Research Article

iTRAQ-based comparative proteomic analysis in different developmental stages of Echinococcus granulosus

Analyse protéomique comparative basée sur iTRAQ de différents stades de développement d’Echinococcus granulosus

¹ College of Life Sciences, Shihezi University, Road Beisi, Shihezi 832003, Xinjiang, PR China
² College of Animal Science and Technology, Shihezi University, Road Beisi, Shihezi 832003, Xinjiang, PR China
³ Anhui Province Key Laboratory of Livestock and Poultry Product Safety Engineering, Institute of Animal Husbandry and Veterinary Medicine, Anhui Academy of Agriculture Sciences, Road Nongkenan, Hefei 230031, Anhui, PR China

^* Corresponding author: huiwenqiao1986@sina.com
^** Corresponding author: 215273439@qq.com

Received: 8 October 2020
Accepted: 8 February 2021

Abstract

Cystic echinococcosis, caused by infection with the larval stage of the cestode Echinococcus granulosus, is a chronic zoonosis. The lifecycle of the E. granulosus parasite includes three consecutive stages that require specific gene regulation or protein expression to survive environmental shifts between definitive hosts and intermediate hosts. The aim of the present study is to screen and analyze the stage differential antigens to be considered for vaccine development against E. granulosus. By using the iTRAQ (isobaric tags for relative and absolute quantification) method, the differentially expressed proteins were selected from the three consecutive developmental stages of E. granulosus: oncosphere, adult tapeworms, and protoscolex. Through a bioinformatics analysis including Clusters of Orthologous Groups (COG), Gene Ontology (GO), and pathway metabolic annotation, we identified some proteins of interest from each stage. The results showed that a large number of differentially expressed proteins (375: oncosphere vs. adult, 346: oncosphere vs. protoscolex, and 391: adult vs. protoscolex) were identified from the three main lifecycle stages. Analysis of the differential protein pathways showed that these differential proteins are mainly enriched in metabolic pathways, Huntington’s diseases, Alzheimer’s diseases, and ribosome metabolic pathways. Interestingly, among these differential proteins, expression levels of paramyosin, HSP60, HSP70, HSP90, cathepsin L1, cathepsin D, casein kinase, and calmodulin were significantly higher in the oncosphere than in the adult or protoscolex (p < 0.05). We hope our findings will help to identify potential targets for diagnosis or for therapeutic and prophylactic intervention.

Résumé

L’échinococcose kystique, causée par une infection au stade larvaire du cestode Echinococcus granulosus, est une zoonose chronique. Le cycle de vie du parasite E. granulosus comprend trois étapes consécutives qui nécessitent une régulation génétique ou une expression de protéines spécifiques pour survivre aux changements environnementaux entre les hôtes définitifs et les hôtes intermédiaires. Le but de la présente étude est de cribler et d’analyser les antigènes différentiels de stade à considérer pour le développement de vaccins contre E. granulosus. En utilisant la méthode iTRAQ (étiquettes isobares pour la quantification relative et absolue), les protéines différentiellement exprimées ont été sélectionnées parmi les trois stades de développement consécutifs d’E. granulosus : l’oncosphère, les ténias adultes et le protoscolex. Grâce à une analyse bioinformatique comprenant les grappes de groupes orthologues (COG), l’ontologie des gènes (GO) et l’annotation des voies métaboliques, nous avons identifié certaines protéines d’intérêt à chaque étape. Les résultats ont montré qu’un grand nombre de protéines exprimées différentiellement (375 : oncosphère vs adulte, 346 : oncosphère vs protoscolex et 391 : adulte vs protoscolex) sont identifiées pour les trois étapes principales du cycle de vie. L’analyse des voies différentielles des protéines a montré que ces protéines différentielles sont principalement enrichies dans les voies métaboliques, la maladie de Huntington, la maladie d’Alzheimer et les voies métaboliques des ribosomes. Fait intéressant, parmi ces protéines différentielles, les niveaux d’expression des protéines paramyosine, HSP60, HSP70, HSP90, cathepsine L1, cathepsine D, caséine kinase et calmoduline étaient significativement plus élevés dans l’oncosphère que chez l’adulte ou le protoscolex (p < 0,05). Nous espérons que nos résultats pourront identifier des cibles potentielles pour un diagnostic ou une intervention thérapeutique ou prophylactique.