Schistosoma mansoni polo-like kinases and their function in control of mitosis and parasite reproduction

Polo-like kinases are important regulators of cell cycle progression and mitosis. They constitute a family of conserved serine/threonine kinases which are highly related in their catalytic domains and contain polo boxes involved in protein-protein interactions and subcellular localization. In mammals, five Plks (Plk 1-5) encompass diverse roles in centrosome dynamics, spindle formation, intra S-phase and G2/M checkpoints and DNA damage response. Plk1 is a key positive regulator of mitosis and is overexpressed in various types of cancers. Plk4 is a divergent member of the Plk family, with essential functions in centriole duplication. Homozygous disruption of Plk1 or Plk4 in mice is lethal in embryos. Two Plk members SmPlk1 and SmSak, homologous to Plk1 and Plk4 respectively, are present in the parasitic platyhelminth Schistosoma mansoni. Structural and functional analyses of SmPlk1 have demonstrated its conserved function in the regulation of cell cycle G2/M transition in Xenopus oocytes. The anti-cancer drug BI 2536 (the most potent and selective Plk1 inhibitor) inhibits specifically the catalytic activity of SmPlk1 and induced profound alterations in schistosome gonads, indicating a role of SmPlk1 in parasite gametogenesis and its potential as a novel chemotherapeutic target against schistosomiasis. Functions of SmSak in cell cycle regulation and schistosome gonad development are currently investigated.

Quinases do tipo Polo ("polo-like") são importantes reguladores da progressão do ciclo celular e da mitose. Elas constituem uma família de serina/treonina quinases que são altamente relacionadas entre si no seu domínio catalítico e contêm blocos "polo" envolvidos com interações proteína-proteína e com localização subcelular. Em mamíferos, cinco Plks (Plk 1-5) englobam diversos papéis na dinâmica do centrossomo, formação do fuso, "checkpoints" dentro da fase S e da transição G2/M, e na resposta aos danos do DNA. Plk1 é um regulador positivo chave da mitose, e é superexpresso em vários tipos de câncer. Plk4 é um membro divergente da família Plk, com funções essenciais na duplicação do centríolo. Deleção homozigótica de Plk1 ou Plk4 em camundongos é letal em embriões. Dois membros da família Plk, SmPlk1 e SmSak, homólogos a Plk1 e Plk4, respectivamente, estão presentes no parasita platelmíntico Schistosoma mansoni. Análises estruturais e funcionais de SmPlk1 demonstraram uma função conservada na regulação da transição G2/M do ciclo celular em ovócitos de Xenopus. A droga anticâncer BI2536 (o inibidor mais potente e seletivo de Plk1) inibe específicamente a atividade catalítica de SmPlk1 e induz alterações profundas nas gonadas de esquistossomos, indicando um papel de SmPlk1 na gametogênese do parasita e seu potencial como um alvo terapêutico novo contra a esquistossomose. As funções de SmSak na regulação do ciclo celular e no desenvolvimento das gônadas de esquistossomos estão sendo investigadas no momento.

Characterization of the cGMP-dependent protein kinase SmcGK1 of Schistosoma mansoni

Schistosomes are trematode parasites and of worldwide medical importance for humans and animals. Growth and development of these parasites require a specific host environment, but also permanent communication processes between the two genders. Accumulating molecular evidence indicates that the responsible interactions are mediated by signal transduction processes. Conserved signaling molecules were identified, and first approaches made for their characterization. However, no representative of the conserved family of cGMP-dependent protein kinases (cGKs) has been described in this parasite yet. Within the Schistosoma mansoni genome data-set we identified cGK homologs, of which one was investigated in more detail in this study. We present the cloning of SmcGK1, whose sequence shows homology to cGKs of higher eukaryotes. SmcGK1 was found to be gender-independently transcribed in adult schistosomes. The occurrence of SmcGK1 sense and antisense transcripts suggests that the expression of this gene is controlled at the post-transcriptional level. In situ hybridization experiments demonstrated a gonad-preferential expression profile in both genders indicating a role of SmcGK1, at least during sexual development of schistosomes. Using a cGK-specific inhibitor to treat adult schistosomes in vitro finally resulted in a multifaceted phenotype including slow motion, oocyte congestion, and reduced egg production.

Esquistossomos são parasitas trematodos de importância médica em todo o mundo para o homem e os animais. O crescimento e o desenvolvimento destes parasitas requerem um ambiente específico do hospedeiro, mas também um processo de comunicação permanente entre parasitas dos dois sexos. Evidência molecular tem se acumulado e indica que as interações são mediadas por processos de transdução de sinal. Moléculas sinalizadoras conservadas foram identificadas, e as primeiras abordagens têm sido feitas para sua caracterização. Contudo, não foi ainda descrito nenhum representante da família conservada das proteína-quinases dependentes de cGMP (cGKs) neste parasita. Analisando o genoma do Schistosoma mansoni nós identificamos homólogos de cGK, dos quais um foi investigado em mais detalhe no presente estudo. Aqui apresentamos a clonagem do gene SmcGK1, cuja sequência mostra homologia com cGKs de eucariotos superiores. Smc- GK1 foi detectada como sendo transcrita de forma gêneroindependente em esquistossomos adultos. A ocorrência de transcritos de SmcGK1 senso e antisenso sugere que a expressão deste gene é controlada em nível pos-transcricional. Experimentos de hibridização in situ demonstraram uma expressão preferencial nas gônadas em ambos os gêneros, indicando um papel para SmcGK1, pelo menos durante o desenvolvimento de esquistossomos. Usando um inibidor específico de cGK para tratamento de esquistossomos adultos in vitro finalmente resultou em um fenótipo multifacetado, incluindo movimentos lentos, congestão dos oócitos, e redução da produção de ovos.