Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Charakterisierung der Vakzinekandidaten Major Sperm Protein und Paramyosin von Dictyocaulus viviparus

Strube, Christina

Infections with the bovine lungworm induce a protective immunity in cattle hosts that prevents clinical symptoms for some month. This immunological feature provides the basis for the development of a vaccine based on recombinantly expressed antigens. Nucleic acid characterisation of the Major sperm protein (MSP) resulted in an mRNA sequence comprising 472 bp of which 381 bp belong to the coding sequence. The msp gene consists of 537 bp due to insertion of one intron. The transcript of the muscle structure protein paramyosin (pmy) is 3207 bp in length, whereas the respective genomic sequence counts 11,558 bp due to 19 intron insertions. Phylogenetic analysis showed that the expressed protein, which is encoded by 2631 bp and consists of 876 amino acids, is more closely related to pmy of arthropods than to that of trematodes and cestodes. Recombinant prokaryotic expression of pmy resulted in a functionally active protein binding bovine collagen as well as bovine IgG. In trematodes and cestodes, these two binding features are assumed to be involved in immune evasion mechanisms. Quantitative real time PCR resulted in an expected transcription profile for MSP by showing a very high transcription rate in adult males, whereas transcription in hypobiotic fifth stage larvae was relatively low and negligible in all other developmental stages. Maximum pmy transcription was observed in first stage larvae, which show highly active movement and rapid development. The results of the presented thesis characterise the two vaccine candidates on a molecular and bioinformatic level and with regard to their transcription pattern throughout the parasite’s life cycle. Furthermore, it was shown for the first time that nematode paramyosin has potential immune evasive properties and thus might exhibit extramuscular functions as well.

Infektionen mit dem Lungenwurm Dictyocaulus viviparus induzieren im Wirt „Rind“ eine belastbare Immunität, die diesen für einige Monate vor klinischen Erkrankungen schützt. Diese Immunogenität bildet eine optimale Voraussetzung für die Entwicklung einer, auf rekombinanten Antigenen beruhenden, Vakzine. Die Charakterisierung auf Nukleinsäureebene ergab für das Major Sperm Protein (MSP) eine 472 bp umfassende mRNA-Sequenz, die 381 kodierende Basen enthält. Durch die Insertion eines Introns weist die zugehörige genomische Sequenz insgesamt 537 bp auf. Das Transkript des Muskelproteins Paramyosin (Pmy) umfasst 3207 bp, wobei der Einschub von 19 Introns für das zugehörige Gen eine Sequenzlänge von 11.558 bp bedingt. Das von 2631 bp codierte und aus 876 Aminosäuren bestehende Protein zeigte sich in der phylogenetischen Analyse als näher verwandt mit Pmy der Arthropoden als dem der Trematoden und Cestoden. Die rekombinante prokaryotische Expression von Pmy resultierte in funktionellem Protein, das sowohl für bovines Kollagen als auch für bovines IgG Bindungsaktivitäten aufwies. Diese Bindungseigenschaften werden bei Trematoden und Cestoden mit immunevasiven Mechanismen in Zusammenhang gebracht. Das mittels quantitativer real time PCR erstellte Transkriptionsprofil zeigte für MSP erwartungsgemäß eine sehr hohe Transkriptionsrate in adulten männliche Würmern, während diese in hypobiotischen fünften Larven vergleichweise gering und in allen anderen Stadien vernachlässigbar klein war. Die Höhe der pmy-Transkription erreichte ihr Maximum in den sehr bewegungsaktiven, sich rasch entwickelnden ersten Lungenwurmlarven. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit charakterisieren die beiden zu untersuchenden Vakzinekandidaten auf molekularer und bioinformatischer Ebene sowie bezüglich ihres den Lebenszyklus des Parasiten umfassenden Transkriptionsmusters. Weiterhin konnte erstmalig für ein Nematoden-Paramyosin der Nachweis potenziell immunevasiver Eigenschaften und damit einer möglicherweise auch extramuskulären Proteinfunktion erbracht werden.

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Strube, Christina: Charakterisierung der Vakzinekandidaten Major Sperm Protein und Paramyosin von Dictyocaulus viviparus. Hannover 2010. Tierärztliche Hochschule.

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