Research Article

Transcriptome and excretory–secretory proteome of infective-stage larvae of the nematode Gnathostoma spinigerum reveal potential immunodiagnostic targets for development

Le transcriptome et le protéome excréto-sécrétoire des larves au stade infectant du nématode Gnathostoma spinigerum révèlent des cibles immunodiagnostiques potentielles à développer

¹ Department of Helminthology, Faculty of Tropical Medicine, Mahidol University, Bangkok 10400, Thailand
² Department of Molecular Tropical Medicine and Genetics, Faculty of Tropical Medicine, Mahidol University, Bangkok 10400, Thailand
³ Mahidol-Oxford Tropical Medicine Research Unit, Mahidol University, Bangkok 10400, Thailand

^* Corresponding author: poom.adi@mahidol.ac.th

Received: 18 December 2018
Accepted: 16 May 2019

Abstract

Background: Gnathostoma spinigerum is a harmful parasitic nematode that causes severe morbidity and mortality in humans and animals. Effective drugs and vaccines and reliable diagnostic methods are needed to prevent and control the associated diseases; however, the lack of genome, transcriptome, and proteome databases remains a major limitation. In this study, transcriptomic and secretomic analyses of advanced third-stage larvae of G. spinigerum (aL3Gs) were performed using next-generation sequencing, bioinformatics, and proteomics. Results: An analysis that incorporated transcriptome and bioinformatics data to predict excretory–secretory proteins (ESPs) classified 171 and 292 proteins into classical and non-classical secretory groups, respectively. Proteins with proteolytic (metalloprotease), cell signaling regulatory (i.e., kinases and phosphatase), and metabolic regulatory function (i.e., glucose and lipid metabolism) were significantly upregulated in the transcriptome and secretome. A two-dimensional (2D) immunomic analysis of aL3Gs-ESPs with G. spinigerum-infected human sera and related helminthiases suggested that the serine protease inhibitor (serpin) was a promising antigenic target for the further development of gnathostomiasis immunodiagnostic methods. Conclusions: The transcriptome and excretory–secretory proteome of aL3Gs can facilitate an understanding of the basic molecular biology of the parasite and identifying multiple associated factors, possibly promoting the discovery of novel drugs and vaccines. The 2D-immunomic analysis identified serpin, a protein secreted from aL3Gs, as an interesting candidate for immunodiagnosis that warrants immediate evaluation and validation.

Résumé

Contexte : Gnathostoma spinigerum est un nématode parasite nuisible qui provoque une morbidité et une mortalité graves chez les humains et les animaux. Des médicaments et des vaccins efficaces et des méthodes de diagnostic fiables sont nécessaires pour prévenir et contrôler les maladies associées. Cependant, l’absence de bases de données sur le génome, le transcriptome et le protéome reste une limitation majeure. Dans cette étude, des analyses transcriptomiques et sécrétomiques de larves avancées au troisième stade de G. spinigerum (aL3G) ont été effectuées par des méthodes de nouvelle génération de séquençage, bioinformatique et protéomique. Résultats : Une analyse incorporant des données de transcriptome et de bioinformatique pour prédire les protéines excréto-sécrétoires (ESP) a classé respectivement 171 et 292 protéines en groupes de sécrétions classiques et non classiques. Les protéines protéolytiques (métalloprotéases), régulatrices de la signalisation cellulaire (kinases et phosphatases) et régulatrices métaboliques (métabolisme du glucose et des lipides) étaient régulées à la hausse dans le transcriptome et le sécrétome. Une analyse immunomique bidimensionnelle (2D) des aL3Gs-ESP avec des sérums humains infectés par G. spinigerum et des helminthiases apparentées a suggéré que l’inhibiteur de la sérine protéase (serpine) était une cible antigénique prometteuse pour le développement ultérieur de méthodes immunodiagnostiques de la gnathostomose. Conclusions : Le transcriptome et le protéome excréto-sécrétoire des aL3G peuvent faciliter la compréhension de la biologie moléculaire de base du parasite et l’identification de multiples facteurs associés, favorisant éventuellement la découverte de nouveaux médicaments et vaccins. L’analyse 2D-immunomique a identifié la serpine, une protéine sécrétée par les aL3G, comme un candidat intéressant pour l’immunodiagnostic, qui mérite une évaluation et une validation immédiates.