Поиск и функциональная аннотация многодоменных белков семейства ФА2 у плоских червей

Фосфолипазы типа A2 (ФА2) – это семейство гидролаз, которые катализируют процесс гидролиза фосфолипидов, играя ключевую роль во многих молекулярных процессах при функционировании клеток и организма в целом. Данное семейство подразделяется на 16 групп, объединенных в шесть основных типов. Впервые ФА2 были выделены как цитотоксины яда у змей и ферменты панкреатического сока у свиней. Изучение этих ферментов в настоящее время вызывает большой интерес, поскольку было показано, что ряд ФА2 участвует в процессах канцерогенеза. Наиболее хорошо изучены ферменты ФА2 у модельных организмов и человека. Однако их наличие и функциональная роль у немодельных организмов изучены слабо. К таким малоизученным таксонам относятся плоские черви, ряд видов которых является паразитами человека. У па­разитических плоских червей ранее было охарактеризовано несколько генов ФА2 и показана их возможная роль во взаимодействии «паразит–хозяин». Но систематической идентификации генов ФА2 у этого таксона не проведено. В работе осуществлены поиск и сравнительный анализ последовательностей ФА2, кодируемых в геномах плоских червей. Исследовано 44 вида, представленных 2 свободноживущими и 42 паразитическими организмами. Анализ выполнен на основе поиска ортологических групп белок-кодирующих генов с учетом доменной структуры белков. У плоских червей обнаружено 12 из 13 известных типов фосфолипаз А2, име­ющихся в 11 ортологических группах. Часть фосфолипаз нескольких типов попала в одну ортологическую группу, часть типов распалась на несколько ортогрупп в соответствии с особенностями доменной структуры. Показано, что ФА2 кальций-независимого типа, ФА2 тромбоцитарно-активирующего типа групп G8 и лизосо­мальные ФА2 группы G15 представлены во всех крупных таксонах плоских червей и в большинстве изучен­ных нами видов. Для генов, кодирующих ферменты у свободноживущих червей, наблюдается множественное число копий. У паразитических плоских червей, наоборот, происходит потеря основной части генов специфи­чески по отношению как к отдельным таксонам, так и к отдельным группам/подсемействам ФА2. Обнаружена ортологическая группа секретируемых фосфолипаз, которая среди паразитов имеется только у дигенетиче­ских сосальщиков, при этом в геномах описторхид это семейство подверглось дупликациям. Интересно, что ранее в ряде экспериментальных работ показано влияние белков Clоnorchis sinensis этой ортогруппы на рако­вую трансформацию клеток организма-хозяина. Наши результаты дали возможность впервые систематически идентифицировать последовательности ФА2 у плоских червей и продемонстрировали, что их эволюция под­вержена процессам потерь генов, характерных в целом для геномов паразитов. Кроме того, наш анализ позво­лил выявить таксон-специфические процессы дупликаций и потерь генов ФА2 у паразитических организмов, которые могут быть связаны с процессами их взаимодействия с организмом хозяина.

1. Bitar L., Jundi D., Rima M., Al Alam J., Sabatier J.M., Fajloun Z. Bee venom PLA2 versus snake venom PLA2: Evaluation of structural and functional properties. Venoms Toxins. 2021;2(1):22-33. doi 10.2174/2666121701999210101225032

2. Brusa F., Leal-Zanchet A.M., Noreña C., Damborenea C. Phylum Platyhelminthes. In: Thorp and Covich’s Freshwater Invertebrates. Ch. 5. Academic Press, 2020;101-120. doi 10.1016/B978-0-12-804225-0.00005-8

3. Carbonell C., Rodríguez-Alonso B., López-Bernús A., Almeida H., Galindo-Pérez I., Velasco-Tirado V., Belhassen-García M. Clinical spectrum of schistosomiasis: an update. J. Clin. Med. 2021;10(23): 5521. doi 10.3390/jcm10235521

4. Caurcel C., Laetsch D.R., Challis R., Kumar S., Gharbi K., Blaxter M. MolluscDB: a genome and transcriptome database for molluscs. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 2021;376(1825):20200157. doi 10.1098/rstb.2020.0157

5. Dennis E.A., Cao J., Hsu Y.-H., Magrioti V., Kokotos G. PhospholipaseA2 enzymes: physical structure, biological function, disease implication, chemical inhibition, and therapeutic intervention. Chem. Rev. 2011;111(10):6130-6185. doi 10.1021/cr200085w

6. Eddy S.R. Accelerated profile HMM searches. PLoS Comput. Biol. 2011;7(10):e1002195. doi 10.1371/journal.pcbi.1002195

7. Egger B., Lapraz F., Tomiczek B., Müller S., Dessimoz C., Girstmair J., Telford M.J. A transcriptomic-phylogenomic analysis of the evolutionary relationships of flatworms. Curr. Biol. 2015;25(10):1347-1353. doi 10.1016/j.cub.2015.03.034

8. Emms D.M., Kelly S. OrthoFinder: phylogenetic orthology inference for comparative genomics. Genome Biol. 2019;20(1):238. doi 10.1186/s13059-019-1832-y

9. Filkin S.Yu., Lipkin A.V., Fedorov A.N. Phospholipase superfamily: structure, functions, and biotechnological applications. Uspekhi Biologicheskoi Khimii = Biochemistry (Moscow). 2020;85(Suppl.1): S177S195. DOI 10.1134/S0006297920140096

10. Gutiérrez J.M., Lomonte B. Phospholipases A2: unveiling the secrets of a functionally versatile group of snake venom toxins. Toxicon. 2013; 62:27-39. doi 10.1016/j.toxicon.2012.09.006

11. Howe K.L., Bolt B.J., Shafie M., Kersey P., Berriman M. WormBase ParaSite − a comprehensive resource for helminth genomics. Mol. Biochem. Parasitol. 2017;215:2-10. doi 10.1016/j.molbiopara.2016.11.005

12. Hu F., Hu X., Ma C., Zhao J., Xu J., Yu X. Molecular characterization of a novel Clonorchis sinensis secretory phospholipase A2 and investigation of its potential contribution to hepatic fibrosis. Mol. Biochem. Parasitol. 2009;167(2):127-134. doi 10.1016/j.molbiopara.2009.05.003

13. Huang Q., Wu Y., Qin C., He W., Wei X. Phylogenetic and structural analysis of the phospholipase A2 gene family in vertebrates. Int. J. Mol. Med. 2015;35(3):587-596. doi 10.3892/ijmm.2014.2047

14. Langleib M., Calvelo J., Costábile A., Castillo E., Tort J.F., Hoffmann F.G., Iriarte A. Evolutionary analysis of species-specific duplications in flatworm genomes. Mol. Phylogenet. Evol. 2024;199: 108141. doi 10.1016/j.ympev.2024.108141

15. Laumer C.E., Hejnol A., Giribet G. Nuclear genomic signals of the ‘microturbellarian’ roots of platyhelminth evolutionary innovation. eLife. 2015;4:e05503. doi 10.7554/eLife.05503

16. Letunic I., Bork P. Interactive Tree of Life (iTOL) v6: recent updates to the phylogenetic tree display and annotation tool. Nucleic Acids Res. 2024;52(W1):W78-W82. doi 10.1093/nar/gkae268

17. McIntosh J.M., Ghomashchi F., Gelb M.H., Dooley D.J., Stoehr S.J., Giordani A.B., Olivera B.M. Conodipine-M, a novel phospholipase A2 isolated from the venom of the marine snail Conus magus. J. Biol. Chem. 1995;270(8):3518-3526. doi 10.1074/jbc.270.8.3518

18. Mistry J., Chuguransky S., Williams L., Qureshi M., Salazar G.A., Sonnhammer E.L., Bateman A. Pfam: The protein families database in 2021. Nucleic Acids Res. 2021;49(D1):D412-D419. doi 10.1093/nar/gkaa913

19. Mordvinov V.A., Minkova G.A., Kovner A.V., Ponomarev D.V., Lvova M.N., Zaparina O., Pakharukova M.Y. A tumorigenic cell line derived from a hamster cholangiocarcinoma associated with Opisthorchis felineus liver fluke infection. Life Sci. 2021;277:119494. doi 10.1016/j.lfs.2021.119494

20. Mouchlis V.D., Dennis E.A. Membrane association allosterically regulates phospholipase A2 enzymes and their specificity. Acc. Chem. Res. 2022;55(23):3303-3311. doi 10.1021/acs.accounts.2c00497

21. Murakami M., Sato H., Taketomi Y. Updating phospholipase A2 biology. Biomolecules. 2020;10(10):1457. doi 10.3390/biom10101457

22. Murase R., Taketomi Y., Miki Y., Nishito Y., Saito M., Fukami K., Murakami M. Group III phospholipase A2 promotes colitis and colorectal cancer. Sci. Rep. 2017;7(1):12261. doi 10.1038/s41598-017-12434-z

23. Nevalainen T.J., Cardoso J.C., Riikonen P.T. Conserved domains and evolution of secreted phospholipases A2. FEBS J. 2012;279(4): 636-649. doi 10.1111/j.1742-4658.2011.08453.x

24. Nguyen L.T., Schmidt H.A., Von Haeseler A., Minh B.Q. IQ-TREE: a fast and effective stochastic algorithm for estimating maximumlikelihood phylogenies. Mol. Biol. Evol. 2015;32(1):268-274. doi 10.1093/molbev/msu300

25. Ogorodova L.M., Fedorova O.S., Sripa B., Mordvinov V.A., Katokhin A.V., Keiser J.; TOPIC Consortium. Opisthorchiasis: an overlooked danger. PLoS Negl. Trop. Dis. 2015:9(4):e0003563. doi 10.1371/journal.pntd.0003563

26. Pakharukova M.Y., Zaparina O.G., Kapushchak Y.K., Baginskaya N.V., Mordvinov V.A. Opisthorchis felineus infection provokes time-dependent accumulation of oxidative hepatobiliary lesions in the injured hamster liver. PLoS One. 2019a;14(5):e0216757. doi 10.1371/journal.pone.0216757

27. Pakharukova M.Y., da Costa J.M.C., Mordvinov V.A. The liver fluke Opisthorchis felineus as a group III or group I carcinogen. 4open. 2019b;2:23. doi 10.1051/fopen/2019016

28. Park J.B., Lee C.S., Jang J.H., Ghim J., Kim Y.J., You S., Ryu S.H. Phospholipase signalling networks in cancer. Nat. Rev. Cancer. 2012;12(11):782-792. doi 10.1038/nrc3379

29. Salabi F., Jafari H. Whole transcriptome sequencing reveals the activity of the PLA2 family members in Androctonus crassicauda (Scorpionida: Buthidae) venom gland. FASEB J. 2024;38(10):e23658. doi 10.1096/fj.202400178RR

30. Scott K.F., Sajinovic M., Hein J., Nixdorf S., Galettis P., Liauw W., Russell P.J. Emerging roles for phospholipase A2 enzymes in cancer. Biochimie. 2010;92(6):601-610. doi 10.1016/j.biochi.2010.03.019

31. Shang M., Xie Z., Tang Z., He L., Wang X., Wang C., Li X. Expression of Clonorchis sinensis GIIIsPLA2 protein in baculovirus-infected insect cells and its overexpression facilitating epithelial-mesenchymal transition in Huh7 cells via AKT pathway. Parasitol. Res. 2017; 116:1307-1316. doi 10.1007/s00436-017-5409-y

32. Teixeira S.C., da Silva M.S., Gomes A.A.S., Moretti N.S., Lopes D.S., Ferro E.A.V., de Melo Rodrigues V. Panacea within a Pandora’s box: the antiparasitic effects of phospholipases A2 (PLA2s) from snake venoms. Trends Parasitol. 2022;38(1):80-94. doi 10.1016/j.pt.2021.07.004

33. Trouvé S., Sasal P., Jourdane J., Renau F., Morand S. The evolution of life-history traits in parasitic and free-living platyhelminthes: a new perspective. Oecologia. 1998;115:370-378. doi 10.1007/s004420050530

34. Turnaev I.I., Bocharnikova M.E., Afonnikov D.A. Human phospholipases A2: a functional and evolutionary analysis. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2022;26(8):787-797. doi 10.18699/VJGB-22-95

35. Wang X., Hu F., Hu X., Chen W., Huang Y., Yu X. Proteomic identification of potential Clonorchis sinensis excretory/secretory products capable of binding and activating human hepatic stellate cells. Parasitol. Res. 2014;113:3063-3071. doi 10.1007/s00436-014-3972-z

36. Wu Y.J., He Q., Shang M., Yin Y.X., Li Y., Du X., Li X.R. The NF-κB signalling pathway and TM7SF3 contribute to liver fibrosis caused by secreted phospholipase A2 of Clonorchis sinensis. Parasit. Vectors. 2021;14:1-9. doi 10.1186/s13071-021-04663-z