Functional characterisation of salmon louse (Lepeophtheirus salmonis) labial gland proteins: Implications for host immune modulation and anti-coagulation
Doctoral thesis

Åpne
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3173705Utgivelsesdato
2025-01-31Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Den ektoparasittiske lakselusen, som infesterer laksefisk mens den spiser på vertens slim, hud og blod, utgjør et betydelig problem for oppdrett av atlantisk laks. Nåværende behandlingsstrategier er ikke bærekraftige og fører til dårlig fiskevelferd. Derfor er en dypere forståelse av lusebiologi og vert-parasitt-interaksjonen avgjørende for utviklingen av nye behandlingsstrategier.
Denne studien viser at sekretet fra spyttkjertelen til lakselusa avsettes på lakseverten under fôring, og dermed er sekretene viktige for å forstå mer om hvordan lakselusa demper immunresponsen i laksen. Vi har identifisert og karakterisert femten spyttkjertelproteiner fra lakselusen. Fem av disse proteinene, kalt Lepeophtheirus salmonis spyttkjertel (LsLG) protein 1-4 (LsLGP1, 1L, 2-4), ble predikert til å ikke ha noen kjente funksjonelle proteindomener. I tillegg oppdaget vi ti spyttkjertelenzymer: åtte astaciner (LsLGA1-8), en serinprotease 1 (LsLGSP1) og en apyrase (LsLGAp1).
Transkripter av spyttkjertelgener ble funnet i planktoniske kopepoditter, noe som antyder at de er viktige for vellykket vertsetablering. Derimot, ble transkripsjonen av LsLGA7 og LsLGP3 initiert etter vertsetablering, noe som tyder på at kopepoditten kan sanse verten sin og at LsLGA7 og LsLGP3 ikke er nødvendige for etablering på verten. De fleste spyttkjertelgenene har to topper av transkripsjonsnivåer, under kopepodittstadiet og under voksenstadiet. Dette kan indikere deres funksjon og betydning under etablering og under de mer virulente voksenstadiene.
Høye transkripsjonsnivåer av LsLGP3 sees fra chalimus I-stadiet og øker under den videre utviklingen, og laksehud infisert med LsLGP3-KD lus har høyere transkripsjonsnivåer av immunrelaterte gener, som antyder at LsLGP3 lokalt demper immunresponsen på infestasjonsstedet. Resultatene ble støttet av in vitro-studier hvor rekombinant LGP3 (rekLGP3) induserer celledød i leukocytter, hvor lavere overlevelse observeres i laksefiskleukocytter sammenlignet med leukocytter isolert fra ikke-laksefiskarter eksponert for rekLGP3. Videre ble det påvist at LsLGP3 blir sekrert på vertens hud, og det er mulig at LsLGP3 kan spille en avgjørende rolle i å dempe vertens immunrespons.
Funksjonen til LsLGP1, LsLGP2 og LsLSP1 ble undersøkt i funksjonelle in vivo LsLGP1, LsLGP2 og LsLGSP1-knockdown (KD) studier, som viser økte transkripsjonsnivåer av inflammatoriske markør gener i huden under LsLGP2 og LsLGSP1-KD lus sammenlignet med hud under kontroll lus. Dette tyder på at LsLGP2 og LsLGSP1 har en antiinflammatorisk effekt. Det ble også vist at de fleste spyttkjerteltranskriptene er nedregulert i LsLGP1-KD lus, noe som indikerer at LsLGP1 har en gen regulatorisk funksjon i spyttkjertelen.
LsLGP4-transkripter er kun oppregulert i de mobile lusestadiene, og syntetisk LsLGP4-peptid har ingen immunmodulerende effekt på leukocytter fra atlantisk laks. Imidlertid viser en koagulasjonsassay at LsLGP4 har en antikoagulerende funksjon på plasma fra atlantisk laks. Dette resultatet korrelerer med å at LsLGP4 er oppregulert når lusen spiser blod, og LsLGP4-KD lus har lavere næringsopptak.
Denne studien har gitt ny kunnskap om rollen til spyttkjertelproteiner i modulering av vertens immunresponser og antikoagulasjon og det kan tenkes at spyttkjertelproteiner kan være lovende vaksinekandidater. The ectoparasitic salmon louse, which infests salmonid fish while feeding on host mucus, skin, and blood, poses a significant challenge to the Atlantic salmon aquaculture industry. Current treatment strategies are unsustainable and raise concerns about fish welfare. Therefore, a deeper understanding of the host-parasite interaction is crucial for the development of new treatment strategies.
In the present study, the labial gland of the salmon louse has been studied. The labial gland secrete is deposited onto the host during feeding and knowledge of the proteins in the labial gland secrete is important to understand the host-parasite relationship, and how the louse dampens host responses. We have identified and characterised fifteen labial gland proteins of the salmon louse. Five of these proteins, named Lepeophtheirus salmonis labial gland (LsLG) protein 1-4 (LsLGP1, 1L, 2-4), were predicted to have no known functional protein domains. Additionally, we discovered ten labial gland enzymes: eight astacins (LsLGA1-8), one serine protease 1 (LsLGSP1) and one apyrase (LsLGAp1).
Transcripts of labial gland genes are found in planktonic copepodids, which indicates their importance for successful host settlement. Notably, LsLGA7 and LsLGP3 transcription in the louse is initiated after host-settlement, suggesting that LsLGA7 and LsLGP3 may not be necessary for host sensing and initial settlement. Most labial gland genes have two peaks of transcript levels, during the copepodid stage and during the adult stage. This may indicate their function and importance during the settlement stage and during the more virulent adult stage.
High transcript levels of LsLGP3 in the louse was seen from the chalimus I stage and further on during development, and salmon skin infested with LsLGP3-knock down (KD) lice has higher transcript levels of immune related genes. The implication of LsLGP3 involvement in immune modulation is strengthened by an in vitro study using recombinant LGP3 which is found to induce cell death in leukocytes, with a lower viability observed in salmonid leukocytes compared to leukocytes isolated from non-salmonid species exposed to recLGP3. Furthermore, LsLGP3 is secreted onto the host skin, suggesting that LsLGP3 plays a crucial role in supressing the host immune response.
The function of LsLGP1, LsLGP2 and LsLSP1 were elucidated by allowing LsLGP1, LsLGP2 and LsLGSP1-KD lice to infest fish, which revealed increased transcript levels of inflammatory markers in skin underneath the LsLGP2 and LsLGSP1-KD louse infestation site compared to skin underneath wildtype lice. This suggests that LsLGP2 and LsLGSP1 have an anti-inflammatory effect on the host. Intriguingly, most labial gland transcripts are downregulated in LsLGP1-KD lice, indicating that LsLGP1 has a regulatory function.
LsLGP4 transcripts are only upregulated in the mobile lice stages, and LsLGP4 does not have an immune modulatory effect on Atlantic salmon leukocytes. However, a clotting assay shows that LsLGP4 has an anti-coagulative function on plasma. This result correlates with LsLGP4 being upregulated when the louse is blood feeding, and LsLGP4-KD lice have lower nutritional uptake.
This study has provided novel knowledge on the role of labial gland proteins in modulating host immune responses and anti-coagulation and suggests that the labial gland proteins may serve as novel vaccine candidates.
Består av
Paper I: Øvergård, Aina-Cathrine; Midtbø, Helena Marie Doherty; Hamre, Lars Are; Dondrup, Michael; Bjerga, Gro Elin Kjæreng; Larsen, Øivind; Chettri, Jiwan Kumar; Buchmann, Kurt; Nilsen, Frank; Grotmol, Sindre., Small, charged proteins in salmon louse (Lepeophtheirus salmonis) secretions modulate Atlantic salmon (Salmo salar) immune responses and coagulation, Scientific Reports 2022; 12:7995. The article is available at: https://hdl.handle.net/11250/3039157Paper II: Midtbø, Helena Marie Doherty; Eichner, Christiane; Hamre, Lars Are; Dondrup, Michael; Flesland, Linn; Tysseland, Kristoffer Helland; Kongshaug, Heidi; Borchel, Andreas; Skoge, Renate Hvidsten; Nilsen, Frank; Øvergård, Aina-Cathrine, Salmon louse labial gland enzymes: Implications for host settlement and immune modulation, Frontiers in Genetics 2024; 14:1303898. The article is available at: https://hdl.handle.net/11250/3127446
Paper III: Midtbø, Helena Marie Doherty; Borchel, Andreas; Haugland; Pailey, Richard; Monaghan, Sean; Gyri Teien; Øvergård, Aina-Cathrine., Cell death induced by Lepeophtheirus salmonis labial gland protein 3 in salmonid fish leukocytes: A mechanism for disabling host immune responses, Fish & Shellfish Immunology 2024; 154: 109992. The article is available at: https://hdl.handle.net/11250/3173695