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絛虫類のストロビレーション：発生遺伝子と経路の予測
Cestode strobilation: prediction of developmental genes and pathways.
PMID: 32677885 DOI: 10.1186/s12864-020-06878-3.
抄録
背景:
絛虫類は、ヒラムシ目（Platyhelminthes）の内寄生虫の一種である。絛虫類は、その進化の過程で、そのような彼らの増加した生殖能力など、いくつかの興味深い側面を進化させてきました。その意味では、成虫期には生殖器官が連続的に繰り返されており、これはしばしばストロビレーションと呼ばれる発生過程での外部分節化と関連している。しかし、ストロビレーションの分子基盤はよくわかっていない。この問題を評価するために、ストロボ化したヒラムシとストロボ化していないヒラムシの進化的比較研究を行い、ストロボ化プロセスに関連する遺伝子とタンパク質を同定した。
BACKGROUND: Cestoda is a class of endoparasitic worms in the flatworm phylum (Platyhelminthes). During the course of their evolution cestodes have evolved some interesting aspects, such as their increased reproductive capacity. In this sense, they have serial repetition of their reproductive organs in the adult stage, which is often associated with external segmentation in a developmental process called strobilation. However, the molecular basis of strobilation is poorly understood. To assess this issue, an evolutionary comparative study among strobilated and non-strobilated flatworm species was conducted to identify genes and proteins related to the strobilation process.
結果:
寄生性プラティヘルムス10種のゲノム内容を比較した。このデータセットを使用して、1813個のオルソログを持つ遺伝子を同定した。発達関連遺伝子と機能未知遺伝子（UF）を転写プロファイルに基づいて選択した結果、少なくとも1つの絛虫類の幼虫期（ストロボ化前）と成虫期（ストロボ化後）の間で異なる発現を示す34の遺伝子が得られた。これらの34個の遺伝子は、ストロビレーションに関連していると仮定した。これらの遺伝子には、既知の機能を持つタンパク質をコードする12個の遺伝子が含まれており、そのうち6個はWnt、TGF-β/BMP、またはGタンパク質共役型受容体シグナル伝達経路に関連していた。これらのうち少なくとも一部のUF遺伝子/タンパク質に機能を付与するために、腸管菌Echinococcus multilocularisを対象にグローバル遺伝子共発現解析を行った。その結果、8つのUF遺伝子/タンパク質が発生、生殖、小胞輸送、シグナル伝達に関連していると予測された。
RESULTS: We compared the genomic content of 10 parasitic platyhelminth species; five from cestode species, representing strobilated parasitic platyhelminths, and five from trematode species, representing non-strobilated parasitic platyhelminths. This dataset was used to identify 1813 genes with orthologues that are present in all cestode (strobilated) species, but absent from at least one trematode (non-strobilated) species. Development-related genes, along with genes of unknown function (UF), were then selected based on their transcriptional profiles, resulting in a total of 34 genes that were differentially expressed between the larval (pre-strobilation) and adult (strobilated) stages in at least one cestode species. These 34 genes were then assumed to be strobilation related; they included 12 encoding proteins of known function, with 6 related to the Wnt, TGF-β/BMP, or G-protein coupled receptor signaling pathways; and 22 encoding UF proteins. In order to assign function to at least some of the UF genes/proteins, a global gene co-expression analysis was performed for the cestode species Echinococcus multilocularis. This resulted in eight UF genes/proteins being predicted as related to developmental, reproductive, vesicle transport, or signaling processes.
結論:
以上の結果から、本研究で得られたin silicoデータは、34の遺伝子・タンパク質と、少なくとも3つの発生経路の関与を示唆していることが明らかになった。これらの結果は、セストルビレの分子機構と進化のメカニズムを明らかにし、新規抗蠕虫薬開発のための潜在的な発生マーカーやターゲットとして、いくつかの興味深いタンパク質を示唆している。
CONCLUSIONS: Overall, the described in silico data provided evidence of the involvement of 34 genes/proteins and at least 3 developmental pathways in the cestode strobilation process. These results highlight on the molecular mechanisms and evolution of the cestode strobilation process, and point to several interesting proteins as potential developmental markers and/or targets for the development of novel antihelminthic drugs.