 2017a;216:60-68. DOI 10.1016/j.molbiopara.2017.07.001.

15. Mordvinov V.A., Shilov A.G., Pakharukova M.Y. Anthelmintic activity of cytochrome P450 inhibitors miconazole and clotrimazole: in-vitro effect on the liver fluke Opisthorchis felineus. Int. J. Antimicrob. Agents. 2017b;50:97-100. DOI 10.1016/j.ijantimicag.2017.01.037.

16. Morphew R.M., Wright H.A., LaCourse E.J., Woods D.J., Brophy P.M. Comparative proteomics of excretory-secretory proteins released by the liver fluke Fasciola hepatica in sheep host bile and during in vitro culture ex host. Mol. Cell. Proteomics. 2007;6:963-972. DOI 10.1074/mcp.M600375-MCP200.

17. Ovchinnikov V.Y., Afonnikov D.A., Vasiliev G.V., Kashina E.V., Sripa B., Mordvinov V.A., Katokhin A.V. Identification of microRNA genes in three opisthorchiids. PLoS Negl. Trop. Dis. 2015;9:e0003680. DOI 10.1371/journal.pntd.0003680.

18. Pakharukova M.Y., Ershov N.I., Vorontsova E.V., Katokhin A.V., Merkulova T.I., Mordvinov V.A. Cytochrome P450 in fluke Opisthorchis felineus: Identification and characterization. Mol. Biochem. Parasitol. 2012;181:190-194. DOI 10.1016/j.molbiopara.2011.11.005.

19. Pakharukova M.Y., Kovner A.V., Trigolubov A.N., Fedin E.N., Mikhailova E.S., Autenshlyus A.I., Mordvinov V.A., Shtofin S.G. Mechanisms of trematodiases pathogenicity: the presence of the secretory proteins from the liver fluke Opisthorchis felineus in the gallbladder tissues of the patients with chronic opisthorchiasis. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2017;21:312-316. DOI 10.18699/VJ16.17-о.

20. Pakharukova M.Y., Mordvinov V.A. The liver fluke Opisthorchis felineus: biology, epidemiology and carcinogenic potential. Trans. R. Soc. Trop. Med. Hyg. 2016;110(1):28-36. DOI 10.1093/trstmh/trv085.

21. Pakharukova M.Y., Vavilin V.A., Sripa B., Laha T., Brindley P.J., Mordvinov V.A. Functional analysis of the unique cytochrome P450 of the liver fluke Opisthorchis felineus. PLoS Negl. Trop. Dis. 2015;9(12):e0004258. DOI 10.1371/journal.pntd.0004258.

22. Petney T.N., Andrews R.H., Saijuntha W., Wenz-Mücke A., Sithithaworn P. The zoonotic, fish-borne liver flukes Clonorchis sinensis, Opisthorchis felineus and Opisthorchis viverrini. Int. J. Parasitol. 2013;43(12-13):1031-1046. DOI 10.1016/j.ijpara.2013.07.007.

23. Pomaznoy M.Y., Logacheva M.D., Young N.D., Penin A.A., Ershov N.I., Katokhin A.V., Mordvinov V.A. Whole transcriptome profiling of adult and infective stages of the trematode Opisthorchis felineus. Parasitol. Int. 2016;65(1):12-19. DOI 10.1016/j.parint.2015.09.002.

24. Pozio E., Armignacco O., Ferri F., Gomez Morales M.A. Opisthorchis felineus, an emerging infection in Italy and its implication for the European Union. Acta Trop. 2013;126(1):54-62. DOI 10.1016/j.actatropica.2013.01.005.

25. Prichard R.K., Basanez M.G., Boatin B.A., McCarthy J.S., Garcia H.H., Yang G.J., Sripa B., Lustigman S. A research agenda for helminth diseases of humans: intervention for control and elimination. PLoS Negl. Trop. Dis. 2012;6:e1549. DOI 10.1371/journal.pntd.0001549.

26. Protasio A.V., Tsai I.J., Babbage A., Nichol S., Hunt M., Aslett M.A., De Silva N., Velarde G.S., Anderson T.J., Clark R.C., Davidson C., Dillon G.P., Holroyd N.E., LoVerde P.T., Lloyd C., McQuillan J., Oliveira G., Otto T.D., Parker-Manuel S.J., Quail M.A., Wilson R.A., Zerlotini A., Dunne D.W., Berriman M. A systematically improved high quality genome and transcriptome of the human blood fluke Schistosoma mansoni. PLoS Negl. Trop. Dis. 2012;6:e1455. DOI 10.1371/journal.pntd.0001455.

27. Rospotrebnadzor. On Preventive Measures against Opisthorchia-sis. 2015. https://rospotrebnadzor.ru/about/info/news/news_details.php?ELEMENT_ID=3480&sphrase_id=462082. (in Russian)

28. Saier M.H. Jr., Reddy V.S., Tamang D.G., Västermark A. The transporter classification database. Nucleic Acids Res. 2014;42:D251- D258. DOI 10.1093/nar/gkt1097.

29. Schuster R., Bonin J., Staubach C., Heidrich R. Liver fluke (Opisthorchiidae) findings in red foxes (Vulpes vulpes) in the eastern part of the Federal State Brandenburg, Germany – a contribution to the epidemiology of opisthorchiidosis. Parasitol. Res. 1999; 85(2):142-146. DOI 10.1007/s004360050523.

30. Shekhovtsov S.V., Katokhin A.V., Kolchanov N.A., Mordvinov V.A. The complete mitochondrial genomes of the liver flukes Opisthorchis felineus and Clonorchis sinensis (Trematoda). Parasitol. Int. 2010;59:100-103. DOI 10.1016/j.parint.2009.10.012.

31. Shekhovtsov S.V., Katokhin A.V., Romanov K.V., Besprozvannykh V.V., Fedorov K.P., Yurlova N.I., Serbina E.A., Sithithaworn P., Kolchanov N.A., Mordvinov V.A. A novel nuclear marker, Pm-int9, for phylogenetic studies of Opisthorchis felineus, Opisthorchis viverrini, and Clonorchis sinensis (Opisthorchiidae, Trematoda). Parasitol. Res. 2009;106:293-297. DOI 10.1007/s00436-009-1628-1.

32. Sleumer M.C., Mah A.K., Baillie D.L., Jones S.J. Conserved elements associated with ribosomal genes and their trans-splice acceptor sites in Caenorhabditis elegans. Nucleic Acids Res. 2010; 38(9):2990-3004. DOI 10.1093/nar/gkq003.

33. Smout M.J., Sotillo J., Laha T., Papatpremsiri A., Rinaldi G., Pimenta R.N., Chan L.Y., Johnson M.S., Turnbull L., Whitchurch C.B., Giacomin P.R., Moran C.S., Golledge J., Daly N., Sripa B., Mulvenna J.P., Brindley P.J., Loukas A. Carcinogenic parasite secretes growth factor that accelerates wound healing and potentially promotes neoplasia. PLoS Pathog. 2015;11:e1005209. DOI 10.1371/journal.ppat.1005209.

34. Tsai I.J., Zarowiecki M., Holroyd N., Garciarrubio A., Sánchez- Flores A., Brooks K.L., Tracey A., Bobes R.J., Fragoso G., Sciutto E., Aslett M., Beasley H., Bennett H.M., Cai X., Camicia F., Clark R., Cucher M., De Silva N., Day T.A., Deplazes P., Estrada K., Fernández C., Holland P.W.H., Hou J., Hu S., Huckvale T., Hung S.S., Kamenetzky L., Keane J.A., Kiss F., Koziol U., Lambert O., Liu K., Luo X., Luo Y., Macchiaroli N., Nichol S., Paps J., Parkinson J., Pouchkina-Stantcheva N., Riddiford N., Rosenzvit M., Salinas G., Wasmuth J.D., Zamanian M., Zheng Y.; Taenia solium Genome Consortium, Cai J., Soberón X., Olson P.D., Laclette J.P., Brehm K., Berriman M. The genomes of four tapeworm species reveal adaptations to parasitism. Nature. 2013;496:57-63. DOI 10.1038/nature12031.

35. Urrutia A.O., Hurst L.D. The signature of selection mediated by expression on human genes. Genome Res. 2003;13:2260-2264. DOI 10.1101/gr.641103.

36. Wang X., Chen W., Huang Y., Sun J., Men J., Liu H., Luo F., Guo L., Lv X., Deng C., Zhou C., Fan Y., Li X., Huang L., Hu Y., Liang C., Hu X., Xu J., Yu X. The draft genome of the carcinogenic human liver fluke Clonorchis sinensis. Genome Biol. 2011;12:R107. DOI 10.1186/gb-2011-12-10-r107.

37. Wong K., Ma J., Rothnie A., Biggin P.C., Kerr I.D. Towards understanding promiscuity in multidrug efflux pumps. Trends Biochem. Sci. 2014;39:8-16. DOI 10.1016/j.tibs.2013.11.002.

38. Young N.D., Nagarajan N., Lin S.J., Korhonen P.K., Jex A.R., Hall R.S., Safavi-Hemami H., Kaewkong W., Bertrand D., Gao S., Seet Q., Wongkham S., Teh B.T., Wongkham C., Intapan P.M., Maleewong W., Yang X., Hu M., Wang Z., Hofmann A., Sternberg P.W., Tan P., Wang J., Gasser R.B. The Opisthorchis viverrini genome provides insights into life in the bile duct. Nat. Commun. 2014;5:4378. DOI 10.1038/ncomms5378.

39. Zadesenets K.S., Katokhin A.V., Mordvinov V.A., Rubtsov N.B. Comparative cytogenetics of opisthorchid species (Trematoda, Opisthorchiidae). Parasitol. Int. 2012;61:87-89. DOI 10.1016/j.parint.2011.07.006.