Research Article

Effects of cholesterol content on activity of P-glycoproteins and membrane physical state, and consequences for anthelmintic resistance in the nematode Haemonchus contortus

Effets de la teneur en cholestérol sur l’activité des glycoprotéines P et sur l’état physique de la membrane, et conséquences pour la résistance aux anthelminthiques chez le nématode Haemonchus contortus

¹ INRAE, UE-1277 Plateforme d’infectiologie expérimentale (PFIE), Centre de Recherche Val de Loire, 37380 Nouzilly, France
² INRAE, Université de Tours, UMR-1282 Infectiologie et Santé Publique (ISP), Centre de Recherche Val de Loire, 37380 Nouzilly, France
³ INRAE, CNRS, HARAS NATIONAUX, IFCE, Université de Tours, UMR-0085 PRC Physiologie de la Reproduction et des Comportements, Centre de Recherche Val de Loire, 37380 Nouzilly, France

^* Corresponding author: Mickael.riou@inra.fr; mickael.riou@inrae.fr

Received: 27 May 2019
Accepted: 27 December 2019

Abstract

Eukaryote plasma membranes protect cells from chemical attack. Xenobiotics, taken up through passive diffusion, accumulate in the membranes, where they are captured by transporters, among which P-glycoproteins (Pgps). In nematodes such as Haemonchus contortus, eggshells and cuticles provide additional protective barriers against xenobiotics. Little is known about the role of these structures in the transport of chemical molecules. Pgps, members of the ABC transporter family, are present in eggshells and cuticles. Changes in the activity of these proteins have also been correlated with alterations in lipids, such as cholesterol content, in eggshells. However, the cellular mechanisms underlying these effects remain unclear. We show here that an experimental decrease in the cholesterol content of eggshells of Haemonchus contortus, with Methyl-beta-CycloDextrin (MβCD), results in an increase in membrane fluidity, favouring Pgp activity and leading to an increase in resistance to anthelmintics. This effect is modulated by the initial degree of anthelminthic resistance of the eggs. These results suggest that eggshell fluidity plays a major role in the modulation of Pgp activity. They confirm that Pgp activity is highly influenced by the local microenvironment, in particular sterols, as observed in some vertebrate models. Thus, eggshell barriers could play an active role in the transport of xenobiotics.

Résumé

Les membranes plasmiques des eucaryotes protègent les cellules contre les attaques chimiques. Les xénobiotiques, absorbés par diffusion passive, s’accumulent dans les membranes où ils sont capturés par des transporteurs, parmi lesquels les glycoprotéines P (Pgp). Chez les nématodes, les coques des œufs et les cuticules constituent des barrières de protection supplémentaires contre les xénobiotiques. On en sait peu sur le rôle de ces structures dans le transport des molécules chimiques. Les Pgp, membres de la famille des transporteurs ABC, sont présents dans les coques et les cuticules. Des changements dans l’activité de ces protéines ont également été mis en corrélation avec des altérations des lipides, tels que la teneur en cholestérol, des coques des œufs. Cependant, les mécanismes cellulaires sous-jacents à ces effets restent flous. Nous montrons ici que la diminution expérimentale de la teneur en cholestérol des coques des œufs d’Haemonchus contortus, avec la méthyl-beta-cyclodextrine (MβCD), entraîne une augmentation de la fluidité membranaire favorisant l’activité des Pgp et une augmentation de la résistance aux anthelminthiques. Cet effet est modulé par le degré initial de résistance aux anthelminthiques des œufs. Ces résultats suggèrent que la fluidité de la coque joue un rôle majeur dans la modulation de l’activité des Pgp. Ils confirment que l’activité des Pgp est fortement influencée par le microenvironnement local, en particulier les stérols, comme observé dans certains modèles de vertébrés. Ainsi, les barrières de coques des oeufs pourraient jouer un rôle actif dans le transport des xénobiotiques.